CN108797844B - 一种组合剪力墙以及组合剪力墙生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及组合剪力墙以及组合剪力墙生产方法，其生产工艺简单，施工速度快，且组合剪力墙自身强度高：利用高分子芯材的粘结特性，取消了封装墙板与混凝土板之间的抗剪连接件，使两者间采用高分子芯材进行荷载传递，可以有效降低抗剪连接件对于剪力墙结构本身的损伤；其剪力墙力学性能好：将端部与角部采用高分子芯材，由于致密的高分子芯材有较大的延性与抗剪强度，可以将荷载有效传递到中部混凝土区域，将破坏位置改为剪力墙中间破坏与耗能，可以有效保护周边框架。

Description

一种组合剪力墙以及组合剪力墙生产方法

技术领域

本发明属于土木建筑工程技术领域，尤其涉及一种组合剪力墙及其组合剪力墙生产方法。

背景技术

目前，在土木工程的高层或超高层钢结构、组合结构中，常常设置剪力墙承担结构的水平荷载。作为高层结构中的重要抗侧力构件，在风或小震下剪力墙应具有较大的强度与刚度，而强震作用时则应先于主框架进入塑性状态，从而提高结构阻尼，消耗地震能量。

目前，常见的剪力墙为钢板剪力墙、混凝土剪力墙以及组合剪力墙，但这些剪力墙存在以下问题：

1.钢板剪力墙，在地震中易发生屈曲，并产生较大面外变形，导致剪力墙耗能能力急剧下降，从而影响结构的安全，并导致震后修复非常困难；

2.混凝土剪力墙，与钢框架组合的难度很大，需要在钢梁与钢柱翼缘上设置抗剪栓钉，并采用现浇混凝土剪力墙方式；在地震中，连接剪力墙与钢框架的抗剪栓钉容易发生剪切断裂，从而导致结构整体刚度迅速下降，且震后修复困难大，成本高；

3.钢-混凝土组合剪力墙，主要采用钢板中间夹混凝土板，或者在混凝土板中设置钢板等方式，该方法能有效提高钢板的屈曲承载能力，但存在以下问题：1)施工中容易发生较大的困难，要采用螺栓或者抗剪栓钉(或抗剪连接件)连接钢板与混凝土板，其施工周期较长；2)剪切栓钉(或抗剪连接件)在钢板或钢框架上焊接，在这些部位会出现明显的焊接残余应力与应力集中现象，都会明显降低结构或材料的力学性能；

4、钢板-高分子材料组合剪力墙，如本案发明人申请的申请号为CN201410029069.7的发明专利，其采用高分子材料聚氨酯灌注在两层钢板之间，形成新型组合剪力墙，施工速度快，无需采用焊接连接件；但其聚氨酯等高分子材料刚度较小，不能很好的承担结构的水平载荷，即抗剪力不足；且设置成本较高，一吨聚氨酯价格20万元以上，而为确保抗剪力，同时聚氨酯采用的量较大，不能很好的满足实际使用需求。

发明内容

本发明旨在提供一种组合剪力墙，以解决现有高分子组合剪力墙，其抗剪力不足，成本高的问题。

具体方案如下：一种组合剪力墙，包括混凝土板、高分子芯材以及两封装墙板：两该封装墙板用于固定在墙体框架上，以在两者之间形成一大致密闭的容置腔；该高分子芯材填充于该容置腔内，且该混凝土板埋入该高分子芯材内；该高分子芯材包裹连接于该混凝土板上并连接至两该封装墙板。

进一步的，两该封装墙板为金属墙板，两该金属墙板固定于墙体框架的翼缘，进而两该金属墙板和墙体框架的内壁配合形成该容置腔。

进一步的，该墙体框架为金属框架，包括由H型钢构成的金属梁和金属柱，该金属梁连接于该金属柱上，形成一矩形的框架结构。

进一步的，该混凝土板设于该容置腔中部的位置。

本发明的进一步技术方案为：该混凝土板为轻骨料混凝土材质，该高分子芯材为聚氨酯。

其中，优选的，该混凝土板内置有钢筋或型钢，且分部该钢筋或型钢凸伸出该混凝土板；该高分子芯材内设有玻璃微珠或陶瓷微珠。

本发明还提供了一种组合剪力墙生产方法，包括以下步骤：

步骤1，提供一混凝土板，该混凝土板内置有钢筋或型钢，且至少一钢筋或型钢凸伸出该混凝土板外侧，以形成定位钢材；将该定位钢材连接至墙体框架，将该混凝土板固定于墙体框架中部的位置；

