CN108678227A - 一种内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙及作法 - Google Patents
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Abstract
一种内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙及作法，属于一种提高结构抗震性能及可恢复性能的钢管混凝土边框组合剪力墙及制作方法。该剪力墙包括钢管混凝土边框柱、无粘结预应力钢棒、斜撑、钢筋混凝土剪力墙墙板、水平分布筋、竖向分布筋、基础梁、上边框梁。通过在钢管混凝土边框柱内配置适量的无粘结预应力钢棒，不仅能够提高剪力墙抗弯承载力，还能借助预应力钢棒的预应力提供恢复力减小剪力墙残余变形，从而调高剪力墙抗震性能及可恢复性能。本发明适用于高层建筑或大型复杂多层建筑的剪力墙结构或筒体结构，有较好的抗震性能，同时能够减小结构在地震作用下变形。
Description
技术领域
本发明是一种内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙及作法，属于一种提高抗震性能及可恢复性能的新型剪力墙及制作方法。
背景技术
剪力墙作为高层建筑中应用最为广泛的抗侧力构件，其对结构抗震性能起到至关重要的作用。普通的钢筋混凝土剪力墙在地震作用下延性较差，对结构抗震性能不利。钢-混凝土组合结构能够充分发挥钢材延性好，抗拉强度高，混凝土抗压强度高等优势，避免钢构件易失稳和混凝土易脆性破坏等缺点，目前已成为高层与超高层建筑常用结构形式之一。钢管混凝土边框剪力墙作为一种组合剪力墙其充分发挥了钢管混凝土边框柱的抗压与抗拉作用，同时边框柱能够约束墙板变形与限制裂缝的开展，相比钢筋混凝土边框墙，在强度、刚度和延性方面均有一定程度提高。并且相关学者研究表明剪力墙内部加斜撑能够提高剪力墙耗能能力与延性，减缓剪力墙刚度退化。
由于地震作用的随机性与复杂性，建筑物往往遭受超出建筑物设防等级的地震作用，导致难以修复甚至无法修复，严重影响了建筑物正常使用与人们日常生活。发明一种抗震性能良好且可恢复或易修复的剪力墙结构十分有必要。本发明在带斜撑钢管混凝土边框剪力墙的钢管混凝土边框柱内设置预应力钢棒，提出一种提高抗震性能及可恢复性能的新型剪力墙及制作方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高结构抗震性能，一定程度实现结构的可恢复性能的带斜撑的钢管混凝土边框剪力墙，主要用于高层建筑或大型复杂多层建筑的剪力墙结构或筒体结构，以减小其在地震作用下结构变形。
本发明采用以下技术方案：
内置预应力的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙，由钢管混凝土边框柱(1)、预应力钢棒(2)、斜撑(3)、钢筋混凝土剪力墙墙板(7)组成。主要特征为：剪力墙两侧布置钢管混凝土边框柱(1)；无粘结预应力钢棒(2)置于钢管混凝土边框柱(1)内；端部固定在钢管混凝土边框柱(1)上的斜撑(3)内藏于钢筋混凝土剪力墙板(7)内。
所述钢管混凝土边框柱(1)在墙体厚度方向的尺寸大于墙体厚度，钢管混凝土边框柱的截面为圆形或矩形，采用单腔体钢管混凝土柱或多腔体钢管混凝土边框柱。当采用矩形截面时，为保证钢管对混凝土约束，矩形截面高宽比宜在1-2之间，且钢管的壁厚大于8mm；当钢管混凝土边框柱(1)高宽比大于2时，采用多腔体钢管混凝土柱。对于矩形钢管混凝土边框柱高宽比大于2的单腔体截面增加栓钉或加劲肋构造措施。
所述无粘结预应力钢棒(2)采用符合GB/T 5223.3规定的低松弛无粘结预应力钢棒，当初始应力为抗拉强度70％时，应力松弛试验按GB/T 10120测定1000h松弛值小于2％；采用的低松弛预应力钢棒抗拉强度不小于1080MP，配置数量根据钢管混凝土边柱的截面大小增减，要求每侧无粘结预应力钢棒提供的设计抗拉承载力至少大于该侧钢管混凝土边框柱的极限抗拉承载力，以保证无粘结预应力钢棒提供足够的恢复力；无粘结预应力钢棒端部采用螺母施加锚固。
所述斜撑(3)沿墙高交错布置，可以采用钢管，钢筋或者钢板；形状可为“X”字形，其倾斜角度在45度至60度之间，与钢管混凝土边框柱(1)实施刚性连接，这里的刚接采用焊接实现。
