CN110805165A - 一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构，包括墙、柱、梁和楼板，所述墙、柱包括一排竖直设置的钢管、灌注在至少一个钢管内的填充材料、用于连接钢管的连接约束件；所述墙、柱通过连接节点与梁和楼板连接，所述楼板的上层钢筋和下部受力筋穿过一排钢管的间隙。建筑的墙、柱采用钢管、填充材料和连接约束件的结构，钢管对填充材料提供约束力，内部填充材料对钢管提供支撑，两者协同工作，提高结构承载力和抗震性能，大幅降低用钢量、减轻震害、降低资源能源消耗、减少建筑垃圾、降低环境污染、实现绿色环保。

Description

一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构

技术领域

本发明涉及建筑领域，更具体的说是涉及一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构。

背景技术

目前，以预制构件为主要受力构件经装配/连接而成的装配式混凝土结构，在工程中得到了大量应用。在装配式建筑结构中，剪力墙作为承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载的关键构件，其一般采用混凝土剪力墙、钢板剪力墙、钢板混凝土剪力墙、方钢管束剪力墙等结构。尤其钢筋混凝土剪力墙应用较为广泛，主要应用于剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、框架-核心筒结构体系、筒中筒结构体系等。但是，现有建筑结构其存在以下问题：

现浇钢筋混凝土剪力墙属于传统的生产方式，资源能源消耗高，对环境污染大，劳动力密集，生产效率较低；

预制装配式钢筋混凝土剪力墙属于工业化生产方式，但是造价高，连接构造较为复杂，连接节点工程质量不好控制，承载力低，延性差，构件自重大导致运输、吊装、安装不便；

钢筋混凝土剪力墙结构自重大，抗震性能一般，施工速度较慢，有时构件截面尺寸较大对建筑空间和品质有一定影响；

钢板剪力墙用钢量大，造价较高，防腐防火性能一般，舒适度较差，与填充墙适应性一般，故其应用受到较大限制；

方钢管束剪力墙结构中方钢管对混凝土约束较弱，用钢量偏大，造价较高。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提出一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构。

本发明通过下述技术方案实现：

一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构，包括预制墙、预制柱、梁和预制楼板，所述墙、柱包括一排竖直设置的钢管、灌注在至少一个钢管内的填充材料、用于连接钢管的连接约束件；所述墙、柱通过连接节点与梁和楼板连接，所述楼板的上层钢筋和下部受力筋穿过一排钢管的间隙。本方案建筑的竖向构件墙、柱采用钢管、填充材料和连接约束件的结构，填充材料灌注在钢管内，钢管对填充材料提供约束力，大大提高结构承载力，可大幅度节省材料用量；内部填充材料对钢管提供支撑，保证钢管的局部稳定性。钢管通过连接约束件连接，既能提高钢管承载力，又能协调圆钢管整体变形，同时防止施工荷载下钢管局部屈曲。通过本方案的结构，可以解决传统装配式钢板剪力墙的缺点，具有用钢量省、焊接工作量小、施工简单、产业化程度高等优点，提高施工速度，并提升建筑产业化水平。也可以解决装配式钢筋混凝土剪力墙连接部位现场支模困难、钢筋套筒灌浆质量难以检测、连接节点钢筋密集等一系列问题，可提高施工速度，并提升建筑产业化水平。由于填充材料灌注在钢管内，可提高钢管对填充材料的约束力，解决方钢管束剪力墙中用钢量较大，连接节点焊接困难的问题。故整体上，采用本方案结构，可以充分发挥钢材与填充材料的材料性能优势，两者协同工作，提高结构承载力和抗震性能，大幅降低用钢量、减轻震害、降低资源能源消耗、减少建筑垃圾、降低环境污染、实现绿色环保。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明建筑的墙、柱采用由钢管、填充材料、连接约束件组合的结构，钢管对填充材料提供约束力，内部填充材料对钢管提供支撑，两者协同工作，提高结构承载力和抗震性能，大幅降低用钢量、减轻震害、降低资源能源消耗、减少建筑垃圾、降低环境污染、实现绿色环保。