步骤2，提供两金属墙板，该金属墙板上开设有贯通孔；将两该金属墙板设于该混凝土板的两侧，并分别固定于墙体框架上，在两金属墙板之间形成一容置腔；

步骤3，将液态聚氨酯材料通过该贯通孔灌入该容置腔，后封闭该贯通孔，使液体聚氨酯材料硬化，形成高分子芯材。

其中，进一步优选的技术方案为：在步骤1中，该混凝土板为轻骨料混凝土材质；该定位钢材有四个，其分别焊接固定于墙体框架的四个壁面上。

其中，进一步优选的技术方案为：在步骤2中，两该金属墙板是焊接于墙体框架的翼缘上的，且两该金属墙板镜像对称设于该混凝土板的两侧。

其中，进一步优选的技术方案为：在步骤3中，该液态聚氨酯材料为多元醇与多氰酸酯的混合液，且混有玻璃微珠或陶瓷微珠。

有益效果：本发明的组合剪力墙，首先，提高了剪力墙的自身强度：利用高分子芯材的粘结特性，取消了封装墙板与混凝土板之间的抗剪连接件，使两者间采用高分子芯材进行荷载传递，可以有效降低抗剪连接件对于剪力墙结构本身的损伤；同时，改善剪力墙力学性能：由于剪力墙在承受地震荷载中，剪力墙端部与角部最易发生破坏，而这些位置破坏后会直接影响周边框架柱与梁的受力，即将较大的荷载传递到框架上，可能会造成主框架结构的损伤；而本发明的组合剪力墙，将端部与角部采用高分子芯材，由于致密的高分子芯材有较大的延性与抗剪强度，可以将荷载有效传递到中部混凝土区域，将破坏位置改为剪力墙中间破坏与耗能，可以有效保护周边框架。

现有技术中钢板-高分子材料组合剪力墙，其高分子材料是作为粘合双层金属墙板的粘合剂，将钢板剪力墙复合为双层钢板的框架剪力墙结构，以提高抗屈曲性能，其本质上依旧是钢板剪力墙；而在本专利申请案中，创造性地将高分子材料，即高分子芯材作为抗剪连接件，实现封装墙板和混凝土板之间的连接，其实质上为封装墙板和混凝土板的复合墙板，具有本质的区别；实现了静载抗剪力大，动载塑性形变吸能效果好；且避免了现有技术中心，硬质墙板振动对周边框架的损伤，具有突出的技术进步。

本发明的组合剪力墙生产方法，其生产工艺简单，施工速度快，很好的满足了实际使用需求。

附图说明

图1示出了本发明实施例组合剪力墙安装于金属框架后的正视图；

图2示出了图1组合剪力墙横向剖面图；

图3示出了图1纵向剖面图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

结合图1至图3所示，该实施例提供了一种组合剪力墙，其安装在墙体框架上，在该实施例中，该墙体框架是呈矩形的金属框架，其包括由H型钢构成的两根金属梁1和两根金属柱2，两该金属梁1平行连接于两该金属柱2的上下两端，形成一矩形的框架结构，且内部形成一空间，用于安装该组合剪力墙。

在该实施例中，该组合剪力墙包括混凝土板4、高分子芯材5以及两封装墙板3：

两该封装墙板3为金属墙板，优选的，为钢板；两该金属墙板分别固定于墙体框架的翼缘，优选的，金属墙板的外缘焊接固定于金属梁1和金属柱2上，进而两该金属墙板和墙体框架的内壁配合形成该容置腔；实现了两该封装墙板3固定在墙体框架上，以在两者之间形成一大致密闭的容置腔。

该高分子芯材5填充于该容置腔内：在该实施例中，该高分子芯材为聚氨酯，且该高分子芯材内设有玻璃微珠或陶瓷微珠；聚氨酯在多元醇与多氰酸酯混合过程中加入适量的玻璃微珠或陶瓷微珠，要求两种微珠必须有足够的抗压强度(不小于40MPa)，将聚氨酯的密度减低为1吨/m3左右，此时聚氨酯有较好的力学性能，同时可以大幅降低聚氨酯的使用量。

该混凝土板4埋入该高分子芯材内：在该实施例中，该混凝土板4为轻骨料混凝土材质，其中，优选的，该混凝土板4内置有钢筋或型钢，且分部该钢筋或型钢凸伸出该混凝土板，以形成定位钢材41；该定位钢材41有四条，其分别连接至金属梁1或金属柱2中的一个上，以实现了该混凝土板4设于该容置腔中部的位置，并间隔该金属框架的内壁面设置；而后该高分子芯材5包裹连接该混凝土板4上，并连接至两侧的封装墙板3，即钢板，且该高分子芯材5还连接至墙体框架的内壁面，以使该混凝土板4通过该高分子芯材5实现了与墙体框架和金属墙板的连接。

该实施例的组合剪力墙，可以有效降低材料与施工成本，同时能实现组合剪力墙中所需的各种性能，结合了现有钢-混凝土组合与钢-高分子材料组合剪力墙的优点，并避免其在施工困难及造价过高方面的不足，主要体现以下优点：

1)取消所有钢与混凝土直接的抗剪连接；2)采用轻骨料混凝土以及添加玻璃或陶瓷微珠(成本极为低廉)的聚氨酯，有效降低结构自重与造价；3)无须现场浇筑混凝土，能有效加快组合剪力墙的施工速度；4)该实施例的组合剪力墙，将端部与角部采用聚氨酯，由于聚氨酯有较大的延性与抗剪强度，可以将荷载有效传递到中部混凝土区域，将破坏位置改为剪力墙中间破坏与耗能，可以有效保护周边框架；5)钢板在聚氨酯与混凝土的约束下，不容易发生面外屈曲，能充分发挥钢板在地震中的耗能作用，并在地震结束后可以采用成本较低的修复方法。

