CN112982738A - 含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系 - Google Patents

含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系 Download PDF

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Abstract

本发明公开了含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，所述体系由预制钢管混凝土墙体，楼板与多种连接件组成。含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙中部墙体采用钢管混凝土柱与中空钢管柱一字型间隔排布，并且各柱沿高度方向被横向隔板分隔形成数个柱段，钢管混凝土柱在不同柱段可根据功能需求选择不同类型填充材料，另外该墙体外挑梁处安装有钢管混凝土耗能柱，上述各柱宽度，壁厚，横向隔板厚度，所用钢材等可根据受力耗能需求差异化分配，在地震作用下可可实现多段屈服特性，且上述各柱在沿墙面内、外均可发生显著弯剪变形具有良好的多维耗能能力，且各组件完全由工厂预制生产，施工方便快捷，减少工期与成本。

Description

含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系
技术领域
本发明涉及含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，属于装配式结构抗震技术领域。
背景技术
地震灾害会造成建筑结构产生损伤甚至倒塌，从而致使人员伤亡和经济损失。剪力墙是结构必不可少的组成部分，其作用为提高结构抗侧力能力并作为隔断分割平面空间。但传统剪力墙在形式与功能上存在诸多局限，尤其在地震作用下暴露出许多问题，传统钢筋混凝土剪力墙在小震下耗能量少，仅为结构提供侧向承载力，而在中大震中易产生开裂，而且存在损伤破坏集中的现象，加之剪力墙面外变形造成的墙底部损伤会造成刚度退化严重，延性表现差，能量耗散量实际低于预期值，总体抗震减震效果不佳。此外，传统钢筋混凝土剪力墙施工繁琐，人力成本高，施工周期长，受到环境因素影响大，环境污染严重，施工过程中材料浪费现象普遍。型钢剪力墙亦存在上述问题，墙体在小震作用下耗能量少，仅为结构抗侧刚度，在中大震下易产生开裂，且其用钢量较大，增加了构筑成本，同时施工困难问题并未得到有效解决。钢板剪力墙安装快速方便易于施工，但其容易发生平面外失稳，加之地震作用为多维激励，面外扰动强烈，其失稳问题表现得更为突出，一旦钢板剪力墙产生整体面外失稳，其承载能力和耗能能力会极具下降，且安装钢板剪力墙的区格沿墙对角线容易产生拉力带对两侧柱的性能存在消极作用，通过加密肋的方法可以一定程度改善钢板剪力墙的面外稳定性，但提高了用钢量，材料利用率并未得到显著提升，增加建筑成本。
混凝土构件易开裂问题和钢构件易失稳问题是两种材料缺陷的宏观反映，钢管混凝土可以使混凝土与钢材充分发挥各自材料优势，因而钢管混凝土构件在外力作用下表现出很高的刚度与承载能力，这使得在保证性能目标的前提下节约材料从而降低建造成本成为可能；同时其兼具有良好的延性与稳定性，降低了构件发生瞬时破坏的概率，构件的耗能能力可以得到保证。钢管混凝土良好的力学性能及经济效益使其适用于墙体的构建。近年来一些学者发觉了钢管混凝土剪力墙的潜力并提出了一些构造形式，但这些构造形式并不便应用于实际工程，首先大部分构造形式依赖现场灌浆，钢管混凝土墙因厚度原因难以实现充分振捣，内部混凝土易出现细观缺陷从而对墙体宏观力学性能造成影响。因此探索新的预制钢管混凝土墙施工方案并从力学性能优化角度对墙体构造进行改良意义重大。
另外楼板与剪力墙间的连接方式也值得注意，楼板作为结构的主要功能构件，其与支撑构件的连接安全性尤为重要，但传统的剪力墙结构和框剪结构中楼板与剪力墙或梁的连接基本依靠混凝土现浇，施工速度慢，工程质量不可控，材料浪费问题较为凸出，上述问题亟需解决。
