CN115262812B - 一种装配式竹制组合墙体及其斜截面抗剪承载力计算方法 - Google Patents

一种装配式竹制组合墙体及其斜截面抗剪承载力计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种装配式竹制组合墙体，包括纵向原竹和横向原竹形成的原竹骨架，所述横向原竹内穿于所述纵向原竹；所述原竹骨架两侧分别设置有内侧竹拉条和外侧竹拉条，分别形成竹拉条族，所述内侧竹拉条和外侧竹拉条沿墙体45°方向并且正交设置；所述内侧竹拉条的内侧设置有内重组竹板，所述外侧竹拉条的外侧设置有外重组竹板；所述内重组竹板和外重组竹板之间填充有轻质脱硫石膏改性材料；所述组合墙体两端还设置有上U型重组竹导轨和下U型重组竹导轨。另一方面，本发明还提出一种组合墙体的斜截面抗剪承载力计算方法。装配式竹制组合墙体由竹材和工业废弃物组成，且可现场装配施工，配套提出的计算方法，使其在实际工程应用具有更高可行性。

Description

一种装配式竹制组合墙体及其斜截面抗剪承载力计算方法
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，尤其是一种装配式竹制组合墙体及其斜截面抗剪承载力计算方法。
背景技术
竹材作为一种绿色环保可再生的天然材料，受到越来越多的关注。科研工作者、结构工程师等相关从业人员均在积极的推动竹材应用于建筑行业。然而，未经加工处理的原竹存在力学性能不稳定、耐久性不足、连接不便等问题，目前主要用于装饰和景观构件中，鲜少作为结构构件使用。经过改性处理的重组竹虽解决了原竹固有的缺点，具有了高强度、高稳定性和强耐久性，适用于建筑结构构件中，但存在造价偏高以致市场竞争力不够的问题。故为推动竹材在建筑结构领域的应用和发展，充分发挥原竹就地取材、廉价易得以及重组竹力学性能优越的特点，在考虑结构及构件受力特征的基础上，有针对性的开发出二者混用的组合构件，对促进竹材产业化应用，推动建筑工业化进程，实现可持续健康发展的目标均具有积极意义。
中国专利201510507727.3公开了“一种基于原竹骨架的墙体，包括原竹骨架及水泥纤维板，原竹骨架为长方体结构，原竹骨架包括若干立柱、两组斜杆，各立柱相互平行，两组斜杆也各自平行，各斜杆与水泥纤维板的侧面相连接；原竹骨架包裹于石膏基保温物料内。”该发明采用原竹作为斜杆，很难将其与外覆面板间进行连接，造成面板的蒙皮效果大大减弱。采用的外覆面板为水泥纤维板，后续还需抹灰装修，增加了施工工序且很难形成竹结构特色建筑。且该发明未明确上下层组合墙体间如何连接为整体，不利于大量推广实用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种装配式竹制组合墙体及其斜截面抗剪承载力计算方法。本发明是通过如下技术方案实现的：
一种装配式竹制组合墙体，包括纵向原竹和横向原竹形成的原竹骨架，所述横向原竹内穿于所述纵向原竹；所述原竹骨架两侧设置有内侧竹拉条和外侧竹拉条，分别形成竹拉条族，所述内侧竹拉条和外侧竹拉条沿墙体45°方向并且正交设置；所述内侧竹拉条的内侧设置有内重组竹板，所述外侧竹拉条的外侧设置有外重组竹板；所述内重组竹板和外重组竹板之间填充有轻质脱硫石膏改性材料；所述组合墙体两端还设置有上U型重组竹导轨和下U型重组竹导轨。
进一步，内侧竹拉条和外侧竹拉条通过自攻螺钉连接到原竹骨架上。
进一步，内重组竹板和外重组竹板通过自攻螺钉连接到原竹骨架和竹拉条上。
进一步，上U型重组竹导轨和下U型重组竹导轨通过自攻螺钉连接到墙体两端。
进一步，纵向原竹直径约为120mm，壁厚约为10mm。
