CN112282121A - 预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙及施工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙及施工工艺，包括端柱和所述端柱之间的剪力墙；所述端柱为方形钢管混凝土端柱，由钢管内填充混凝土而成；所述剪力墙包括波纹钢板、钢缀条、混凝土和水平对接钢板；所述波纹钢板采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材；所述钢缀条焊接于所述波纹钢板侧表面形成剪力墙的钢骨架；在所述剪力墙的钢骨架两侧焊接钢管形成组合墙的钢骨架；在所述组合墙的钢骨架上现场浇筑混凝土形成内置波纹钢板增强混凝土组合墙。本发明提出的组合墙将内置波纹钢板剪力墙侧向刚度和承载效率高的优势与钢管混凝土柱抗震性能好的优势相结合，并实现了结构的装配化，提高了构件的装配速度。

Description

预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙及施工工艺
技术领域
本发明涉及建筑装配式结构设计领域，特别是涉及一种预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙及施工工艺。
背景技术
在地震活跃地区，中、高层建筑通常采用混凝土核心筒作为主要的抗侧力体系，因为混凝土墙体侧向刚度较大，且造价又比较低。但其缺点是，由于剪力墙截面的较大高厚比，地震时高应变主要集中在剪力墙段的底部，同时混凝土墙体延性较差，因为其作为抗侧构件的同时，又承担了很大的轴力，轴力会降低其变形能力，这可能导致剪力墙中混凝土破碎甚至更严重的破坏。因此，在剪力墙与特殊弯矩框架组合的二元体系(即框架-剪力墙结构)中，剪力墙往往限制了整个体系的变形能力。为了提高剪力墙的变形能力，部分研究设计了销钉支撑墙，通过软层机制控制主框架的变形形态，防止对主框架的破坏，然而，与普通剪力墙相比，销钉支撑墙的刚度贡献却非常有限；部分研究提出了开槽剪力墙的概念，采取竖向开槽提高了混凝土剪力墙的延性，但竖向开槽却显著降低了剪力墙的刚度和抗力。为了弥补剪力墙刚度和抗剪性能的显著降低，则必须增加墙厚，同时需要大幅度提高剪力墙的配筋率和混凝土强度，不幸的是，这种处理又降低了墙段的变形能力。
除了提高剪力墙的性能外，目前的剪力墙结构需要到实际施工区域进行现场安装，不便于实现工厂化的提前焊接装配，装配过程效率较低，不利于提高施工速度和质量。
因此，针对以往的不足，现急需一种新的预制式组合剪力墙结构及施工方法，既有良好的承载力和延性、满足竖向承载和水平抗侧的要求，又可有效减薄墙厚以提高建筑使用率，并能同时提高施工质量及施工效率。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙及施工工艺。
本发明采用的技术方案：一种预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙，包括端柱和所述端柱之间的剪力墙；所述端柱为方形钢管混凝土端柱，由钢管内填充混凝土而成；所述剪力墙包括波纹钢板、钢缀条、混凝土和水平对接钢板；所述波纹钢板采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材；所述钢缀条焊接于所述波纹钢板侧表面形成剪力墙的钢骨架；在所述剪力墙的钢骨架两侧焊接钢管形成组合墙的钢骨架；在所述组合墙的钢骨架上现场浇筑混凝土形成内置波纹钢板增强混凝土组合墙构件；所述剪力墙的上下端部焊有水平对接钢板，水平对接钢板外侧表面与波纹钢板端部平齐，水平对接钢板净截面设置螺栓孔，水平对接钢板与波纹钢板的连接通过三角形加劲肋进行加强。
上下相邻的所述预制式内置波纹钢板增强混凝土剪力墙构件之间通过连接螺栓连接，上下相邻的钢管构件可通过现场焊接。
优选的，所述波纹钢板波形为等腰梯形，波纹钢板的厚度为4至6毫米，波纹钢板的弯折角度为30度至45度，波纹钢板的波长为50毫米至100毫米，辊轧成型的采用避免了由单构件依次焊接制作组合墙所形成的焊缝缺陷及焊缝处的脆性破坏，在其波纹钢板内部浇筑的混凝土级配为二级，粗骨料的最大粒径不超过30毫米。
优选的，所述钢缀条截面形状为圆形，直径为6至8毫米，缀条间距为100毫米至200毫米，在焊接时应沿着波纹钢板通长焊接，钢缀条焊接于所述波纹钢板侧表面形成剪力墙的钢骨架，钢缀条焊接侧混凝土保护层厚度为30毫米。