通过对以上工程问题和需求进行分析，本发明提出含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，该体系中所有构件均采用工厂预制，构件质量容易得到保障，施工作业中采用模块化安装工艺，不需湿法作业，可显著降低施工难度并缩短工期。体系中耗能柱位于墙体两侧，耗能柱为钢管混凝土细长柱，外部为具有不同屈服强度的钢管，内填材料为高性能混凝土聚合物，通过选择不同屈服强度的钢材和内填混凝土聚合物材料来使不同的耗能柱具备良好而有差异性的延性和抗疲劳性能。耗能柱优异的力学性能可归因为外部钢管为中部混凝土聚合物稳定地提供环箍效应，加之内填混凝土的良好延性与阻裂性能且为外部钢管提供约束作用避免其失稳，两种材料形成优势互补，使得耗能柱具有良好的弯剪延性和耗能能力，在地震的多维激励作用下其可发生多向变形，耗散大量地震能量，且耗能柱可采用不同长宽比，其不仅可以发挥耗能作用，若工程需要也可为墙体提供一定侧向承载能力。中部一字型扁柱也是含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙实现多段屈服及多维耗能特性的重要构件。中部一字型排布扁柱由墙体外面板、竖向隔板与横向隔板、内填混凝土构成，墙体外面板与竖向隔板组成扁柱，横向隔板将扁柱沿柱高方向分隔为多个柱段，不同柱段内可选择是否填充混凝土聚合物或填充何种混凝土聚合物。中部一字型排布扁柱可根据墙体外面板不同分为多种构造形式。墙体外面板可采用分片式平钢板、整体镂空平钢板、整体非镂空平钢板或上述构造形式在沿柱宽度方向组合。当墙体外面板采用分片式平钢板时，各扁柱间仅由墙体外挑梁连接，扁柱间有与柱体等高的间隔。当墙体外面板采用整体式镂空平钢板时，扁柱间不仅由外挑梁进行连接，扁柱间间隔部位虽有部分墙体外面板被镂空，但仍有部分外面板作为柱间连接发挥作用。当墙体外面板采用整体非镂空平钢板时，一字型排布扁柱形成束状构造。为使得上述形式一字型排布扁柱力学性能优越且使性能差异化，一字型排布扁柱采用钢管混凝土柱与中空钢管柱交错排列，同时可使不同扁柱取不同宽度，使外包钢管与横向隔板材料强度与厚度不同，或使横向隔板分隔柱段取不同高度。针对钢管混凝土柱，又可在不同柱段内灌注力学性能存在差别的混凝土聚合物，进而使得各扁柱在兼顾优秀力学性能与性能差异化，最终使得一字型排布扁柱在地震作用下实现多维耗能与分段屈服，在不同强度的地震下均可高效耗散地震能量。
发明内容
为改进现有剪力墙体系施工难度大，小震作用下剪力墙不耗能，大震下易损坏，墙体面外耗能能力弱等缺点，提出含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，该墙采用工厂预制，全干式装配的制作施工工艺，面内面外均具备较强耗能能力，具有很强的延性同时不易发生刚度退化，且可实现多段屈服在不同强度的地震下均可发挥良好的消能减震作用。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
多段屈服的装配式钢管混凝土多维耗能剪力墙体系，其发明主要包括：含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1，墙体连接键2，墙体连接槽3，弹簧销连接孔4，螺旋弹簧销5，上部外挑梁6，楼板连接槽7，耗能柱安装槽8，耗能柱螺杆9，耗能柱10，下部外挑梁11，墙体外面板12，竖向隔板13，横向隔板14，内填混凝土15，水平向墙间连接件16，水平向墙间连接孔17，墙间连接螺栓18，楼板19，楼板槽孔20，楼板连接键21,螺母22；其特征在于：含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1外部为异形钢管，内部根据不同功能分区灌注不同类型的混凝土聚合物，存在一些分区不需浇筑混凝土的分区，不同