專利名稱：內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體及作法
內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體及作法技術領域
本發明是一種內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體及作法，屬于一種消 耗地震輸入結構能量、提高結構抗震性能的新型鋼一混凝土組合剪力墻及其制作方法。
背景技術：
剪力墻結構由于抗側移剛度大，能有效地減小側移，具有一定的延性，以逐漸成為 現代高層建筑中廣泛應用的一種體系。剪力墻剛度大，強度高，能有效地減小側移，在多遇 地震下一般能很好地滿足抗震要求。然而在大震的情況下，由于地震加速度峰值大，輸入的 地震能量大，就要求剪力墻具有較好的耗能能力，具有較好的延性。
鋼-混凝土組合剪力墻的出現不但很好的滿足了上述要求，而且能夠有效地克服 鋼筋混凝土剪力墻自重大、角部混凝土易開裂、易碎等缺點，此外還加大了剪力墻的側向抗 彎剛度，已成為一種非常具有發展前景的高層抗側力體系。然而，一般的鋼-混凝土組合剪 力墻，混凝土部分開裂較早，在混凝土受力發生碎裂破壞后，整片墻體的豎向承載力會大幅 度降低，同時也加速了其他防線的破壞，整個結構的耗能和延性也隨之降低，致使剪力墻結 構的抗震性能削弱和降低。發明內容
為解決剪力墻在地震作用下承載力、延性、耗能不足的問題，本發明提供一種多構 件、多層次分散消耗地震輸入結構能量、提高結構抗震性能的新型鋼一混凝土組合剪力墻， 主要用于高層建筑或大型復雜多層建筑的剪力墻結構或筒體結構。
技術方案如下
內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體，包括型鋼疊合邊框柱1、型鋼芯柱2、格構鋼梁3、網狀鋼撐4和鋼筋混凝土剪力墻體；組合墻體截面為一字型，“型鋼柱-格構 鋼梁-網狀鋼撐”鋼構體系內藏于鋼筋混凝土剪力墻體內。
所述“型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐”鋼構骨架體系中的型鋼疊合邊框柱1、型鋼 芯柱2、格構鋼梁3和網狀鋼撐4之間剛接，所述的剛接包括焊接。
所述的格構鋼梁3可為平面桁架，也可為空間桁架；采用鋼材制作，其強度不大于 型鋼疊合邊框柱I和型鋼芯柱2的鋼材強度；在型鋼疊合邊框柱I與型鋼芯柱2間以及型 鋼芯柱2之間沿高度平行布置；格構鋼梁3與型鋼疊合邊框柱1、型鋼芯柱2交匯線上實施 焊接；其聞跨比大于等于I。
所述網狀鋼撐4采用鋼材制作，沿鋼筋混凝土剪力墻高與格構鋼梁3間隔布置，網 狀鋼撐4中鋼材的傾斜角度在45度至60度之間，與型鋼疊合邊框柱I和型鋼芯柱2之間 剛性連接，所述的剛性連接包括焊接。
所述型鋼疊合邊框柱I為型鋼柱周邊加配縱筋和箍筋然后澆搗混凝土形成的 鋼-混組合柱；所述型鋼疊合邊框柱I的截面為工字形、十字形、雙工字形等多種截面形式， 在鋼筋混凝土剪力墻體厚度方向尺寸小于墻厚。
所述的型鋼芯柱2截面為工字形、雙工字形等多種形式；型鋼芯柱2在鋼筋混凝土 剪力墻體厚度方向的尺寸小于墻厚。
所述鋼筋混凝土剪力墻體的水平分布鋼筋5插入型鋼疊合邊框柱I ;豎向分布鋼 筋6上端和下端分別伸入上邊框梁9和下邊框梁或基礎梁8中剛性連接。
所述鋼筋混凝土剪力墻體中的拉結鋼筋7穿過格構鋼梁3或網狀鋼撐4的空隙將 墻板兩側的水平分布鋼筋5和豎向分布鋼筋6構成的鋼筋網片拉結起來。
所述上邊框梁9和下邊框梁或基礎梁8為鋼筋混凝土梁，或為型鋼混凝土梁，截面 為矩形，混凝土現場澆筑。
本發明所述結構的制作順序如下
I)制作型鋼疊合邊框柱I及型鋼芯柱2 ；
2)綁扎剪力墻豎向分布鋼筋6、下邊框梁或基礎梁8的鋼筋，并將型鋼疊合邊框柱1、型鋼芯柱2、剪力墻豎向分布鋼筋6插入下邊框梁或基礎梁8的鋼筋籠內，澆注下邊框梁 或基礎梁8的混凝土，混凝土養護固結后，使下邊框梁或基礎梁8與型鋼疊合邊框柱1、型鋼 芯柱2、剪力墻豎向分布鋼筋6的底部實現剛性連接；
3)制作格構鋼梁3和網狀鋼撐4，并與型鋼疊合邊框柱I和型鋼芯柱2之間剛性 連接，可采用焊接實現；
4) “型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐”鋼構骨架的兩側布置由水平分布鋼筋5和豎 向分布鋼筋6組成的鋼筋網片，并用拉結鋼筋7穿過格構鋼梁3或網狀鋼撐4空隙將兩側 的鋼筋網片拉結起來；
5)制作上邊框梁9，使其與型鋼疊合邊框柱1、型鋼芯柱2及墻板豎向分布鋼筋6 進行可靠剛性連接；