2、采用本方案的结构，预制构件全部在工厂加工，现场仅需在钢管内灌注混凝土，焊接工作量小、施工简单、可提高产业化程度，且可解决连接部位现场支模困难、钢筋套筒灌浆质量难以检测、连接节点钢筋密集、连接节点焊接困难等一系列问题，提高建筑搭建的速度、质量，减少搭建成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明墙、柱的结构示意图。

图3为本发明采用两排钢管的结构示意图。

图4为连接约束件采用圆环时的结构示意图。

图5为连接约束件采用弧形段时的一结构示意图。

图6为连接约束件采用弧形段时的另一结构示意图。

图7为连接约束件采用弧形段时的再一结构示意图。

图8为墙、柱与梁的一连接结构示意图。

图9为图8的A-A示意图。

图10为墙、柱与梁的另一连接结构示意图。

图11为图10的B-B示意图。

图12为墙、柱与梁的再一连接结构示意图。

图13为图12的C-C示意图。

图14为钢管连接的一结构示意图。

图15为钢管连接的另一结构示意图。

图16为楼板与墙、柱的一连接示意图。

图17为图16的A-A局部视图。

图18为楼板与墙、柱的另一连接示意图。

图19为图18的A-A局部视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示的一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构，包括预制墙2、预制柱4、梁1和预制楼板3，墙2、柱4构成建筑单层的竖向结构，梁为承重梁，为H型钢梁，楼板置于梁、墙2、柱4上。墙2、柱4、楼板3可采用预制结构，该预制构件全部在工厂加工，现场仅需在钢管内灌注混凝土。

具体的，墙2、柱4包括钢管21、填充材料22、连接约束件23。钢管21有一排也可以有多排，根据具体情况可灵活设置为一字形、L形、T形、十字形、U形、Z形、C形等，在此不做限定，如图2所示即为采用单排钢管构成一字形的结构示意图，如图3所示即为采用2排钢管构成L字形的结构示意图；相邻两个钢管21之间的净距为2-20cm，以保证竖向构件连接有足够的可操作空间,要求较高时，也可超过20cm。填充材料22可以是混凝土、砂浆或其他水泥基材料，可灌注在一个钢管21内，也可灌注在多个或者全部的钢管21内，具体灌注数量，根据具体使用情况来定。连接约束件用于连接钢管，以提高钢管承载力，协调圆钢管整体变形，防止施工荷载下钢管局部屈曲。上述结构与国家建筑工业化政策非常契合，是优质的装配式工业化结构。

墙2、柱4通过连接节点与梁1和楼板3连接以此构成单层建筑结构。如图16至19所示，楼板3包括上层钢筋32、下部受力筋31、现浇混凝土，为现有常规结构，楼板3的上层钢筋32和下部受力筋31穿过一排钢管21的间隙，实现竖向构件与楼板的连接，同另一侧楼板钢筋可搭接或焊接。

采用该结构，可满足快速装配式需求，墙2、柱4采用排钢管混凝土叠合墙结构，全部构件和部件标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理，并有利于实现一体化装修、智能化应用。将传统建筑工地民工转化为产业工人，大量节省劳动力、降低劳动强度、提高生产效率、加快建造速度、提高工程质量、延长建筑使用寿命。能够充分发挥钢材与混凝土的材料性能优势，充分发挥钢管的约束作用，与混凝土协同工作，可大幅提高结构承载力和抗震性能、大幅降低用钢量、大幅减轻震害、大幅降低资源能源消耗，大幅减少建筑垃圾、大幅降低环境污染、实现绿色环保、大幅提高经济效益和社会效益。对建筑适应性强，既可以满足结构抗侧的需求，又可以提高建筑布局的灵活性，柱墙厚度和形状可灵活地按需调整，可满足各种复杂建筑平立面要求，满足不同建筑形式和建筑高度要求，可实现室内大空间，满足不同时期、不同人群对建筑室内空间的划分要求，可以应用于各种住宅剪力墙、公共建筑剪力墙、高层和超高层剪力墙或筒体，有利于降低结构造价、提高生产和施工效率、节省建筑空间、提高建筑品质。