功能区之间通过钢板进行区隔；上、下层含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1间依靠墙体连接键2与墙体连接槽3扣合并在弹簧销连接孔4插入螺旋弹簧销5实现连接；水平向墙体间通过水平向墙间连接件16与水平向墙间接孔17对齐并穿入墙间连接螺栓18实现连接；耗能柱10上下两端分别置于上部外挑梁6下侧与下部外挑梁11上侧耗能柱安装槽8内且耗能柱螺杆9贯穿耗能柱10上螺栓孔，最后通过螺母22紧固实现安装；墙体外面板12与不同厚度竖向隔板13组合在上部外挑梁6与下部外挑梁11间墙体内形成一字型排布扁柱，部分扁柱内灌装混凝土聚合物材料，扁柱沿高度方向被不同厚度横向隔板14分隔为高度不同的柱段，不同柱段可根据功能需求灌装不同力学属性的内填混凝土15，内部不灌装混凝土聚合物扁柱沿高度方向也可设置横向隔板14，此时横向隔板14主要发挥加劲肋作用加强中空钢管的稳定性，避免其过早失稳丧失承载能力和耗能能力；楼板19端部连接键与位于上部外挑梁6上侧的楼板连接槽7扣合，并通过楼板19端部连接键上侧楼板槽孔20与含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1的楼板连接键21扣合实现其在体系中的固定。
含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1为预制构件，外包钢板与内部隔板采用一体成型技术制作或分别制作最终焊接成型；内填混凝土灌装与养护工作均在工厂进行，以保证该构件性能稳定可控。
墙体连接键2和墙体连接槽3的主要作用为约束上下墙体件间的相对水平自由度，两者均为外包钢管，内填高强度混凝土聚合物的异形钢管混凝土，且下层墙的墙体连接键2与其上层墙的墙体连接槽3可实现紧密扣合，为保证上、下层墙体连接处的安全性，墙体连接键2和墙体连接槽3外包钢管材料屈服强度应至少为345MPa，钢管厚度在3mm-30mm范围内进行取值，内部混凝土聚合物强度应大于常规C40混凝土且具备较强延性，可选择工程水泥基复合材料、活性粉末混凝土等高性能混凝土聚合物材料作为内部填充。
弹簧销连接孔4位于墙体连接键2和墙体连接槽3侧面且完全贯穿，下层墙的墙体连接键2上的弹簧销连接孔4与上层墙墙体连接槽3上的弹簧销连接孔4在上、下墙体扣合时可一一对应，且完全对齐；弹簧销连接孔4侧壁为圆钢管，圆钢管材料与所在部分外包钢管材料保持一致，圆钢管厚度应大于所在部分外包钢管厚度；弹簧销连接孔4侧壁采用喷砂处理以保证其与螺旋弹簧销5间具备足够的摩擦力储备。
螺旋弹簧销5由两部分组成，分别为内部芯材和外部螺旋弹簧，内部芯材采用高强钢，其屈服强度至少应大于500MPa，根据连接强度需求其半径可取为5mm-20mm，且其端部有帽状卡件，螺旋弹簧销5端部帽状卡件外径大于弹簧销连接孔4，以防止地震下拉脱导致上、下墙体间连接失效；外部螺旋弹簧呈卷状，且卷间有高弹性抗老化橡胶，外部螺旋弹簧在不受围压时外径略大于弹簧销连接孔4，以保证螺旋弹簧销5在弹簧销连接孔4内可以给予孔侧壁足够的压力使得两者间静摩擦力极限值得到保证，进而使得连接可靠；
上部外挑梁6和下部外挑梁11均为外包钢管，内填高强度混凝土聚合物的钢管混凝土，且两者与其中部由墙体外面板12，竖向隔板13，横向隔板14，内填混凝土15构成的一字型排布扁柱用钢板隔断，钢板材料与厚度与所在部位所用外包钢板保持一致；上部外挑梁6和下部外挑梁11沿墙体正面观察均呈矩形；上部外挑梁6和下部外挑梁11外包钢板及内填混凝土要求与对墙体连接键2和墙体连接槽3所作要求保持一致。
楼板连接槽7位于上部外挑梁6顶面墙体连接键2两侧，槽轴线方向与墙体宽度方向保持一致，凹槽深度至少取楼板19厚度的五分之一，以保证两者间形成可靠连接。