优选的，所述剪力墙的厚度为200毫米至300毫米，所述水平对接钢板厚度为6毫米至8毫米，所述三角形加劲肋形状为等腰直角三角形，两直角边分别与波纹钢板及水平对接钢板焊接。
优选的，所述方形钢管混凝土端柱的宽度和厚度均为210毫米至310毫米，钢管厚度为4毫米至10毫米，通过焊接与剪力墙的钢骨架进行连接装配。
上述预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙的施工工艺，包括以下步骤：
步骤一：在工厂中预制组合墙的钢骨架构件，并在其剪力墙上下端部预留长度100毫米的钢板以供现场拼接；
步骤二：在现场拼装时，首先用连接螺栓通过剪力墙上下端的水平对接钢板上的螺栓孔将上下两个相同剪力墙构件固定；
步骤三：再通过焊接的方式将上下波纹钢板、钢管连接为一个整体；
步骤四：最终用较组合墙构件高一个强度等级的混凝土现场浇筑连接节点和填充钢管。
本发明的有益效果是：
1、本发明内置的波纹钢板是一种几何截面为波纹的钢板，与平钢板相比其面外刚度要大得多，具有很高的面外屈曲强度。因此实际工程中波纹钢板厚度较小，其可有效减薄墙厚以提高建筑使用率，同时又减小了工序及造价，经济性较好。本发明内置的波纹钢板能形成区域约束混凝土，波纹钢板沿管长方向承波形状，增大了钢板的抗弯惯性矩，使之具有较高的承载能力和稳定性，从而减少剪力墙压曲、平面外失稳的震害。
2、本发明设置的钢缀条能有效增加波纹钢板与混凝土之间机械咬合力，进一步约束混凝土变形，提高构件的承载力；钢缀条能够增加构件的后期刚度，改善构件刚度的退化效果，使试件拥有更好的抗震耗能特性和延性；钢缀条焊接于所述波纹钢板侧表面形成剪力墙的钢骨架又可以作为混凝土的模板，不需要附加临时支撑，施工速度快、施工成本低。
3、本发明设置的方形钢管混凝土柱，通过合理增大其钢管壁厚，可对剪力墙中的波形部分提供有效的附加约束，极大地提高了组合墙抵抗面内水平荷载的性能；有效地推迟了波纹钢板的屈曲进程和组合墙结构刚度退化进程；改善了塑性铰区域的耗能能力和组合墙构件的承载力以及延性，从而提高组合墙结构的抗震性能。
4、本发明提出的组合墙将内置波纹钢板剪力墙侧向刚度和承载效率高的优势与钢管混凝土柱抗震性能好的优势相结合，同时本发明提出的组合墙为预制式构件，设置的水平对接钢板及波纹钢板，使得组合墙构件对接方便，连接简易；在安装方便的同时还预留了后浇带及焊接空间，很好的兼顾构件的整体性，能完美地做到工业化生产、装配化施工。
附图说明
图1为预制式内置波纹钢板混凝土剪力墙的钢骨架示意图
图2为预制式内置波纹钢板混凝土组合剪力墙的示意图
图3为预制式内置波纹钢板混凝土组合剪力墙的平面图
图4为预制式内置波纹钢板混凝土剪力墙构件螺栓连接示意图
附图标记说明：1-波纹钢板、2-钢缀条、3-水平对接钢板、4-螺栓孔、5-三角形加劲肋、6-混凝土、7-钢管、8-弯折角度、9-波长、10-连接螺栓。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面通过实施例和附图对本发明进一步说明：
如图1-4，一种预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙构件，包括：波纹钢板1、钢缀条2、混凝土6和钢管7。
波纹钢板1采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材，由普通平钢板通过特定的设备辊轧成型；钢缀条2截面形状为圆形，直径可取6毫米至12毫米，缀条间距为100毫米至200毫米，钢缀条2焊接于波纹钢板1侧表面形成剪力墙的钢骨架，焊接时应沿着波纹钢板1通长焊接，在剪力墙的钢骨架两侧焊接钢管7形成组合墙的钢骨架；在剪力墙的上下端部焊有带螺栓孔4的水平对接钢板3并加设三角形加劲肋5；在组合墙的钢骨架上浇筑混凝土6形成内置波纹钢板增强混凝土组合墙。
上下相邻的所述预制式内置波纹钢板增强混凝土剪力墙构件之间通过连接螺栓10连接，上下相邻的钢管7可通过现场焊接。
本实施例中墙身长度为1800毫米，剪力墙厚为300毫米，方形钢管混凝土端柱的宽度和厚度均为310毫米，钢管7厚度为8毫米。墙身的长度l与墙厚b的比值介于4到6之间，其内配置的波纹钢板波形为等腰梯形，波纹钢板的弯折角度8最大为45度，波纹钢板的波长9为50毫米至100毫米。在其波纹钢板1内部浇筑的混凝土6级配为二级，粗骨料的最大粒径不超过30毫米。在波纹钢板1的上下端部焊接水平对接钢板3，水平对接钢板净截面设置螺栓孔4，水平对接钢板外侧表面与波纹钢板端部平齐，并在水平对接钢板3与波纹钢板1之间加设三角形加劲肋5。三角形加劲肋5形状为等腰直角三角形，两直角边分别与波纹钢板1及水平对接钢板3焊接。在现场内浇筑混凝土6时，应保证缀条焊接侧混凝土保护层厚度为30毫米。同时应在剪力墙构件的上下端部预留长度100毫米的钢板以供现场拼接。三角形加劲肋直角边长、厚度及高强螺栓直径根据受力而定，并需要满足相应规范的要求；螺栓孔之间的距离应根据规范而定，孔径应根据实际工程情况和相应规范来进行确定。