所述钢筋混凝土剪力墙墙板(7)的水平分布钢筋(5)与钢管混凝土边框柱(1)采用竖向连接钢板焊接牢固；竖向分布钢筋(6)上端、下端分别伸入上边框梁(8)和下边框梁或基础梁(9)中进行可靠的刚性连接。
所述上边框梁(8)和下边框梁或基础梁(9)为钢筋混凝土梁，或为型钢混凝土梁，截面为矩形，混凝土现场浇筑。
本发明提出的内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙，可用于高层建筑或大型复杂多层建筑的剪力墙结构或筒体结构。采用的无粘结预应力钢棒在对于提高剪力墙恢复性能起到关键作用。在水平荷载作用下，当钢管混凝土边框剪力墙一侧受拉一端受压时，无粘结预应力钢棒也协同工作。受拉侧无粘结预应力钢棒伸长，阻止剪力墙继续变形。当水平荷载消失时，仍弹性段或弹塑性段的受拉无粘结预应力筋有收缩趋势，从而减小剪力墙变形。并且当受压侧变形较大时，受压侧无粘结预应力筋预应力消散后，仍可起到一定程度抗压钢筋作用，能提高剪力墙承载力。该发明提出的剪力墙相对于普通剪力墙具有以下优势：
(1)钢管混凝土边框柱内布置无粘结钢棒，能够提高剪力墙的抗弯承载力；当水平作用荷载卸载或地震作用减弱时，受力处于弹性段或弹塑性段的预应力筋钢棒提供恢复力，能够减小剪力墙残余变形，实现功能可恢复性。在水平荷载作用下，相对于采用预应力钢绞线，当受压侧钢管混凝土边框柱内的无粘结预应力钢棒预应力消散后，仍能作为受压钢筋继续提供一定的承载力。并且预应力钢棒较其他预应力筋有较好的低松弛优点，够提供更可靠的恢复力。
(2)钢管混凝土边框柱充分利用钢管混凝土的约束效应，能避免底部墙脚混凝土过早压溃，提高了剪力墙延性；并且钢管混凝土边框柱分担墙体更多的荷载，一定程度上能够减少剪力墙厚度，提高建筑空间利用率。同时边框对混凝土墙体的约束更强，延缓墙体裂缝开展。
(3)斜撑能够提高剪力墙抗震性能，后期侧向刚度大。
由于剪力墙是建筑结构的核心抗侧力部件，提高了剪力墙的抗震能力就改善了结构整体的抗震能力。本发明提出的内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙，不仅具有较好的抗震性能，同时因为钢管混凝土边框柱内设置适量的预应力钢棒，能够减小结构在地震作用后的残余变形，一定程度实现建筑物的可恢复性能。
附图说明
图1是内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙配钢及配筋图
图2是剪力墙立面示意图
图3是剪力墙墙体水平剖面图
附图代号说明：1-钢管混凝土边框柱，2-无粘结预应力钢棒，3-斜撑，4-竖向钢板条，5-水平分布钢筋，6-竖向分布钢筋，7-钢筋混凝土剪力墙墙板，8-上边框梁，9-下边框梁或基础梁。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体说明。
如图1所示，内置预应力的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙包括钢管混凝土边框柱(1)、无粘结预应力筋钢棒(2)、斜撑(3)、竖向钢板条(4)、水平分布钢筋(5)、竖向分布钢筋(6)、钢筋混凝土剪力墙墙板(7)、上边框梁(8)、下边框梁或基础梁(9)。
内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙制作步骤如下：
第一步，制作钢管混凝土边框柱(1)及斜撑(3)；
第二步，绑扎基础梁(9)内钢筋，墙体水平分布筋(5)、竖向分布钢筋(6)。并将钢管混凝土边框柱(1)、墙板竖向分布筋(6)插入基础梁(9)的钢筋笼内；
第三步，无粘结预应力筋钢棒(2)铺放。将预应力钢棒的锚垫板与螺旋筋焊接，然后进行预应力钢棒固定端锚具安装。完成固定端安装后，进行预应力钢棒定位及张拉端安装，要求张拉端钢棒端头距锚垫板外侧预留5.5cm螺纹工作长度。随后在张拉端外露螺纹处套上螺纹保护套；
第四步，浇筑基础梁(9)的混凝土，混凝土养护固结后，使基础梁与钢管混凝土边框柱(1)、竖向分布钢筋(6)的底部实现刚性连接；
第五步，采用竖向钢板条(4)将水平分布筋(5)焊接到边框柱上，使钢筋网和钢管混凝土边框柱(1)形成整体。斜撑(3)端部可焊接到钢管混凝土边框柱(1)的钢板上；