实施例2

基于上述实施例1的结构，本实施例公开一连接约束件23的具体实施方式，即连接约束件23包括用于包覆钢管的约束部41和连接约束部41的连接件42。连接约束件23 可采取普通钢材保证排钢管共同工作，也可以局部采用低强钢等形成耗能构件与排钢管共同工作。

钢管可以是圆钢管、方钢管，根据钢管形状的不同，约束部结构不同。优选的，采用圆钢管、方钢管等封闭环状钢管，避免在内部灌注素混凝土时搭建模板。如图4、5、6、7所示，当钢管21为圆钢管，约束部41为圆环或者弧形段。如图4所示，即为约束部41为圆环时的连接约束件结构示意图；如图5、6、7所示，即为约束部41为弧形段时的多种连接约束件结构示意图。弧形段可以是半圆形，也可以是其他弧度的弧形结构。具体的，如图5所示，约束部采用两个半圆形钢板，连接件采用钢板，连接件两端与相连两个钢管同一侧的约束部连接即相邻两个钢管之间设置有两个连接件，两个连接件根据固定方式不同，其间距不同；也可采用图7所示结构，约束部采用弧形钢板，连接件采用钢板的结构。

钢管21与连接约束件之间通过多种方式连接，为了保证两者的可靠连接，可采用角焊方式连接；也可采用穿孔塞焊方式连接；也可通过连接件施加预应力方式连接，此处的连接件为螺栓或铆钉，上述方式均为现有常规方式，在此不做赘述。

上述是单排连接约束件的结构，连接约束件23根据情况可沿着竖向设置多排。设置多排时，为了节约材料且增强钢管的连接性能、提高钢管局部防屈曲性能，相邻两排连接约束件23之间的竖向距离在20-100cm。

上述基材可直接采用自动化生产线生产，无需现场配置钢筋，混凝土可在工厂填充浇筑，也可以在现场浇筑，也可以部分工厂浇筑部分现场浇筑。可实现结构构件轻便化，便于运输、吊装和安装。采用本实施例的结构搭建的墙或柱，可以充分发挥钢材轻质、高强、抗震性能好，混凝土刚度大的优点；避免了钢构件稳定性差，混凝土脆性破坏及刚度退化快的缺点；上述结构对建筑适应性强，既可以满足结构抗侧的需求，又可以提高建筑布局的灵活性，墙体厚度和形状可灵活地按需调整，可满足各种复杂建筑平立面要求，满足不同建筑形式和建筑高度要求，可实现室内大空间，满足不同时期、不同人群对建筑室内空间的划分要求，可以应用于各种住宅剪力墙、公共建筑剪力墙、高层和超高层核心筒，有利于降低结构造价、提高生产和施工效率、节省建筑空间、提高建筑品质。

实施例3

为了增强墙、柱结构的结构稳定性、耐久性和防火性能，可设置叠合混凝土、防火、防腐等结构。具体的，如图2、3所示，在一排钢管外包覆防火板24，在防火板24与钢管21之间灌注叠合填充材料25。防火板24可采用纤维增强覆面板，该板材强度高、刚度大，可充当叠合填充材料25浇筑模板。防火板24可防火防腐，叠合填充材料25同样可采用混凝土、砂浆或其他水泥基材料，采用混凝土浇筑构成叠合钢筋混凝土层。也可在一排钢管21之间连接有受力钢筋26，受力钢筋26与一排钢管21之间均相切。通过钢管外包结构，满足建筑美观性的要求；通过配置受力钢筋、叠合混凝土与排钢管墙、柱整体共同作用，形成排钢管混凝土叠合柱、墙结构。

特别的，由于设置了叠合钢筋混凝土层，对于连接约束件要求可降低。连接约束件可采用以下方式：全部用前述钢板；用约束箍筋替代钢板，与图5结构相同；约束箍筋与钢板交替布置。