6)在剪力墻墻板兩側通過水泥墊塊留出混凝土保護層厚度，之后支澆筑混凝土用 的模板；
7)澆筑型鋼疊合邊框柱1、剪力墻墻板、上邊框梁9的混凝土，成型后即形成內藏 型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體。
本發明是將不同受力體系——“型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐”鋼構骨架體系與 鋼筋混凝土剪力墻體的組合，不同材料——鋼與混凝土的組合，不同的構件形式——格構 式與實腹式的組合，是一種“三重優勢組合剪力墻”。在充分發揮鋼筋混凝土墻板抗震能力 的同時，也充分利用了“型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐”鋼構骨架的抗震耗能作用，格構式 鋼構件的采用既節省了鋼材又減輕剪力墻質量，輸入剪力墻地震力也相應減小。具有以下 受力和功能特點本發明內藏的網狀鋼撐能有效地延緩混凝土墻體斜向裂縫的出現，有利 于提高混凝土墻板部分作為抗震第一道防線的抗剪承載力，延性以及耗能能力，也可以將 剪力墻承擔的一部分壓力轉移到型鋼疊合邊框柱和型鋼芯柱中，有利于剪力墻和柱子二者 承受的載荷重分布；型鋼疊合邊框柱和型鋼芯柱的存在，減少了剪力墻的軸壓比，剪力墻可 以設計的較薄，增加建筑使用面積；網狀鋼撐在鋼構骨架體系作為第二道防線發揮作用時 首先屈服，通過變形耗能保證剪力墻體骨架的整體穩定；之后，格構鋼梁也相繼吸收地震能 量，屈服變形耗能，保護了型鋼疊合邊框柱和型鋼芯柱有穩定的豎向承載能力，也保證了 整片剪力墻的延性變形耗能能力。因此，這又是一種“兩層次屈服保護剪力墻”。型鋼疊合 邊框柱、型鋼芯柱、格構鋼梁和網狀鋼撐構成“型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐”鋼構骨架，是一種多次超靜定多單元耗能鋼骨架體系，會大大提高組合墻體的彈性初始剛度，又保證了 組合墻體具有很好的后期穩定能力，抗震性能大幅提高。在“型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼 撐”鋼構骨架體系的兩側外包鋼筋混凝土墻板后，鋼筋混凝土墻板后有效地約束了格構鋼 梁、網狀鋼撐以及型鋼柱鋼板的平面外屈曲，使鋼板可以在更長的時段內有效地通過平面 內工作來抵抗地震輸入結構的能量；在格構鋼梁之間的斜撐空隙或者格構鋼梁空隙穿過的 拉結鋼筋將混凝土墻體兩側的鋼筋網片拉結，兩側混凝土墻板與夾在中間的“型鋼柱-格 構鋼梁-網狀鋼撐”鋼構骨架組合成一個整體，共同工作，優勢互補。
本發明的內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體在地震作用下具有兩道 抗震防線。在地震能量輸入時，鋼筋混凝土墻板作為第一道抗震防線開始發揮作用，“型鋼 柱-格構鋼梁-網狀鋼撐”鋼構骨架延緩了混凝土墻體裂縫的出現，提高了混凝土墻板部分 作為抗震第一道防線的承載力及耗能能力。隨著輸入地震能量的增大，混凝土墻體開裂，第 一道防線崩潰，此時“型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐”鋼構骨架作為抗震的第二道防線開始 發揮作用。墻體內部的“型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐”鋼構骨架與上、下邊框梁、形成的 桁架結構是一個幾何不變體系，從而保持結構的整體穩定性。格構鋼梁以及格構鋼梁之間 的網狀鋼撐通過平面內變形耗能，減緩柱子以及剪力墻邊框的承載能力和剛度下降，從而 保證了第二道抗震防線的堅挺，提高了剪力墻的抗震性能。與普通的鋼板剪力墻相比，彈性 初始剛度、承載能力和延性都得到提高，承載力和剛度衰減變慢，后期抗震性能相對穩定。
建筑結構的核心抗側力部件剪力墻的抗震能力得到提高，也就提高了結構整體的 抗震能力，當建筑物遭遇強烈地震時，可減輕其震害，防止其倒塌，可用于大型復雜高層建 筑的抗震設計中。


圖1是內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體配鋼及配筋圖
圖2是剪力墻立面示意圖
圖3是剪力墻墻體水平剖面圖
圖中1-型鋼疊合邊框柱，2-型鋼芯柱，3-格構鋼梁，4-網狀鋼撐，5-水平分布鋼 筋，6-豎向分布鋼筋，7-拉結鋼筋，8-下邊框梁或基礎梁，9-上邊框梁。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做進一步說明