进一步，横向原竹直径约为40mm，壁厚约为5mm。
进一步，纵向原竹沿墙体长度方向以间距200mm～400mm设置。
进一步，横向原竹沿墙体高度方向以间距600mm～900mm设置。
进一步，内重组竹板和外重组竹板由工厂预制加工而成，厚度为10mm。
进一步，上U型重组竹导轨和下U型重组竹导轨上预留有螺栓孔。
进一步，轻质脱硫石膏改性材料内掺有竹纤维。
另一方面，本发明还提出上述组合墙体的斜截面抗剪承载力计算方法，包括至少如下步骤：
a)获取所述组合墙体的宽度L和高度H；
b)获取边缘纵向原竹的顺纹抗压强度f1c和横截面面积A1；
c)根据如下公式获得所述边缘纵向原竹形成的力偶抵抗的水平荷载V1：
其中Pu是边缘纵向原竹的轴压承载力，Pu＝f1cA1；
d)获取所述竹拉条族并未全部发挥作用的折减系数χ，获取所述竹拉条顺纹抗拉强度f2t，以及获取单侧竹拉条族的总截面面积A2；
e)根据如下公式获得所述竹拉条族抵抗的水平荷载V2：
V2＝χA2f2tsin45°；
f)获取所述重组竹板并未全部发挥作用的折减系数α，获取所述重组竹板的顺纹抗剪强度fv和厚度t；
g)根据如下公式获得所述外覆重组竹板抵抗的水平荷载V3：
V3＝2αfvtL；
h)根据如下公式获得装配式竹制组合墙体的斜截面抗剪承载力V：
V＝V1+V2+V3。
本发明的装配式竹制组合墙体，通过纵向原竹和横向原竹形成原竹骨架，原竹骨架两侧分别设置内外侧竹拉条、内外侧重组竹板，墙体之间填充轻质脱硫石膏改性材料，墙体两端设置上下U型重组竹导轨。墙体除自攻螺钉外，由竹材和工业废弃物组成，绿色环保，造价低廉，且可重复利用，符合国家发展绿色建筑建材、保证建筑业可持续健康发展的战略目标；墙体各个构件均可在工厂预制，现场装配施工，安装工艺简单易行，且成品质量受施工影响小，满足装配式建筑的快速施工，质量可控的要求。在提出该装配式竹制组合墙体的同时，为便于其工程化应用，本发明还配套提出组合墙体斜截面抗剪承载力计算方法，为其在实际工程应用中的推广和应用奠定了理论基础，具有更高可行性。
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是本发明提出的装配式竹制组合墙体的剖面图。
图2是本发明提出的装配式竹制组合墙体的三维示意图。
图3是本发明提出的装配式竹制组合墙体的三维分解图。
图中：1-纵向原竹；2-横向原竹；3-自攻螺钉；4-内侧竹拉条；5-外侧竹拉条；6-外重组竹板；7-轻质脱硫石膏改性材料；8-内重组竹板；9-螺栓孔；10-上U型重组竹导轨；11-下U型重组竹导轨；12-自攻螺钉孔。
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做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。
如图1至图3所示，本发明的装配式竹制组合墙体主要通过自攻螺钉将重组竹板、竹拉条、原竹、轻质脱硫石膏改性材料连接形成。组合墙体包括纵向原竹1和横向原竹2，纵向原竹1按预定间距布置，横向原竹2内穿于纵向原竹1形成原竹骨架。纵向原竹沿墙体长度方向以间距200mm～400mm布置，具体间距由受力情况最终确定，主要发挥其纵向抗拉压性能。纵向原竹经过人工挑选，直径约为120mm，壁厚约为10mm，源自同一产地、同一批次、同一种类，尽量保证截面尺寸以及物理力学性能接近。横向原竹沿墙体长度方向以间距600mm～900mm排列布置，主要作用是内穿于纵向原竹之间将其进行连接，并用于铺设管线。因此横向原竹的直径应小于纵向原竹，同时应采用专业工具进行通节处理以保证中空。横向原竹也经过人工挑选，直径约为40mm，壁厚约为5mm，同样应源自同一产地、同一批次、同一种类，尽量保证截面尺寸和物理力学性能接近。