本发明提供的预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙构件的施工方法，具体包括以下步骤：
步骤一：在工厂中预制组合墙的钢骨架构件，并在剪力墙上下端部预留长度100毫米的钢板以供现场拼接；
步骤二：在现场拼装时，首先用连接螺栓10通过剪力墙上下端的水平对接钢板上的螺栓孔4将上下两个相同剪力墙构件固定；
步骤三：再通过焊接的方式将上下波纹钢板1、钢管7连接为一个整体；
步骤四：最终用较组合剪力墙构件高一个强度等级的混凝土6现场浇筑连接节点以及填充钢管7。
综上所述，本发明提出的预制式组合剪力墙构件将内置波纹钢板剪力墙侧向刚度和承载效率高的优势与钢管混凝土柱抗震性能好的优势相结合，并实现了结构的装配化，提高了构件的装配速度。本发明提出的组合墙符合现阶段世界各国住宅结构高性能、装配化的发展趋势，特别适合应用于装配式多高层钢结构住宅建筑中。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙，其特征在于：包括端柱和所述端柱之间的剪力墙；所述端柱为方形钢管混凝土端柱，由钢管内填充混凝土而成；所述剪力墙包括波纹钢板、钢缀条、混凝土和水平对接钢板；所述波纹钢板采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材；所述钢缀条焊接于所述波纹钢板侧表面形成剪力墙的钢骨架；在所述剪力墙的钢骨架两侧焊接钢管形成组合墙的钢骨架；在所述组合墙的钢骨架上现场浇筑混凝土形成内置波纹钢板增强混凝土组合墙构件；所述剪力墙的上下端部焊有水平对接钢板，水平对接钢板外侧表面与波纹钢板端部平齐，水平对接钢板净截面设置螺栓孔，水平对接钢板与波纹钢板的连接通过三角形加劲肋进行加强；
上下相邻的所述预制式内置波纹钢板增强混凝土剪力墙构件之间通过连接螺栓连接，上下相邻的钢管通过现场焊接。
2.根据权利要求1所述的预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述波纹钢板波形为等腰梯形，波纹钢板的厚度为4至6毫米，波纹钢板的弯折角度为30度至45度，波纹钢板的波长为50毫米至100毫米，波纹钢板内部浇筑的混凝土级配为二级，粗骨料的最大粒径不超过30毫米。
3.根据权利要求1所述的预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述钢缀条截面形状为圆形，直径为6至12毫米，缀条间距为100毫米至200毫米，钢缀条焊接侧混凝土保护层厚度为30毫米。
4.根据权利要求1所述的预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述剪力墙的厚度为200毫米至300毫米，所述水平对接钢板厚度为6毫米至8毫米，所述三角形加劲肋形状为等腰直角三角形，两直角边分别与波纹钢板及水平对接钢板焊接。
5.根据权利要求1所述的预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述方形钢管混凝土端柱的宽度和厚度均为210毫米至310毫米，钢管厚度为4毫米至10毫米，通过焊接与剪力墙的钢骨架进行连接装配。
6.根据权利要求1所述的预制式内置波纹钢板增强混凝土组合剪力墙的施工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在工厂中预制组合墙的钢骨架构件，并在其剪力墙上下端部预留长度100毫米的钢板以供现场拼接；
步骤二：在现场拼装时，首先用连接螺栓通过剪力墙上下端的水平对接钢板上的螺栓孔将上下两个相同剪力墙构件固定；
步骤三：再通过焊接的方式将上下波纹钢板、钢管连接为一个整体；
步骤四：最终用较组合墙构件高一个强度等级的混凝土现场浇筑连接节点和填充钢管。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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