CN110106967A - 一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木工程技术领域，提供一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱‑墙结构体系，该结构体系采用钢管再生混凝土加劲混合剪力墙作为主要竖向承重构件，墙梁节点采用端板式刚接连接节点，轻质墙体采用再生混凝土空心砌块。该结构体系平面布置灵活，空间利用率高，充分发挥钢与再生混凝土的工作特点，承载效率高，抗腐蚀、抗火及抗震性能优异，具有良好的经济效益。此外，此结构体系在结构构件中大量应用再生混凝土材料，有效促进了建筑垃圾的回收利用，符合可持续土木工程的发展理念。本发明应用于剪力墙、框架‑剪力墙等结构形式中，适用于多层或高层结构的主体结构体系。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系。
背景技术
随着社会经济的发展，城镇人口日益增多，多、高层住宅的需求也日益增大。目前，常见的抗震性能较好的住宅结构体系包括框架-核心筒结构体系与框架-支撑结构体系。然而，这两种结构体系均存在钢柱截面过大、结构耗用面积大、室内空间利用率较低等缺点，给住宅建筑的实际应用带来一定的问题。同时，现代建筑对于结构抗灾性及灾后功能可恢复性也提出了更高的要求。
此外，随着我国城镇化建设的快速推进，天然原材料短缺问题和建筑垃圾剧增问题日益突出。将废弃混凝土通过一系列工序加工形成再生混凝土并用于工程结构是建筑业可持续发展方向之一。但是，再生混凝土本身强度较低、耐久性较差等不足和缺陷局限了其在建筑工程中的应用。
因此，迫切需要一种空间利用率高、抗震、抗火、抗腐蚀性能优异且能够大量有效利用再生混凝土的新型结构体系，以适应可持续土木工程结构发展的趋势，并获得良好的经济效益。
发明内容
本发明实施例提供一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明实施例提出，所述新型钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系空间利用率高、抗震、抗火、抗腐蚀性能好、经济效益好，符合可持续土木工程结构发展的理念。
本发明实施例提供一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系，包括：混合承重结构体系，所述混合承重结构体系包括钢管再生混凝土加劲混合剪力墙、钢梁、楼板、墙梁节点与轻质墙体，其中：
钢管再生混凝土加劲混合剪力墙，是一种采用钢管再生混凝土桁架加劲的钢筋混凝土剪力墙，包括钢管再生混凝土桁架、钢筋网片与外围普通混凝土；所述钢管再生混凝土桁架由多根中空钢管与多对钢板焊接而成，每根中空钢管内填充再生混凝土，每对所述钢板与中空钢管外壁形成的腔体内填充再生混凝土；
钢梁，是一种工字形截面的钢梁；
楼板，为现浇混凝土楼板或装配整体式楼板；所述楼板的中和轴以下部分采用再生混凝土层，中和轴以上部分采用普通混凝土层；
墙梁节点，是一种端板式刚接节点，包括端板、腹板连接板和高强螺栓；所述端板与所述钢管再生混凝土桁架的中空钢管通过焊缝连接；所述钢梁的翼缘与所述端板通过焊缝连接；所述腹板连接板与所述端板通过焊缝连接；所述腹板连接板与所述钢梁的腹板通过高强螺栓连接；所述钢梁安装完成后，先浇筑所述中空钢管内的再生混凝土，再绑扎所述钢筋网片，并浇筑所述钢管再生混凝土加劲混合剪力墙中所述外围普通混凝土；
轻质墙体，是一种再生混凝土空心砌块墙体，作为墙结构体系中非承重竖向构件。
其中，所述钢管再生混凝土加劲混合剪力墙的截面形式为一字形、L形、 T形和C形形式，所述钢管再生混凝土桁架的中空钢管的截面形式为圆形或矩形。
其中，所述钢管再生混凝土桁架的中空钢管间距可根据需求进行调整；所述钢管再生混凝土加劲混合剪力墙上可根据建筑需求开设门窗洞，所述门窗洞避开所述钢管再生混凝土桁架中的中空钢管，开设在钢板所在部位。
其中，所述中空钢管沿所述钢管再生混凝土加劲混合剪力墙厚度方向的宽度为所述剪力墙厚度的0.5～0.75。
其中，所述钢管再生混凝土桁架位于所述剪力墙截面的中心；或者，所述钢管再生混凝土桁架偏心设置在所述剪力墙截面内。
其中，所述钢筋网片中钢筋的间距设置应保证所述钢管再生混凝土加劲混合剪力墙中所述外围普通混凝土在高温情况下不发生爆裂。
其中，所述钢管再生混凝土加劲混合剪力墙中与所述楼板中采用的所述再生混凝土的再生粗骨料替代率均不超过50％，强度等级为RC30～RC60，所述再生混凝土为一次、二次或多次再生混凝土。