原竹骨架两侧设置有内侧竹拉条4和外侧竹拉条5，分别形成竹拉条族，通过自攻螺钉3连接到原竹骨架上。内侧竹拉条4和外侧竹拉条5沿墙体主受力迹线方向满铺外斜正交布置，以保证墙体在往复荷载作用下均有受力性能良好的竹拉条族去承受。竹拉条可由原竹直接破开得到，无需进一步精加工，降低造价。
内侧竹拉条4的内侧设置有内重组竹板8，外侧竹拉条5的外侧设置有外重组竹板6。重组竹板由工厂预制加工而成，厚度为10mm，铺设布置在墙体最外层，发挥蒙皮效应，保证内层原竹协同工作。除此之外，重组竹板集防腐、防火、防潮、防蛀性能于一身，且自带竹材优美纹理，应用于实际工程时，不需另外处理和装修，容易形成特色的建筑风格。内重组竹板8和外重组竹板6之间填充有轻质脱硫石膏改性材料7，组合墙体两端还设置有上U型重组竹导轨10和下U型重组竹导轨11。首先利用自攻螺钉3将外重组竹板6连接到原竹骨架上，随后将墙体平放且在四周布置模板，进行轻质脱硫石膏改性材料7的填充。轻质脱硫石膏改性材料7填充完毕后，将内重组竹板8通过自攻螺钉3连接到墙体。最后采用自攻螺钉3将预留有螺栓孔9的上下U型重组竹导轨10和11连接到墙体两端，预留的螺栓孔9用于后续上下层墙体连接。自攻螺钉3均采用ST4.2级自攻螺钉连接，施工方便快捷，技术含量要求简单。ST4.2级自攻螺钉采用市面有售的标准规格材，自攻螺钉连接方便快捷，无需预留孔洞，可操作性更强。上下层墙体间的连接则参考冷弯薄壁型钢结构楼层连接方式，通过角部抗剪连接键，采用长螺杆穿过上下U型重组竹导轨楼层板实现。
轻质脱硫石膏改性材料是以工业废弃物脱硫石膏为原材料，通过性能改性，并掺入玻化微珠轻质颗粒或采用发泡技术得到，其具有良好的保温、耐火和隔声性能，填充入重组竹板、斜向竹条以及原竹形成的孔隙内，提高原竹和竹条耐久性的同时可增强墙体整体性和隔声、保温以及隔热等物理性能。考虑到轻质脱硫石膏改性材料容易发生脆性破坏，在其中掺入抗拉性能良好的丝状竹纤维，增强其抗裂性。
为便于上述装配式竹制组合墙体的工程化应用，本发明还配套提出该组合墙体斜截面抗剪承载力计算方法，包括至少下步骤：
a)获取组合墙体的宽度L和高度H；
b)中间纵向原竹与导轨连接较弱，而边缘纵向原竹则通过抗拔螺栓与导轨相连，中间纵向原竹的抗剪能力可忽略不计，主要通过边缘纵向原竹形成力偶抵抗墙体所受水平荷载。因此计算时主要考虑边缘纵向原竹形成的力偶抵抗的水平荷载。获取边缘纵向原竹的顺纹抗压强度f1c和横截面面积A1；
c)根据如下公式获得所述边缘纵向原竹形成的力偶抵抗的水平荷载V1：
其中Pu是边缘纵向原竹的轴压承载力，Pu＝f1cA1；
d)获取竹拉条族并未全部发挥作用的折减系数χ，获取竹拉条顺纹抗拉强度f2t，以及获取单侧竹拉条族的总截面面积A2；
e)根据如下公式获得竹拉条族抵抗的水平荷载V2：
V2＝χA2f2tsin45°；
f)获取所述重组竹板并未全部发挥作用的折减系数α，获取所述重组竹板的顺纹抗剪强度fv和厚度t；
g)根据如下公式获得所述外覆重组竹板抵抗的水平荷载V3，公式中的“2”是考虑有内外两侧重组竹板：
V3＝2αfvtL；
h)考虑到轻质脱硫石膏改性材料的主要作用是提高原竹及竹条的耐久性，同时改善墙体的隔声、保温及隔热等物理性能，其自身抗拉强度和抗压强度较低，因此忽略其对墙体斜截面抗剪能力的贡献。根据如下公式获得装配式竹制组合墙体的斜截面抗剪承载力V：
V＝V1+V2+V3。
