CN108316514B - 一种自复位预制装配式混凝土摇摆墙及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自复位预制装配式混凝土摇摆墙，包括现浇混凝土基础、首层混凝土墙单元和若干预制混凝土墙单元。现浇混凝土基础包括混凝土墙基和设在混凝土墙基内的不倒翁型的容腔。首层混凝土墙单元包括首层混凝土墙、第一内钢管和外钢管，第一内钢管的下端为不倒翁型。预制混凝土墙单元包括预制混凝土墙、第二内钢管和外钢管。第一内钢管和第二内钢管内部填充有高强混凝土，首层混凝土墙单元的第一内钢管下端位于现浇混凝土基础的容腔内，若干预制混凝土墙单元依次重复向上装配在首层混凝土墙单元上。该摇摆墙具有自复位摇摆减震功能。还涉及一种自复位预制装配式混凝土摇摆墙的装配方法，属于建筑结构中预制装配式混凝土结构技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构中预制装配式混凝土结构技术领域，尤其涉及一种自复位预制装配式混凝土摇摆墙及其装配方法。
背景技术
现代城市地震破坏的经济损失越来越大，特别是经济发达的大城市越来越“伤不起”，因此，建筑抗震设计理念逐步从“大震不倒”转变到了“大震后恢复建筑功能”。发展地震损伤破坏模式可控、震后能快速恢复正常使用功能的新型结构体系是建筑抗震设计研究重点发展方向。由于摇摆结构系统可以显著减小结构地震反应，长期以来国内外学者开展了大量的试验和理论研究。早期关于摇摆结构减震性能的研究主要集中于不受控的基础提离或桩帽提离等对地震反应的影响。不受控的提离摇摆结构是一种最简单的自复位摇摆结构体系，它通过结构自重抵抗结构倾覆实现复位。上世纪90年代随着基于性态抗震设计概念的提出和发展，为了避免或减小主体结构的损伤破坏和残余变形，实现不同的地震性态目标，自复位耗能体系的研究获得国内外学者的关注，其研究和应用从单一的剪力墙结构或框架结构发展到框架―剪力墙结构、框架―核心筒结构，摇摆提离界面包括了浅基础、桩基础、桩帽、剪力墙脚、框架柱脚等，共性的认识主要包括自复位摇摆结构体系具有较合理的耗能破坏机制，可以减小主体结构和关键构件的破坏和残余位移、减小楼层剪力和变形、控制楼层加速度响应、系统破坏和失效模式有可控性、震后可恢复功能强。自复位受控摇摆减震结构体系也存在一些不利因素，如结构整体倾覆和失稳风险增大、高层结构有复杂的高模态效应、显著的重力二阶效应等。自复位受控摇摆墙是可恢复功能的减震结构体系中广泛研究的减震部件，但拉索限位/复位系统导致摇摆减震墙墙脚压力大、摇摆墙水平抗剪能力不够是制约其发展应用的技术瓶颈。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种具有自复位摇摆减震功能的自复位预制装配式混凝土摇摆墙。
本发明另一目的是提供一种自复位预制装配式混凝土摇摆墙的装配方法。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种自复位预制装配式混凝土摇摆墙，包括：现浇混凝土基础、首层混凝土墙单元和若干预制混凝土墙单元；现浇混凝土基础包括混凝土墙基和设在混凝土墙基内的若干不倒翁型的容腔；首层混凝土墙单元包括首层混凝土墙、若干第一内钢管和若干外钢管，外钢管埋设在首层混凝土墙内，外钢管套设在第一内钢管外侧，外钢管的上端伸出首层混凝土墙的上部，第一内钢管的上下端分别伸出首层混凝土的上部和下部，第一内钢管的下端为不倒翁型；预制混凝土墙单元包括预制混凝土墙、若干第二内钢管和若干外钢管，外钢管埋设在预制混凝土墙内，外钢管套设在第二内钢管外侧，外钢管的上下端分别伸出预制混凝土墙的上部和下部，第二内钢管的上下端分别伸出预制混凝土墙的上部和下部；第一内钢管和第二内钢管内部填充有高强混凝土，首层混凝土墙单元的第一内钢管下端位于现浇混凝土基础的容腔内，若干预制混凝土墙单元依次重复向上装配在首层混凝土墙单元上。