內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體一個結構單元的結構示意圖如圖1、 圖2和圖3所示。
內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體，制作順序如下
I)制作型鋼疊合邊框柱I及型鋼芯柱2 ；
2)綁扎剪力墻豎向分布鋼筋6、下邊框梁或基礎梁8的鋼筋，并將型鋼疊合邊框柱1、型鋼芯柱2、剪力墻豎向分布鋼筋6插入下邊框梁或基礎梁8的鋼筋籠內，澆注下邊框梁 或基礎梁8的混凝土，混凝土養護固結后，使下邊框梁或基礎梁8與型鋼疊合邊框柱1、型鋼 芯柱2、剪力墻豎向分布鋼筋6的底部實現剛性連接；
3)制作格構鋼梁3和網狀鋼撐4，并與型鋼疊合邊框柱I和型鋼芯柱2之間剛性連接，可采用焊接實現；
4) “型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐”鋼構骨架的兩側布置由水平分布鋼筋5和豎 向分布鋼筋6組成的鋼筋網片，并用拉結鋼筋7穿過格構鋼梁3或網狀鋼撐4空隙將兩側 的鋼筋網片拉結起來；
5)制作上邊框梁9，使其與型鋼疊合邊框柱1、型鋼芯柱2及墻板豎向分布鋼筋6 進行可靠剛性連接；
6)在剪力墻墻板兩側通過水泥墊塊留出混凝土保護層厚度，之后支澆筑混凝土用 的模板；
7)澆筑型鋼疊合邊框柱1、剪力墻墻板、上邊框梁9的混凝土，成型后即形成內藏 型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體。
以上是本發明的一個典型實施例，本發明的實施不限于此。
權利要求
1.內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體，包括型鋼疊合邊框柱(I)、型鋼芯柱(2)、格構鋼梁(3)、網狀鋼撐(4)和鋼筋混凝土剪力墻體；其特征在于組合墻體截面為一字型，型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐鋼構體系內藏于鋼筋混凝土剪力墻體內；在鋼筋混凝土剪力墻體兩端設置型鋼疊合邊框柱(I);型鋼疊合邊框柱(I)的上、下端設置上邊框梁(9)和下邊框梁或基礎梁(8);在剪力墻內部平行于型鋼疊合邊框柱(I)的方向設置若干型鋼芯柱(2);在型鋼疊合柱(I)和型鋼芯柱(2)之間以及各型鋼芯柱(2)之間用格構鋼梁(3)連接；在相鄰格構鋼梁(3)之間配置沿鋼筋混凝土剪力墻體墻高方向的網狀鋼撐(4);型鋼疊合邊框柱(I)、型鋼芯柱(2)，格構鋼梁(3)和網狀鋼撐(4)構成型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐鋼構骨架體系；型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐鋼構骨架體系的兩側對稱布置由水平分布鋼筋(5)和豎向分布鋼筋(6)構成的鋼筋網片，并用拉結鋼筋(7)將兩側的鋼筋網片拉結起來；將型鋼疊合邊框柱(I)、上邊框梁(9)、下邊框梁或基礎梁(8)及鋼筋混凝土剪力墻體澆搗混凝土成形，即構成內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體。
2.根據權利I要求所述的內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體，其特征在于所述型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐鋼構骨架體系中的型鋼疊合邊框柱(I)、型鋼芯柱(2)、格構鋼梁(3)和網狀鋼撐(4)之間剛接，所述的剛接包括焊接。
3.根據權利I要求所述的內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體，其特征在于所述的格構鋼梁(3)可為平面桁架，也可為空間桁架；采用鋼材制作，其強度不大于型鋼疊合邊框柱(I)和型鋼芯柱(2)的鋼材強度；在型鋼疊合邊框柱(I)與型鋼芯柱(2)間以及型鋼芯柱(2)之間沿高度平行布置；格構鋼梁(3)與型鋼疊合邊框柱(I)、型鋼芯柱(2)交匯線上實施焊接；其聞跨比大于等于I。