该实施例中，钢板与混凝土板4采用聚氨酯材质的高分子芯材5连接，利用高分子芯材5，聚氨酯特性(能与混凝土与钢板均具备良好的粘结能力)取代钢与混凝土的抗剪连接件，两者间采用聚氨酯进行荷载传递，可以有效降低连接件对于剪力墙结构本身的损伤；同时，混凝土板4采用轻骨料混凝土，高分子芯材5选用添加玻璃或陶瓷微珠的聚氨酯，以降低整体的自重；通过内部的聚氨酯与混凝土约束外部钢板，防止发生面外；还能有效改善剪力墙端部与角部力学性能，将剪力墙的破坏集中到中部，可以有效保护周边框架。

该实施例还提供了一种组合剪力墙生产方法，包括以下步骤：

步骤1，提供一混凝土板4，该混凝土板内置有钢筋或型钢，且至少一钢筋或型钢凸伸出该混凝土板外侧，以形成定位钢材41，将该定位钢材41连接至墙体框架；该混凝土板4优选为轻骨料混凝土材质；四个定位钢材41分别连接至金属梁1或金属柱2中的一个上，即分别焊接固定于墙体框架的四个壁面上，进而将该混凝土板以悬空隔离的方式固定于墙体框架中部的位置；

步骤2，提供两金属墙板，该金属墙板上开设有贯通孔31；将两该金属墙板镜像地设于该混凝土板4的两侧，两该金属墙板是边缘焊接于墙体框架的翼缘上，进而在两金属墙板之间形成一容置腔，该混凝土板4悬空隔离地设于该容置腔内，在该实施例中，两该金属墙板为钢板；

步骤3，将液态聚氨酯材料通过该贯通孔31灌入该容置腔，后螺栓锁合封闭该贯通孔31，使液体聚氨酯材料并硬化，形成高分子芯材5；该贯通孔31可以即作为灌注口又作为排气口，在该实施例中，贯通孔31有四个，其下方两个为灌注口，上方两个为排气口；该液态聚氨酯材料为多元醇与多氰酸酯的混合液，且内混有玻璃微珠或陶瓷微珠。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种组合剪力墙，其特征在于，包括混凝土板、高分子芯材以及两封装墙板：

两该封装墙板用于固定在墙体框架上，以在两者之间形成一大致密闭的容置腔；

该高分子芯材为聚氨酯，将液态聚氨酯材料填充于该容置腔内使液体聚氨酯材料硬化，且该混凝土板埋入该高分子芯材内；该高分子芯材包裹连接于该混凝土板上，并作为抗剪连接件连接至两该封装墙板。

2.根据权利要求1所述的组合剪力墙，其特征在于：两该封装墙板为金属墙板，两该金属墙板固定于墙体框架的翼缘，进而两该金属墙板和墙体框架的内壁配合形成该容置腔。

3.根据权利要求1所述的组合剪力墙，其特征在于：该墙体框架为金属框架，包括由H型钢构成的金属梁和金属柱，该金属梁连接于该金属柱上，形成一矩形的框架结构。

4.根据权利要求1所述的组合剪力墙，其特征在于：该混凝土板设于该容置腔中部的位置。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的组合剪力墙，其特征在于：该混凝土板为轻骨料混凝土材质。

6.根据权利要求5所述的组合剪力墙，其特征在于：该混凝土板内置有钢筋或型钢，且分布 该钢筋或型钢凸伸出该混凝土板；该高分子芯材内设有玻璃微珠或陶瓷微珠。

7.一种组合剪力墙生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，提供一混凝土板，该混凝土板内置有钢筋或型钢，且至少一钢筋或型钢凸伸出该混凝土板外侧，以形成定位钢材；将该定位钢材连接至墙体框架，将该混凝土板固定于墙体框架中部的位置；

步骤2，提供两金属墙板，该金属墙板上开设有贯通孔；将两该金属墙板设于该混凝土板的两侧，并分别固定于墙体框架上，在两金属墙板之间形成一容置腔；

步骤3，将液态聚氨酯材料通过该贯通孔灌入该容置腔，后封闭该贯通孔，使液体聚氨酯材料硬化，形成作为抗剪连接件的高分子芯材。

8.根据权利要求7所述的组合剪力墙生产方法，其特征在于：在步骤1中，该混凝土板为轻骨料混凝土材质；该定位钢材有四个，其分别焊接固定于墙体框架的四个壁面上。

9.根据权利要求7所述的组合剪力墙生产方法，其特征在于：在步骤2中，两该金属墙板是焊接于墙体框架的翼缘上的，且两该金属墙板镜像对称设于该混凝土板的两侧。

10.根据权利要求7所述的组合剪力墙生产方法，其特征在于：在步骤3中，该液态聚氨酯材料为多元醇与多氰酸酯的混合液，且混有玻璃微珠或陶瓷微珠。

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