耗能柱安装槽8位于上部外挑梁6底部与下部外挑梁11顶部，且上部外挑梁6与下部外挑梁11上耗能柱安装槽8一一对应，将一侧耗能柱安装槽8底面形状沿墙高方向向另一侧耗能柱安装槽8投影，两者底面可完全重合；耗能柱安装槽8沿墙高方向观察呈U型，为方便耗能柱10安装，U型槽开口朝向墙外侧，其侧壁为平面正六面体钢板，钢板侧面与外挑梁面重合，钢板通过一体成型方式与外挑梁实现连接，钢板材料屈服强度应大于345Mpa，板厚至少应取5mm。
耗能柱螺杆9位于耗能柱安装槽8靠近墙体侧的钢板上，耗能柱螺杆9沿其轴向观察呈圆柱，轴线方向垂直于其端部连接钢板，耗能柱螺杆9沿圆柱高度分为两段，两段圆柱外径相同，靠近连接钢板段为光滑圆柱，另一侧为带有螺纹圆柱，光滑圆柱高度等于耗能柱10上螺栓孔深度；耗能柱螺杆9与耗能柱安装槽8采用相同材料，其值径应在10mm-30mm范围内取值。
耗能柱10钢管混凝土构件，每根耗能柱外部钢管壁厚统一，具体厚度可在3mm-20mm范围内取值，内填高性能混凝土聚合物可为活性粉末混凝土、工程水泥基复合材料、橡胶混凝土等高延性高强度混凝土材料，不同耗能柱可根据功能需求取不同外钢管厚度与内填混凝土聚合物材料；耗能柱10为细长柱，呈正六面体状，其高度等于上部外挑梁6底部与下部外挑梁11顶部间距，两端分别有连接孔，孔半径与耗能柱螺杆9半径相同，且位置与耗能柱螺杆9位置相对应。
墙体外面板12，竖向隔板13，横向隔板14，内填混凝土15构成一字型排布扁柱，墙体外面板12可为分片式平钢板、整体镂空平钢板、整体非镂空钢板或上述三种形式在沿墙宽度方向进行结合；墙体外面板12形式为分片式钢板时其与竖向隔板13，横向隔板14，内填混凝土15构成分布式扁柱，扁柱间仅由外挑梁相连接；墙体外面板12为整体镂空平钢板或整体非镂空钢板时，扁柱间不仅由两端外挑梁相连接，墙体外面板12也可起到连接扁柱作用；扁柱中存在钢管混凝土扁柱与中空钢管扁柱，各扁柱高度一致，但为差异化扁柱受力性能，扁柱宽度为分级式取值，扁柱宽度由小到大，上一级扁柱宽度至少应为下级扁柱宽度的1.5倍；墙体外面板12与竖向隔板13构成扁柱两对侧面，各柱侧壁钢材材料、厚度与位置根据受力，承载力需求和耗能需求进行选择，同样采取差异化取值策略，侧壁厚度可在3mm-30mm范围内取值；扁柱内部由横向隔板14沿高度方向分隔成数个柱段；对于钢管混凝土扁柱，不同区域内填混凝土15材质不同，混凝土聚合物材料选择范围同耗能柱10，各柱横向隔板14布置方式不同，进而使得各柱柱段长度与排布不同，进一步体现差异化各柱力学性能的策略；对于中空钢管柱横向隔板14主要起到加劲肋作用，差异化策略与钢管混凝土柱相同。
水平向墙间连接件16，其材料为高强钢，钢材屈服强度应至少大于500Mpa，厚度至少大于10mm，其上有螺栓孔，当同层含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1侧面对齐时，水平向墙间连接件16上螺栓孔与水平向墙间连接孔17一一对应，完全重合。
水平向墙间连接孔17位于含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1最外侧钢管混凝土扁柱上，水平向墙间连接孔17排布方式较为灵活；水平向墙间接孔17侧壁为圆钢管，圆钢管材料与所在部位外包钢管材料一致，圆钢管厚度应大于对应部位外包钢管厚度。
楼板19为预制构件，楼板19与墙体连接端有与楼板连接槽7所匹配的连接键，连接键端楼板顶面有楼板槽孔20其深度不宜过深，可在10mm左右厚度取值，以免破坏楼板强度，楼板槽孔20排布与上层含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1下部外挑梁11底部楼板连接键21相对应，楼板槽孔20深度与下部外挑梁11底部楼板连接键19高度相同，两者横截面形状完全一致，可实现紧密扣合。
与现有墙体相比，本发明的优点在于：
1.全部构件采用工厂预制和模块装配式安装，施工方便，减少材料浪费，环境友好。
2.剪力墙中耗能柱与一字型排布扁柱在地震作用下可产生沿墙宽度方向与垂直墙宽度方向弯剪变形因而具有多维耗能能力，且可通过改变各柱长宽比、外包钢管厚度和内填混凝土材料对墙体面内、外耗能能力与承载力进行调配。