第六步，制作上边框梁，浇筑钢筋混凝土墙板(7)内混凝土和钢管混凝土边框柱(1)内混凝土，养护后进行预应力钢棒张拉并锁紧螺母，预应力筋张拉施工应按规范进行。
第七步，浇筑上边框梁内混凝土，并进行预应力钢棒张拉端封锚处理。制作的上边框梁(8)与钢管混凝土边框柱(1)、墙板竖向分布筋(6)刚性连接。
以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不仅限于此。
Claims (5)
1.内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙，其特征在于：包括钢管混凝土边框柱(1)、无粘结预应力钢棒(2)、斜撑(3)和钢筋混凝土剪力墙板(7)组成；在剪力墙墙板两侧布置钢管混凝土边框柱(1)；无粘结预应力钢棒(2)置于钢管混凝土边框柱(1)内；斜撑(3)内藏于钢筋混凝土剪力墙墙板(7)内；由水平分布钢筋(5)和竖向分布钢筋(6)组成钢筋网，并采用竖向钢板条(4)与钢管混凝土边框柱(1)连接；将钢管混凝土边框柱(1)、上边框梁(8)、下边框梁或基础梁(9)及钢筋混凝土剪力墙体浇捣混凝土成形，即构成内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙。
2.根据权利要求1所述的内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙，其特征在于：所述钢管混凝土边框柱(1)在墙体厚度方向的尺寸大于墙体厚度，钢管混凝土边框柱的截面为圆形或矩形，采用单腔体钢管混凝土柱或多腔体钢管混凝土边框柱；当采用矩形截面时，为保证钢管对混凝土约束，矩形截面高宽比宜在1-2之间，且钢管的壁厚大于8mm；当钢管混凝土边框柱(1)高宽比大于2时，采用多腔体钢管混凝土柱；对于矩形钢管混凝土边框柱高宽比大于2的单腔体截面增加栓钉或加劲肋构造措施。
3.根据权利要求1所述的内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙，其特征在于：所述无粘结预应力钢棒(2)采用符合GB/T 5223.3规定的低松弛无粘结预应力钢棒，当初始应力为抗拉强度70％时，应力松弛试验按GB/T 10120测定1000h松弛值小于2％；采用的低松弛预应力钢棒抗拉强度不小于1080MP，配置数量根据钢管混凝土边柱的截面大小增减，要求每侧无粘结预应力钢棒提供的设计抗拉承载力至少大于该侧钢管混凝土边框柱的极限抗拉承载力，以保证无粘结预应力钢棒提供足够的恢复力；无粘结预应力钢棒端部采用螺母施加锚固。
4.根据权利要求1所述的内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙，其特征在于：所述斜撑(3)沿墙高交错布置，采用钢管，钢筋或者钢板；形状当为“X”字形时，其倾斜角度在45度至60度之间，与钢管混凝土边框柱(1)实施刚性连接。
5.制备如权利要求1-4任意一项所述的一种内置预应力钢棒的带斜撑钢管混凝土边框剪力墙的方法，其特征在于，制作步骤如下：
第一步，制作钢管混凝土边框柱(1)及斜撑(3)；
第二步，绑扎基础梁(9)内钢筋，墙体水平分布筋(5)、竖向分布钢筋(6)；并将钢管混凝土边框柱(1)、墙板竖向分布筋(6)插入基础梁(9)的钢筋笼内；
第三步，无粘结预应力筋钢棒(2)铺放；将无粘结预应力钢棒的锚垫板与螺旋筋焊接，然后进行预应力钢棒固定端锚具安装；完成固定端安装后，进行预应力钢棒定位及张拉端安装，要求张拉端钢棒端头距锚垫板外侧预留螺纹工作长度；随后在张拉端外露螺纹处套上螺纹保护套；
第四步，浇筑基础梁(9)的混凝土，混凝土养护固结后，使基础梁与钢管混凝土边框柱(1)、竖向分布钢筋(6)的底部实现刚性连接；
第五步，采用竖向钢板条(4)将水平分布筋(5)焊接到边框柱上，使钢筋网和钢管混凝土边框柱(1)形成整体；斜撑(3)端部焊接到钢管混凝土边框柱(1)的钢板上；
第六步，制作上边框梁，浇筑钢筋混凝土墙板(7)内混凝土和钢管混凝土边框柱(1)内混凝土，养护后进行预应力钢棒张拉并锁紧螺母；
第七步，浇筑上边框梁内混凝土，并进行预应力钢棒张拉端封锚处理；制作的上边框梁(8)与钢管混凝土边框柱(1)、墙板竖向分布筋(6)刚性连接。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181019 |