其中，所述中空钢管、钢板和所述钢梁可采用的钢材牌号为Q235、Q355、 Q460、Q500、Q550、Q620和Q690。
本发明实施例的有益效果为：
(1)和目前现有的住宅体系相比，本发明户型设置灵活，结构耗用面积小，空间利用率高，室内美观，功能性强。
(2)采用钢管再生混凝土加劲，相同荷载下，减小结构截面尺寸，节省工程造价；用钢管再生混凝土桁架替代传统剪力墙中的抗弯、抗剪钢筋网片，受力性能优异。
(3)由于外围混凝土的保护，本发明具有更好的抗火、抗腐蚀性能；在地震、冲击作用下，外围混凝土可以耗散能量，地震后便于修复，结构可恢复性强，具有较高的抗灾性，适应了现代建筑高性能化的发展趋势。
(4)本发明在剪力墙、楼板等结构构件与轻质墙体等非结构构件中大量应用了再生混凝土材料，达到材料高性能化利用及建筑垃圾资源化的效果，开辟了再生骨料在结构工程中应用新前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系的一个优选实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的钢管再生混凝土加劲混合剪力墙的一个优选实施例的剖视图；
图3为本发明提供的钢管再生混凝土加劲混合剪力墙的一个优选实施例的结构示意图；
图4a为本发明提供的钢管再生混凝土加劲混合剪力墙的一个优选实施例的横截面示意图；
图4b为本发明提供的钢管再生混凝土加劲混合剪力墙的另一优选实施例的横截面示意图；
图5为本发明提供的墙梁节点的一个优选实施例的结构示意图；
图6为图5所示的墙梁节点中A-A截面的结构示意图；
其中，100-墙结构体系；10-钢管再生混凝土加劲混合剪力墙；11-桁架； 111-中空钢管；112-钢板；113-再生混凝土；12-钢筋网片；13-普通混凝土； 14-门窗洞；20-钢梁；30-楼板；40-墙梁节点；41-端板；42-腹板连接板； 43-高强螺栓；50-轻质墙体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1示出了本发明高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系100的一个优选实施例，如图1和图2所示，该高性能钢管再生混凝土加劲混合柱- 墙结构体系100包括：多个钢管再生混凝土加劲混合剪力墙(简称“剪力墙”) 10、多个钢梁20、多个楼板30和多个轻质墙体50。
具体的，每个剪力墙10沿着竖直方向延伸，多个剪力墙10在平面上根据功能需求进行布置。多个钢梁20沿竖直方向分布在多个不同的水平面内，且同一水平面内分布有多个钢梁20，同一水平面内的钢梁20沿纵向或横向延伸，如图1所示，例如，钢梁20的横截面形式为工字形等；在本发明实施例中以墙结构体系100的长度方向为横向、墙结构体系100的宽度方向为纵向，钢梁20与相邻的两个剪力墙10通过墙梁节点40相连。楼板30支撑在钢梁20与剪力墙10上。
钢管再生混凝土加劲混合剪力墙10中的钢管再生混凝土桁架11在工厂预制加工完成后被运输至施工现场进行安装，安装前中空钢管111内不浇筑再生混凝土113，根据户型需求，钢管再生混凝土桁架11可采用不同的截面形式，包括一字形、T形、工形及C形，如图4a和图4b所示。以及，该桁架11包括多根中空钢管111和多对钢板112，例如，中空钢管111的横截面形式可以为圆形或矩形等，如图4a和图4b所示；多根中空钢管111沿墙结构体系100的高度方向依次布置，且相邻两个中空钢管111之间设有一对钢板112，且该一对钢板112均竖直设置、且二者相对布置；钢板112的端部均与中空钢管111的端部相连，例如，二者的连接关系为焊接等。
在本实施例中，通过在钢管再生混凝土加劲混合剪力墙10中设置由中空钢管111、钢板112和再生混凝土113构成的桁架11，使得剪力墙在相同荷载下，减小了墙结构体系100的横截面尺寸，同时使用再生混凝土113可以节省工程造价等；且用该种结构的桁架11代替传统剪力墙中的抗弯、抗剪钢筋网片12，使得整个柱-墙结构体系100的受力性能优异。
另外，可将桁架11设置在剪力墙的横截面中心，可以根据需要将桁架 11偏心设置在剪力墙内。即，桁架11在剪力墙内的位置可以根据需要进行设定。桁架11中相邻两个中空钢管111之间间距可以根据需要进行调整；另外，还可在剪力墙上根据墙结构体系100形式开设门窗洞14，如图3所示，该门窗洞14应避开中空钢管111所在的位置，开设在钢板112所在的位置处。