3.扁柱间在外包钢管材料、壁厚、沿墙向宽度、分隔柱段数量和内填材料等方面均存在差异，合理设计情况下可实现多段屈服，在各强度地震下均可发挥优越的耗能性能。
附图说明
图1为含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系示意图。
图2为含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙A-A剖面。
图3为含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙B-B剖面。
图4为含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙C-C剖面。
图5为螺旋弹簧销示意图。
图6为耗能柱示意图。
图7为为水平向墙间连接件及墙间连接螺栓示意图。
图8为楼板示意图。
图中：1-含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙、2-墙体连接键、3-墙体连接槽、4-弹簧销连接孔、5-螺旋弹簧销、6-上部外挑梁、7-楼板连接槽、8-耗能柱安装槽、9-耗能柱螺杆、10-耗能柱、11-下部外挑梁、12-墙体外面板、13-竖向隔板、14-横向隔板、15-内填混凝土、16-水平向墙间连接件、17-水平向墙间连接孔、18-墙间连接螺栓、19-楼板、20-楼板槽孔、21-楼板连接键、22-螺母；
具体实施方式
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。如附图1，附图2所示，含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系由含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1，墙体连接键2，墙体连接槽3，弹簧销连接孔4，螺旋弹簧销5，上部外挑梁6，楼板连接槽7，耗能柱安装槽8，耗能柱螺杆9，耗能柱10，下部外挑梁11，墙体外面板12，竖向隔板13，横向隔板14，内填混凝土15，水平向墙间连接件16，水平向墙间连接孔17，墙间连接螺栓18，楼板19，楼板槽孔20，楼板连接键21,螺母22构成，所有构件均为预制构件。
本实施例为某层墙体安装完成后该层楼板与上层墙体的安装施工过程。本例中含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1宽度为3000mm，上部外挑梁6顶部至下部外挑梁11底部距离为3000mm，上部外挑梁6与下部外挑梁11沿墙厚方向宽度均为600mm，上部外挑梁6高度为200mm，下部外挑梁高度为300mm，上部外挑梁6和下部外挑梁11外包钢板材料屈服强度为500Mpa，外包钢板厚度统一取为10mm，两者内填充混凝土材料为石墨烯活性混凝土。如图2所示，墙体连接键2总高度为300mm，墙体连接键2凹槽与突起部分正视图横截面为矩形，且两者尺寸相同，沿墙体水平向宽度为200mm，高度为100mm，沿墙厚度方向宽度为200mm。墙体连接槽3尺寸与墙体连接键2尺寸相对应，墙体连接键2与墙体连接槽3外包钢板厚度与内填混凝土材料与外挑梁相同。弹簧销连接孔4半径为15mm，内壁厚度为10mm，位于墙体连接键2上弹簧销连接孔4贯穿深度为200mm，位于墙体连接槽3上弹簧销连接孔4贯穿深度为600mm，弹簧销连接孔4内壁材料与墙体连接键2外包钢管材料相同。螺旋弹簧销5在不受围压状态下半径为17mm，内部芯材半径为15mm，长度为610mm，内部芯材和外部螺旋弹簧均采用屈服强度为500Mpa的钢材，外部螺旋弹簧厚度为0.5mm绕内部芯材三圈，圈间布置有顺丁橡胶。楼板连接槽7沿墙厚度方向宽度为50mm，沿墙向宽度为3000mm，深度为20mm。耗能柱安装槽8深度为50mm，沿墙向宽度为100mm，沿墙厚度方向宽度为100mm，组成耗能柱安装槽8的平面钢板厚度均为20mm，钢材屈服强度为500Mpa。