优选地，容腔的横截面尺寸大于第一内钢管的下端的横截面尺寸，容腔的小端口径大于第一内钢管的外径；第一内钢管的下端在容腔内摆动。采用这种结构后，利用墙体的摆动实现减震功能。
优选地，第一内钢管的底端密封、顶端贯通，第二内钢管的底端和顶端均贯通。
优选地，首层混凝土墙与混凝土墙基之间设有抗冲击钢板。
优选地，首层混凝土墙的下端墙角处为弧形。采用这种结构后，便于墙体提离摇摆。
优选地，在首层混凝土墙的底部侧面设有若干粘滞阻尼器。采用这种结构后，有效提高墙体的减震能力。
优选地，首层混凝土墙单元和预制混凝土墙单元内均埋设有由竖向分布钢筋、水平分布钢筋和拉结钢筋交织构成的钢筋网；首层混凝土墙单元的外钢管和预制混凝土墙单元的外钢管的外壁上沿着轴向分布有若干抗剪环筋。采用这种结构后，有效抑制墙体与外钢管之间的粘结滑移。
一种自复位预制装配式混凝土摇摆墙的装配方法，包括以下步骤：
S1：在指定位置放置第一内钢管，现浇制作含有容腔的现浇混凝土基础；S2：在第一内钢管内部浇注高强混凝土；S3：在第一内钢管的外侧套入埋设有外钢管的首层混凝土墙单元；S4：将埋设有外钢管的预制混凝土墙套入第一内钢管，并叠装在首层混凝土墙单元上，在预制混凝土墙的内部加装第二内钢管并在第二内钢管内浇注高强混凝土；S5：将埋设有外钢管的预制混凝土墙套入上一步骤中预制混凝土墙的上部，连接上下层预制混凝土墙内的外钢管和部分竖向分布钢筋，灌浆封缝形成整体；S6：重复步骤S5，完成各层整面预制装配式混凝土摇摆墙的装配。
优选地，步骤S1中，第一内钢管不倒翁型的下端位于容腔内，第一内钢管的下端在容腔内摆动；步骤S4中，将埋设在预制混凝土墙中的外钢管套入伸出首层混凝土墙上部的第一内钢管外侧；步骤S5中，将埋设在预制混凝土墙中的外钢管套入上一步骤中的预制混凝土墙上部的第二内钢管外侧；步骤S6中，重复步骤S5即为在预制混凝土墙单元的上方依次重复向上装配预制混凝土墙单元。
优选地，每完成2至3层预制混凝土墙的装配后，现场连接加长第二内钢管，并向第二内钢管内浇注高强混凝土，以此类推。
总的说来，本发明具有如下优点：
1.自复位预制装配式混凝土摇摆墙，创新性地融合了自复位摇摆墙良好的减震技术、钢管高强混凝土柱高承载力以及预制装配式墙体工业化生产的优势。
2.采用混凝土墙基内容腔和钢管高强混凝土柱相结合的限位/复位系统，类似于“不倒翁”实现墙体的自复位摇摆减震，可显著减小摇摆减震墙的墙脚压力。
3.利用装配墙体在地震作用下的提离下落行为消耗地震能量，能减小结构刚度，降低结构周期，可减小主体结构的地震损伤破坏，而且结构抗倾覆承载力高。
4.钢管高强混凝土柱具有较高的抗拉、抗弯和抗剪能力，能显著提高摇摆减震墙的初始水平抗剪能力和抗倾覆能力。
5.摇摆墙体施工、安装便捷，拼装预制墙体时容易定位且安装准确度高；将钢管浇注在预制混凝土剪力墙内，防火和防腐要求不高。
6.预制混凝土墙单元和首层混凝土墙单元均在工厂制作完成，应用于预制装配式建筑时，运输至工地现场装配，工厂化制作，规模化生产，促进装配式建筑的发展，提升建筑工业化水平。
附图说明
图1为本发明自复位预制装配式混凝土摇摆墙的横截面示意图。
图2为图1的A-A剖面结构示意图。
图3为外钢管、第二内钢管和高强混凝土的截面示意图。
图中的标号和对应的零部件名称为：1为首层混凝土墙，2为预制混凝土墙，3为混凝土墙基，4为高强混凝土，5为抗剪环筋，6为粘滞阻尼器，7为竖向分布钢筋，8为水平分布钢筋，9为拉结钢筋，10为抗冲击钢板，11为外钢管，12为第一内钢管，13为第二内钢管，14为上下层墙体的混凝土接缝连接薄层，15为容腔。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明做进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种自复位预制装配式混凝土摇摆墙，包括：现浇混凝土基础、首层混凝土墙单元和若干预制混凝土墙单元。