本发明的装配式竹制组合墙体，除自攻螺钉外，均由竹材和工业废弃物组成，绿色环保，造价低廉，且可重复利用，墙体各个构件均可在工厂预制，现场装配施工，安装工艺简单易行，质量可控。在提出该装配式竹制组合墙体的同时，本发明还配套提出组合墙体斜截面抗剪承载力计算方法，具有更高可行性。
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)

1.一种装配式竹制组合墙体的斜截面抗剪承载力计算方法，其特征在于，所述组合墙体包括纵向原竹(1)和横向原竹(2)形成的原竹骨架，所述横向原竹(2)内穿于所述纵向原竹(1)；所述原竹骨架两侧设置有内侧竹拉条(4)和外侧竹拉条(5)，分别形成竹拉条族，所述内侧竹拉条(4)和外侧竹拉条(5)沿墙体45°方向并且正交设置；所述内侧竹拉条(4)的内侧设置有内重组竹板(8)，所述外侧竹拉条(5)的外侧设置有外重组竹板(6)；所述内重组竹板(8)和外重组竹板(6)之间填充有轻质脱硫石膏改性材料(7)；所述组合墙体两端还设置有上U型重组竹导轨(10)和下U型重组竹导轨(11)，采用自攻螺钉(3)将预留有螺栓孔(9)的上U型重组竹导轨(10)和下U型重组竹导轨(11)连接到墙体两端，所述横向原竹(2)沿墙体高度方向以间距600mm～900mm设置；
所述方法包括至少如下步骤：
a)获取所述组合墙体的宽度L和高度H；
b)获取边缘纵向原竹的顺纹抗压强度f1c和横截面面积A1；
c)根据如下公式获得边缘所述纵向原竹形成的力偶抵抗的水平荷载V1：
其中Pu是边缘纵向原竹的轴压承载力，Pu＝f1cA1；
d)获取所述竹拉条族并未全部发挥作用的折减系数χ，获取所述竹拉条顺纹抗拉强度f2t，
以及获取单侧竹拉条族的总截面面积A2；
e)根据如下公式获得所述竹拉条族抵抗的水平荷载V2：
V2＝χA2f2tsin45°；
f)获取所述内重组竹板或所述外重组竹板并未全部发挥作用的折减系数α，获取所述内重组竹板或所述外重组竹板的顺纹抗剪强度fv和厚度t；
g)根据如下公式获得所述内重组竹板和所述外重组竹板抵抗的水平荷载V3：
V3＝2αfvtL；
h)根据如下公式获得装配式竹制组合墙体的斜截面抗剪承载力V：
V＝V1+V2+V3。
2.根据权利要求1所述的组合墙体的斜截面抗剪承载力计算方法，其特征在于，所述内侧竹拉条(4)和外侧竹拉条(5)通过自攻螺钉(3)连接到所述原竹骨架上；所述内重组竹板(8)和外重组竹板(6)通过自攻螺钉(3)连接到所述原竹骨架和竹拉条上；所述上U型重组竹导轨(10)和下U型重组竹导轨(11)通过自攻螺钉(3)连接到墙体两端。
3.根据权利要求1所述的组合墙体的斜截面抗剪承载力计算方法，其特征在于，所述纵向原竹(1)直径为120mm，壁厚为10mm。
4.根据权利要求1所述的组合墙体的斜截面抗剪承载力计算方法，其特征在于，所述横向原竹(2)直径为40mm，壁厚为5mm。
5.根据权利要求1所述的组合墙体的斜截面抗剪承载力计算方法，其特征在于，所述纵向原竹(1)沿墙体长度方向以间距200mm～400mm设置。
6.根据权利要求1所述的组合墙体的斜截面抗剪承载力计算方法，其特征在于，所述内重组竹板(8)和外重组竹板(6)由工厂预制加工而成，厚度为10mm。
7.根据权利要求1所述的组合墙体的斜截面抗剪承载力计算方法，其特征在于，所述上U型重组竹导轨(10)和下U型重组竹导轨(11)上预留有螺栓孔(9)。
8.根据权利要求1所述的组合墙体的斜截面抗剪承载力计算方法，其特征在于，所述轻质脱硫石膏改性材料(7)内掺有竹纤维。
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