耗能柱螺杆9半径为15mm，总长120mm。耗能柱10长度为2600mm，轴向横截面为正方形，边长为100mm，本例中耗能柱外包钢管有2种，如图3所示，墙体两端耗能柱10外包钢管为软钢，壁厚为15mm，耗能柱10内填混凝土采用橡胶混凝土。靠近墙中线耗能柱10外包钢管钢材屈服强度为500Mpa，壁厚为10mm，内填混凝土15均采用橡胶混凝土。如图2，图3所示墙体外面板12采用整体非镂空钢板，其材料为软钢材料，宽度为3000mm，高度为2600mm，厚度为15mm，共有14块竖向隔板13与其连接，共形成7根扁柱，其中钢管混凝土柱共5根，分布于墙体外面板12两端、中线及中线两侧。中空钢管柱位于墙体外面板12两端钢管混凝土柱内侧。墙体外面板12两端钢管混凝土柱两竖向隔板13间距600mm，厚度为10mm，采用软钢材质，柱沿高度方向被横向隔板14分隔为4个柱段，横向隔板14厚度为5mm，其材质与墙体外面板12相同，柱段高度由上至下分别为700mm，595mm，595mm与695mm，内部填充混凝土15由上部柱段至下部柱段依次为橡胶混凝土，工程水泥基复合材料，工程水泥基复合材料与橡胶混凝土。墙体中线钢管混凝土柱两块竖向隔板13间间距为300mm，竖向隔板13厚度为10mm，被厚度为2mm的横向隔板14分隔为5个柱段，柱段高度由上至下依次为400mm，598mm，598mm，598mm，398mm，竖向隔板13与横向隔板14材质均为屈服强度为345Mpa的钢材，内部填充混凝土15由上部柱段至下部柱段依次为橡胶混凝土，橡胶混凝土，工程水泥基复合材料，橡胶混凝土，橡胶混凝土。中线两侧钢管混凝土竖向隔板13厚度为25mm，两者间距为130mm，被厚度为6mm的横向隔板14分隔为3个柱段，柱段高度由上至下依次为1000mm，594mm，994mm，竖向隔板13与横向隔板14材料是屈服强度为235Mpa的钢材，内部填充混凝土15由上部柱段至下部柱段依次为橡胶混凝土，工程水泥基复合材料，橡胶混凝土。其余两柱为中空钢管柱，由12块厚度不同的横向隔板14等距分隔，水平向隔板中线间距为200mm，该柱竖向隔板13厚度为12mm，12块水平隔板14有两种厚度，由上至下第3块隔板，第6块隔板，第9块隔板，第12块隔板厚度为3mm，其余水平隔板厚度选为6mm。如图7所示，水平向墙间连接件16上螺栓孔半径为15mm，同排螺栓孔间距为200mm，平行两列螺栓孔间距为400mm，构件整体为矩形平面钢板，厚度为20mm，材料是屈服强度为500Mpa的钢材，长宽分别为2400mm与600mm，水平向墙间连接孔15与水平向墙间连接件14上螺栓孔位置对应。墙间连接螺栓17半径为15mm，长度为220mm。如图8所示，楼板19宽度为3000mm，楼板槽孔20深度为10mm，槽孔为圆形槽孔，槽孔半径为15mm，楼板端部连接键与楼板连接槽7尺寸相对应。含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1底部楼板连接键21与楼板槽孔18尺寸相对应。具体施工流程为：
(1)首先将附图8中楼板19端部连接键置于如图2所示下层含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1的楼板连接槽中。
(2)将如图2所示上层含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙1吊装到安装楼层，将吊装墙体墙体连接槽3与下层墙体墙体连接键2对齐，随后将两者扣合，完成上层墙体与下层墙体的初步连接，并将如图5所示螺旋弹簧销5插入如图2所示弹簧销连接孔4中，螺旋弹簧销5外部弹簧蓬松时其直径略大于弹簧销连接孔4直径，因而可采用夹具将其夹紧并采用锤击方式将弹簧销连接孔4送入弹簧销连接孔4中，至此上层墙体与下层墙体的间的固定工作结束。
(3)随后将耗能柱10两端放置于上、下挑梁上的耗能柱安装槽8中，耗能柱螺杆9穿过耗能柱10上连接孔，并将螺母拧紧。