进一步地，钢管再生混凝土桁架11安装完成后，进行钢梁20的安装，钢梁20与钢管再生混凝土桁架11中的中空钢管111采用墙梁节点40进行连接。端板41与钢管再生混凝土桁架的钢管壁采用角焊缝进行连接，钢梁20 翼缘端部与端板41采用双面角焊缝进行连接，在钢梁20腹板两侧，各设置一块腹板连接板42，腹板连接板42一侧与端板41采用角焊缝进行连接，腹板连接板42板体与钢梁20腹板通过高强螺栓43进行连接，如图5和图6所示。
在钢梁20安装完成后，应进行楼板30部分中钢板及钢筋的安装，对于楼板30，先浇筑中和轴以下的再生混凝土，再浇筑中和轴以上的普通混凝土。随后，将楼板30支撑在钢梁20与剪力墙上。此后，在桁架11的两侧绑扎必要的钢筋网片12，并搭建混凝土模板。对于剪力墙分多次完成混凝土的浇筑，首先浇筑桁架11腔体中的再生混凝土113，其次浇筑桁架11外围的普通混凝土13。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系，包括：混合承重结构体系，其特征在于，所述混合承重结构体系包括钢管再生混凝土加劲混合剪力墙、钢梁、楼板、墙梁节点与轻质墙体，其中：
钢管再生混凝土加劲混合剪力墙，是一种采用钢管再生混凝土桁架加劲的钢筋混凝土剪力墙，包括钢管再生混凝土桁架、钢筋网片与外围普通混凝土；所述钢管再生混凝土桁架由多根中空钢管与多对钢板焊接而成，每根中空钢管内填充再生混凝土，每对所述钢板与中空钢管外壁形成的腔体内填充再生混凝土；
钢梁，是一种工字形截面的钢梁；
楼板，为现浇混凝土楼板或装配整体式楼板；所述楼板的中和轴以下部分采用再生混凝土层，中和轴以上部分采用普通混凝土层；
墙梁节点，是一种端板式刚接节点，包括端板、腹板连接板和高强螺栓；所述端板与所述钢管再生混凝土桁架的中空钢管通过焊缝连接；所述钢梁的翼缘与所述端板通过焊缝连接；所述腹板连接板与所述端板通过焊缝连接；所述腹板连接板与所述钢梁的腹板通过高强螺栓连接；所述钢梁安装完成后，先浇筑所述中空钢管内的再生混凝土，再绑扎所述钢筋网片，并浇筑所述钢管再生混凝土加劲混合剪力墙中所述外围普通混凝土；
轻质墙体，是一种再生混凝土空心砌块墙体，作为墙结构体系中非承重竖向构件。
2.根据权利要求1所述的一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系，其特征在于，所述钢管再生混凝土加劲混合剪力墙的截面形式为一字形、L形、T形和C形形式，所述钢管再生混凝土桁架的中空钢管的截面形式为圆形或矩形。
3.根据权利要求1所述的一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系，其特征在于，所述钢管再生混凝土桁架的中空钢管间距可根据需求进行调整；所述钢管再生混凝土加劲混合剪力墙上可根据建筑需求开设门窗洞，所述门窗洞避开所述钢管再生混凝土桁架中的中空钢管，开设在钢板所在部位。
4.根据权利要求1所述的一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系，其特征在于，所述中空钢管沿所述钢管再生混凝土加劲混合剪力墙厚度方向的宽度为所述剪力墙厚度的0.5～0.75。
5.根据权利要求1所述的一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系，其特征在于，所述钢管再生混凝土桁架位于所述剪力墙截面的中心；或者，所述钢管再生混凝土桁架偏心设置在所述剪力墙截面内。
6.根据权利要求1所述的一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系，其特征在于，所述钢筋网片中钢筋的间距设置应保证所述钢管再生混凝土加劲混合剪力墙中所述外围普通混凝土在高温情况下不发生爆裂。
7.根据权利要求1所述的一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系，其特征在于，所述钢管再生混凝土加劲混合剪力墙中与所述楼板中采用的所述再生混凝土的再生粗骨料替代率均不超过50％，强度等级为RC30～RC60，所述再生混凝土为一次、二次或多次再生混凝土。
8.根据权利要求1所述的一种高性能钢管再生混凝土加劲混合柱-墙结构体系，其特征在于，所述中空钢管、钢板和所述钢梁可采用的钢材牌号为Q235、Q355、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690。
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