排钢管、连接约束件、纤维增强覆面防火板以及现场混凝土浇筑施工必要的连接措施等，可统一在工厂内加工完成，现场只需完成型钢钢管少量连接、钢管内外混凝土浇筑等少量工作，从而大大提高建筑工程的产业化程度。

实施例4

基于上述实施例，本实施例公开竖向构件即墙、柱与梁的连接节点结构，两者可采用刚性节点或铰接节点。梁为钢梁，墙2、柱4与梁1的连接节点包括用于连接钢梁和钢管21的连接钢板51。根据梁与墙2、柱4的位置布置情况，可采用不同的连接钢板结构。

具体的，如图8、9所示，连接钢板51为片状，设置在钢梁的翼缘板两侧，两端分别焊接在钢梁的翼缘板、钢管上，根据受力情况，连接钢板51可仅与最靠近梁的单个钢管连接，也可与多个钢管连接。也可在连接钢板51和靠近梁一侧的两个钢管之间的区域设焊接有加强板52。加强板52构成异形梯形钢板结构，一底边与连接钢板51贴紧焊接，另两腰成弧形，与钢管贴紧焊接；加强板52与梁同高度。

可采用如图10、11所示的结构，连接钢板51为弧形板，弧形板贴合在钢管21的外侧且通过单边螺栓53与钢管21连接，螺栓数量根据情况而定，钢梁的上下翼缘与连接弧形板53采用全溶透焊接。在靠近梁一侧的两个钢管之间的区域设焊接有加强板52。加强板52构成异形梯形钢板结构，两腰成弧形与钢管贴紧焊接，加强板52与梁同高度。

也可采用如图12、13所示的结构，连接钢板51成片状，一端与钢管焊接，另一端与钢梁铰接。

墙体与梁等厚设置，不存在露梁露柱等影响室内空间的问题；可以为设备管线预留线槽，有利于实现建筑、装修一体化设计和施工。结构刚度大，舒适度高，建筑层间位移角小，建筑外围护墙体和内隔墙材料选择余地大，从而有效降低造价。

实施例5

上述墙、柱结构均为单层结构，要实现多层施工，本实施例公开竖向构件的连接方式。如图14所示，一根钢管21的底端、一钢管的顶端均套在一内衬钢管61上，内衬钢管61与两钢管21穿孔塞焊，穿孔数量根据圆钢管束钢管截面计算确定，现场施工时，两钢管采用全溶透焊等强连接。也可采用如图15所示的结构，采用一外套钢管62，该外套钢管62分别套设在一根钢管21的底端、一钢管的顶端外，外套钢管62与两钢管21采用单边螺栓连接。螺栓的数量需要根据计算确定。

采用上述结构，全部构件和部件可标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理，可大量节省劳动力、降低劳动强度、提高生产效率、加快建造速度、提高工程质量、延长建筑使用寿命。结构与国家建筑工业化政策非常契合，是优质的装配式工业化结构，能够充分发挥钢材与混凝土的材料性能优势，充分发挥圆钢管和约束构件组成的结构单元的约束作用，与混凝土协同工作，可提高结构承载力和抗震性能，并能大幅降低用钢量、减轻震害、降低资源能源消耗，并可减少建筑垃圾、降低环境污染、实现绿色环保，从而提高经济效益和社会效益。对建筑适应性强，既可以满足结构抗侧的需求，又可以提高建筑布局的灵活性，墙体厚度和形状可灵活地按需调整，可满足各种复杂建筑平立面要求，满足不同建筑形式和建筑高度要求，可实现室内大空间，满足不同时期、不同人群对建筑室内空间的划分要求，可以应用于各种住宅剪力墙、公共建筑剪力墙、高层和超高层核心筒，有利于降低结构造价、提高生产和施工效率、节省建筑空间、提高建筑品质。其可设计与室内墙体和梁等厚，不存在露梁露柱等影响室内空间的问题；可以为设备管线预留线槽，有利于实现建筑、装修一体化设计和施工。