(4)遵照上述流程安装上层相邻墙体，当相邻墙体安装完毕后，将2块水平向墙间连接件16置于墙体前后两侧并对齐两墙体的水平向墙间连接孔17，随后将墙间连接螺栓18插入水平向墙间连接孔17，最后将螺母22拧紧完成相邻墙体连接。
该体系构造简单，构件均由工厂预制，现场安装时为模块化安装，不需焊接与湿法作业，施工便捷高效，构件质量稳定可控。该体系在地震或其他外部激励作用下，一方面可为结构提供抗侧能力，钢管和混凝土优势互补使得该构件具有良好的刚度和延性且不易发生刚度退化，另一方面该体系拥有出色的耗能性能，耗能柱和剪力墙中部一字排布的扁柱均具有良好的延性、抗疲劳能力与不易发生刚度退化的特点，在地震作用下可在墙面内、外产生显著的弯剪变形，耗散地震能量，墙体的多维耗能能力可以得到保证。剪力墙中部一字排布的扁柱因钢管混凝土柱与中空钢管柱交错布置，且各柱在外包钢管壁厚及材料、内填材料、横向隔板布置数量及厚度与材料方面均存在差异，加之耗能柱的外包钢管厚度及材料，长宽比，内填材料亦可根据功能需求进行差异化处理，从而使得墙体内各承力耗能构件拥有良好宏观力学性能的同时在屈服力与屈服位移指标上存在差异，因而经合理设计可使得含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙具备多阶段屈服特性，使其在各强度地震作用下均可实现耗能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，其特征在于：包括：含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙(1)，含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙(1)外部为异形钢管，内部根据不同功能分区灌注不同类型的混凝土聚合物；上层含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙(1)与下层含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙(1)间依靠墙体连接键(2)与墙体连接槽(3)扣合，并在弹簧销连接孔(4)插入螺旋弹簧销(5)实现连接；水平向相邻的含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙(1)间通过水平向墙间连接件(16)与水平向墙间接孔(17)对齐并穿入墙间连接螺栓(18)实现连接；耗能柱(10)上下两端分别置于上部外挑梁(6)下侧与下部外挑梁(11)上侧耗能柱安装槽(8)内且耗能柱螺杆(9)贯穿耗能柱(10)上螺栓孔，最后通过螺母(22)紧固实现安装；墙体外面板(12)与不同厚度竖向隔板(13)组合在上部外挑梁(6)与下部外挑梁(11)间墙体内形成一字型排布扁柱，部分扁柱内灌装混凝土聚合物材料，扁柱沿高度方向被不同厚度横向隔板(14)分隔为高度不同的柱段，不同柱段根据功能需求灌装不同力学属性的内填混凝土(15)，内部不灌装混凝土聚合物扁柱沿高度方向也能够设置横向隔板(14)；楼板(19)端部连接键与位于上部外挑梁(6)上侧的楼板连接槽(7)扣合，并通过楼板(19)端部连接键上侧楼板槽孔(20)与含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙(1)的楼板连接键(21)扣合实现固定。
2.根据权利要求1所述的含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，其特征在于：含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙(1)为预制构件，外包钢板与内部隔板采用一体成型制作或分别制作最终焊接成型；内填混凝土灌装与养护工作均在工厂进行。