现浇混凝土基础包括混凝土墙基和设在混凝土墙基内的三个不倒翁型的容腔。
首层混凝土墙单元包括首层混凝土墙、三根第一内钢管和三根外钢管，外钢管埋设在首层混凝土墙内，外钢管套设在第一内钢管外侧，外钢管的上端伸出首层混凝土墙的上部，第一内钢管的上下端分别伸出首层混凝土墙的上部和下部，第一内钢管的下端为不倒翁型。
预制混凝土墙单元包括预制混凝土墙、三根第二内钢管和三根外钢管，外钢管埋设在预制混凝土墙内，外钢管套设在第二内钢管外侧，外钢管的上下端分别伸出预制混凝土墙的上部和下部，第二内钢管的上下端分别伸出预制混凝土墙的上部和下部。
第一内钢管和第二内钢管内部填充有高强混凝土。第一内钢管的底端密封、顶端贯通，第二内钢管的底端和顶端均贯通，高强混凝土为现场浇注，待装配和浇注完成后，形成钢管高强混凝土柱。首层混凝土墙单元的第一内钢管下端位于现浇混凝土基础的容腔内，浇注完成后，钢管高强混凝土柱的下端位于现浇混凝土基础的容腔内，容腔的横截面尺寸大于第一内钢管的下端的横截面尺寸，容腔的小端口径大于第一内钢管的外径；第一内钢管的下端在容腔内摆动。容腔的小端为不倒翁型的上端口。当摇摆墙因震动摇摆时，钢管高强混凝土柱的下端在容腔内摆动，并实现整体墙的限位/复位。若干预制混凝土墙单元依次重复向上装配在首层混凝土墙单元上。装配完成并将墙体接缝连接后，形成整面预制装配式混凝土摇摆墙。
预制混凝土墙单元的外钢管和首层混凝土墙的外钢管为同种外钢管。
优选地，首层混凝土墙与现浇混凝土墙基础之间设有抗冲击钢板，容腔内壁也设有抗冲击钢板。首层混凝土墙的下端墙角处为弧形，便于墙体提离摇摆。在摇摆墙的四个侧面设置六个粘滞阻尼器，以提高墙体的减震能力。
优选地，首层混凝土墙单元和预制混凝土墙单元内均埋设有由竖向分布钢筋、水平分布钢筋和拉结钢筋交织构成的钢筋网；首层混凝土墙单元的外钢管和预制混凝土墙单元的外钢管的外壁上沿着轴向分布有若干抗剪环筋，以抑制墙体与外钢管之间的粘结滑移。
一种自复位预制装配式混凝土摇摆墙的装配方法，包括以下步骤：
S1：在指定位置放置第一内钢管，现浇制作含有容腔的现浇混凝土基础；S2：在第一内钢管内部浇注高强混凝土；S3：在第一内钢管的外侧套入埋设有外钢管的首层混凝土墙单元；S4：将埋设有外钢管的预制混凝土墙套入第一内钢管，并叠装在首层混凝土墙单元上，在预制混凝土墙的内部加装第二内钢管并在第二内钢管内浇注高强混凝土；S5：将埋设有外钢管的预制混凝土墙套入上一步骤中预制混凝土墙的上部，连接上下层预制混凝土墙内的外钢管和部分竖向分布钢筋，灌浆封缝形成整体；S6：重复步骤S5，完成各层整面预制装配式混凝土摇摆墙的装配。
优选地，步骤S1中，第一内钢管不倒翁型的下端位于容腔内，第一内钢管的下端在容腔内摆动；步骤S4中，将埋设在预制混凝土墙中的外钢管套入伸出首层混凝土墙上部的第一内钢管外侧；步骤S5中，将埋设在预制混凝土墙中的外钢管套入上一步骤中的预制混凝土墙上部的第二内钢管外侧；步骤S6中，重复步骤S5即为在预制混凝土墙单元的上方依次重复向上装配预制混凝土墙单元。
优选地，每完成2至3层预制混凝土墙的装配后，现场连接加长第二内钢管，并向第二内钢管内浇注高强混凝土，以此类推。
装配方式为：首层混凝土墙单元和预制混凝土墙单元在工厂预制，运输到现场拼接，预制混凝土墙单元和首层混凝土墙单元的上部均预留少量竖向连接钢筋，预制混凝土墙单元下部预留少量竖向分布钢筋连接套筒灌浆孔，外钢管伸出预制混凝土墙的上下缘面80-120毫米，并预留横向螺栓紧固孔，外钢管便于第一内钢管和第二内钢管穿过且有足够的滑动空间。
首层混凝土墙单元与预制混凝土墙单元之间的装配，将预制混凝土墙单元的竖向分布钢筋连接套筒套住下层的竖向连接钢筋，即竖向分布钢筋套筒插入竖向连接钢筋内，同时，预制混凝土墙单元的外钢管套在首层混凝土墙单元的第一内钢管上形成上下对位，然后焊接对位处的外钢管，并在外钢管伸出首层混凝土墙单元的部分，通过螺栓组径向贯穿固定，防止两者之间轴向和径向的相对运动。