排钢管混凝土叠合墙结构除了可以充分发挥钢材和混凝土组合之后承载力高、刚度大、抗震性能好、防腐防火性能优异的优点之外，还具备可以形成各种形状的柱墙、使用位置灵活、结构构件轻、运输便利、现场施工方便等优点。克服了装配式钢筋混凝土柱墙体抗震性能差、钢板剪力墙造价高且舒适度差、钢板组合剪力墙构造复杂及施工困难等缺点。

排钢管墙可采用工业化生产线生产，全程由机器人自动化操作。该结构无需现场配置钢筋，混凝土填充物直接灌注在排钢管和连接件组成的结构单元中，防火板兼做施工模板，施工速度快。混凝土填充物可在工厂填充浇筑，也可以在现场浇筑，也可以部分工厂浇筑部分现场浇筑。可实现结构构件轻便化，便于运输、吊装和安装。排钢管墙结构构件在工厂制作时在竖向可以跨越一层或多层。

排钢管混凝土叠合墙结构对建筑适应性强，既可以满足结构竖向受力和结构抗侧的需求，又可以提高建筑布局的灵活性，柱墙体厚度和形状可灵活地按需调整，可满足各种复杂建筑平立面要求，满足不同建筑形式和建筑高度要求，可实现室内大空间，满足不同时期、不同人群对建筑室内空间的划分要求，可以应用于各种住宅剪力墙、公共建筑剪力墙、高层和超高层剪力墙或筒体等，有利于降低结构造价、提高生产和施工效率、节省建筑空间、提高建筑品质。

排钢管混凝土叠合墙结构与国家建筑工业化政策非常契合，是优质的装配式工业化结构，并且，造价低，受力和抗震性能好，具有其他结构无可比拟的优点。

排钢管混凝土叠合墙结构中，排钢管混凝土与叠合混凝土有效协同工作，结构刚度大，舒适度高，建筑层间位移角小，建筑外围护墙体和内隔墙材料选择余地大，从而有效降低造价。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构，包括预制墙（2）、预制柱（4）、梁（1）和预制楼板（3），其特征在于，所述墙（2）、柱（4）包括一排竖直设置的钢管(21)、灌注在至少一个钢管(21)内的填充材料（22）、用于连接钢管(21)的连接约束件(23)；

所述墙（2）、柱（4）通过连接节点与梁（1）连接，所述楼板（3）的上层钢筋（32）和下部受力筋（31）穿过一排钢管(21)的间隙。

2.根据权利要求1所述的一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构，其特征在于，所述连接约束件(23)包括用于包覆钢管(21)的约束部（41）和连接约束部（41）的连接件（42）。

3.根据权利要求1所述的一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构，其特征在于，所述钢管(21)为圆钢管，所述约束部（41）为圆环或者弧形段。

4.根据权利要求1所述的一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构，其特征在于，所述连接约束件(23)竖向设置有多排，相邻两排连接约束件(23)之间的竖向距离在20-100cm。

5.根据权利要求1所述的一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构，其特征在于，一排钢管(21)外侧之间连接有受力钢筋（26）。

6.根据权利要求1所述的一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构，其特征在于，多个墙（2）可组合成“一”字型、“L”型、“T”型或“十”字型。

7.根据权利要求1所述的一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构，其特征在于，所述梁为H型钢梁，所述墙（2）、柱（4）与梁（1）的连接节点包括用于连接钢梁和钢管（21）的连接钢板（51）。

8.根据权利要求7所述的一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构，其特征在于，靠近梁一侧的两个钢管之间的区域设焊接有加强板（52），所述加强板（52）与梁同高度。

9.根据权利要求1所述的一种装配式排钢管混凝土叠合墙建筑结构，其特征在于，上、下墙（2）、柱（4）的钢管（21）通过内衬钢管（61）或外套钢管（62）进行连接。

10.根据权利要求1所述楼板为钢筋桁架楼承板或钢筋混凝土叠合板，其特征在于：楼板的上层钢筋（32）和下部受力筋（31）穿过钢管间隙，同另一侧楼板钢筋搭接或焊接。

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