3.根据权利要求1所述的含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，其特征在于：墙体连接键(2)和墙体连接槽(3)的作用为约束上下墙体件间的相对水平自由度，两者均为外包钢管，内填高强度混凝土聚合物的异形钢管混凝土，且下层的墙体连接键(2)与其上层的墙体连接槽(3)实现扣合。
4.根据权利要求1所述的含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，其特征在于：弹簧销连接孔(4)位于墙体连接键(2)和墙体连接槽(3)侧面且完全贯穿；弹簧销连接孔(4)侧壁为圆钢管，圆钢管材料与所在部分外包钢管材料保持一致，圆钢管厚度大于所在部分外包钢管厚度；弹簧销连接孔(4)侧壁采用喷砂处理。
5.根据权利要求1所述的含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，其特征在于：螺旋弹簧销(5)由两部分组成，分别为内部芯材和外部螺旋弹簧，内部芯材采用高强钢；螺旋弹簧销(5)端部帽状卡件外径大于弹簧销连接孔(4)；外部螺旋弹簧呈卷状，且卷间有高弹性抗老化橡胶，外部螺旋弹簧在不受围压时外径大于弹簧销连接孔(4)，以保证螺旋弹簧销(5)在弹簧销连接孔(4)内给予孔侧壁足够的压力使得两者间静摩擦力极限值得到保证。
6.根据权利要求1所述的含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，其特征在于：上部外挑梁(6)和下部外挑梁(11)均为外包钢管，内填高强度混凝土聚合物的钢管混凝土，且两者与其中部由墙体外面板(12)，竖向隔板(13)，横向隔板(14)，内填混凝土(15)构成的一字型排布扁柱用钢板隔断，钢板材料与厚度与所在部位所用外包钢板保持一致；上部外挑梁(6)和下部外挑梁(11)沿墙体正面观察均呈矩形；上部外挑梁(6)和下部外挑梁(11)外包钢板及内填混凝土要求与对墙体连接键(2)和墙体连接槽(3)所作要求保持一致。
7.根据权利要求1所述的含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，其特征在于：楼板连接槽(7)位于上部外挑梁(6)顶面墙体连接键(2)两侧，槽轴线方向与墙体宽度方向保持一致，凹槽深度至少取楼板(19)厚度的五分之一，以保证两者间形成可靠连接。
8.根据权利要求1所述的含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，其特征在于：耗能柱安装槽(8)位于上部外挑梁(6)底部与下部外挑梁(11)顶部，且上部外挑梁(6)与下部外挑梁(11)上耗能柱安装槽(8)一一对应，将一侧耗能柱安装槽(8)底面形状沿墙高方向向另一侧耗能柱安装槽(8)投影；耗能柱安装槽(8)沿墙高方向观察呈U型，为方便耗能柱(10)安装，U型槽开口朝向墙外侧，其侧壁为平面正六面体钢板，钢板侧面与外挑梁面重合，钢板通过一体成型方式与外挑梁实现连接。
9.根据权利要求1所述的含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，其特征在于：耗能柱螺杆(9)位于耗能柱安装槽(8)靠近墙体侧的钢板上，耗能柱螺杆(9)沿其轴向观察呈圆柱，轴线方向垂直于其端部连接钢板，耗能柱螺杆(9)沿圆柱高度分为两段，两段圆柱外径相同，靠近连接钢板段为光滑圆柱，另一侧为带有螺纹圆柱，光滑圆柱高度等于耗能柱(10)上螺栓孔深度；耗能柱螺杆(9)与耗能柱安装槽(8)采用相同材料。
10.根据权利要求1所述的含多段屈服钢管混凝土扁柱的装配式多维耗能剪力墙体系，其特征在于：耗能柱(10)钢管混凝土构件，每根耗能柱外部钢管壁厚统一，具体厚度在3mm-20mm范围内取值，内填高性能混凝土聚合物可为活性粉末混凝土、工程水泥基复合材料或橡胶混凝土。
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