相邻两层预制混凝土墙单元之间的装配，将上层的竖向分布钢筋连接套筒套住下层的竖向连接钢筋，即竖向分布钢筋套筒插入竖向连接钢筋内，同时，相邻两层预制混凝土墙单元的外钢管套在相应位置第二内钢管上形成上下对位，然后焊接对位处的外钢管，并在外钢管伸出预制混凝土墙单元通过螺栓组径向贯穿固定，防止两者之间轴向和径向的相对运动。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种自复位预制装配式混凝土摇摆墙，其特征在于，包括：现浇混凝土基础、首层混凝土墙单元和若干预制混凝土墙单元；现浇混凝土基础包括混凝土墙基和设在混凝土墙基内的若干不倒翁型的容腔；
首层混凝土墙单元包括首层混凝土墙、若干第一内钢管和若干外钢管，外钢管埋设在首层混凝土墙内，外钢管套设在第一内钢管外侧，外钢管的上端伸出首层混凝土墙的上部，第一内钢管的上下端分别伸出首层混凝土的上部和下部，第一内钢管的下端为不倒翁型；
预制混凝土墙单元包括预制混凝土墙、若干第二内钢管和若干外钢管，外钢管埋设在预制混凝土墙内，外钢管套设在第二内钢管外侧，外钢管的上下端分别伸出预制混凝土墙的上部和下部，第二内钢管的上下端分别伸出预制混凝土墙的上部和下部；
第一内钢管和第二内钢管内部填充有高强混凝土，首层混凝土墙单元的第一内钢管下端位于现浇混凝土基础的容腔内，若干预制混凝土墙单元依次重复向上装配在首层混凝土墙单元上；
容腔的横截面尺寸大于第一内钢管的下端的横截面尺寸，容腔的小端口径大于第一内钢管的外径；第一内钢管的下端在容腔内摆动；
第一内钢管的底端密封、顶端贯通，第二内钢管的底端和顶端均贯通。
2.按照权利要求1所述的自复位预制装配式混凝土摇摆墙，其特征在于：首层混凝土墙与混凝土墙基之间设有抗冲击钢板。
3.按照权利要求1所述的自复位预制装配式混凝土摇摆墙，其特征在于：首层混凝土墙的下端墙角处为弧形。
4.按照权利要求1所述的自复位预制装配式混凝土摇摆墙，其特征在于：在首层混凝土墙的底部侧面设有若干粘滞阻尼器。
5.按照权利要求1所述的自复位预制装配式混凝土摇摆墙，其特征在于：首层混凝土墙单元和预制混凝土墙单元内均埋设有由竖向分布钢筋、水平分布钢筋和拉结钢筋交织构成的钢筋网；首层混凝土墙单元的外钢管和预制混凝土墙单元的外钢管的外壁上沿着轴向分布有若干抗剪环筋。
6.按照权利要求1-5中任一项所述的自复位预制装配式混凝土摇摆墙的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在指定位置放置第一内钢管，现浇制作含有容腔的现浇混凝土基础；
S2：在第一内钢管内部浇注高强混凝土；
S3：在第一内钢管的外侧套入埋设有外钢管的首层混凝土墙单元；
S4：将埋设有外钢管的预制混凝土墙套入第一内钢管，并叠装在首层混凝土墙单元上，在预制混凝土墙的内部加装第二内钢管并在第二内钢管内浇注高强混凝土；
S5：将埋设有外钢管的预制混凝土墙套入上一步骤中预制混凝土墙的上部，连接上下层预制混凝土墙内的外钢管和部分竖向分布钢筋，灌浆封缝形成整体；
S6：重复步骤S5，完成各层整面预制装配式混凝土摇摆墙的装配。
7.按照权利要求6所述的自复位预制装配式混凝土摇摆墙的装配方法，其特征在于：步骤S1中，第一内钢管不倒翁型的下端位于容腔内，第一内钢管的下端在容腔内摆动；步骤S4中，将埋设在预制混凝土墙中的外钢管套入伸出首层混凝土墙上部的第一内钢管外侧；步骤S5中，将埋设在预制混凝土墙中的外钢管套入上一步骤中的预制混凝土墙上部的第二内钢管外侧；步骤S6中，重复步骤S5即为在预制混凝土墙单元的上方依次重复向上装配预制混凝土墙单元。
8.按照权利要求7所述的自复位预制装配式混凝土摇摆墙的装配方法，其特征在于：每完成2至3层预制混凝土墙的装配后，现场连接加长第二内钢管，并向第二内钢管内浇注高强混凝土，以此类推。
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