4.根據權利I要求所述的內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體，其特征在于所述網狀鋼撐(4)采用鋼材制作，沿鋼筋混凝土剪力墻高與格構鋼梁(3)間隔布置，網狀鋼撐(4)中鋼材的傾斜角度在45度至60度之間，與型鋼疊合邊框柱(I)和型鋼芯柱(2)之間剛性連接，所述的剛性連接包括焊接。
5.根據權利I要求所述的內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體，其特征在于所述型鋼疊合邊框柱(I)為型鋼柱周邊加配縱筋和箍筋然后澆搗混凝土形成的鋼-混組合柱；所述型鋼疊合邊框柱(I)的截面為工字形、十字形、雙工字形等多種截面形式，在鋼筋混凝土剪力墻體厚度方向尺寸小于墻厚。
6.根據權利要求1所述的內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體，其特征在于所述的型鋼芯柱(2)截面為工字形、雙工字形等多種形式；型鋼芯柱(2)在鋼筋混凝土剪力墻體厚度方向的尺寸小于墻厚。
7.根據權利I要求所述的內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體，其特征在于所述鋼筋混凝土剪力墻體的水平分布鋼筋(5)插入型鋼疊合邊框柱(I);豎向分布鋼筋(6)上端和下端分別伸入上邊框梁(9)和下邊框梁或基礎梁(8)中剛性連接。
8.根據權利I要求所述的內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體，其特征在于所述鋼筋混凝土剪力墻體中的拉結鋼筋(7)穿過格構鋼梁(3)或網狀鋼撐(4)的空隙將墻板兩側的水平分布鋼筋(5)和豎向分布鋼筋(6)構成的鋼筋網片拉結起來。
9.根據權利I要求所述的內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體，其特征在于所述上邊框梁(9)和下邊框梁或基礎梁(8)為鋼筋混凝土梁、或為型鋼混凝土梁，截面為矩形，混凝土現場澆筑。
10.根據權利要求1至權利要求10任意一項權利要求所述的內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體的做法，其特征在于制作順序如下1)制作型鋼疊合邊框柱(I)及型鋼芯柱(2)；2)綁扎剪力墻豎向分布鋼筋(6)、下邊框梁或基礎梁(8)的鋼筋，并將型鋼疊合邊框柱(I)、型鋼芯柱(2)、剪力墻豎向分布鋼筋(6)插入下邊框梁或基礎梁(8)的鋼筋籠內，澆注下邊框梁或基礎梁(8)的混凝土，混凝土養護固結后，使下邊框梁或基礎梁(8)與型鋼疊合邊框柱(I)、型鋼芯柱(2)、剪力墻豎向分布鋼筋(6)的底部實現剛性連接；3)制作格構鋼梁(3)和網狀鋼撐(4)，并與型鋼疊合邊框柱(I)和型鋼芯柱(2)之間剛性連接，可采用焊接實現；4)型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐鋼構骨架的兩側布置由水平分布鋼筋(5)和豎向分布鋼筋(6)構成的鋼筋網片，并用拉結鋼筋(7)穿過格構鋼梁(3)或網狀鋼撐(4)空隙將兩側的鋼筋網片拉結起來；5)制作上邊框梁(9)，使其與型鋼疊合邊框柱(I)、型鋼芯柱(2)及墻板豎向分布鋼筋 (6)進行可靠剛性連接；6)在剪力墻墻板兩側通過水泥墊塊留出混凝土保護層厚度，之后支澆筑混凝土用的模板；7)澆筑型鋼疊合邊框柱(I)、剪力墻墻板、上邊框梁(9)的混凝土，成型后即形成內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體。
全文摘要
內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體及作法屬于鋼—混凝土組合剪力墻領域，包括型鋼疊合邊框柱、型鋼芯柱、格構鋼梁、網狀鋼撐和鋼筋混凝土剪力墻體。在剪力墻兩端設置型鋼疊合邊框柱；其間設置平行的型鋼芯柱；在型鋼疊合邊框柱和型鋼芯柱之間以及各型鋼芯柱之間以格構鋼梁、網狀鋼撐連接；綁扎剪力墻鋼筋；澆筑混凝土即構成內藏型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐混凝土墻體。與普通鋼管混凝土邊框剪力墻及鋼板剪力墻相比，承載能力提高，承載力和剛度衰減慢，后期抗震性能穩定；型鋼柱-格構鋼梁-網狀鋼撐鋼構骨架的存在大大提高剪力墻延性耗能性能，抗震性能優越；鋼結構施工方便，可用于大型復雜高層建筑的抗震設計中。
文檔編號E04B2/58GK102995789SQ20121016806
公開日2013年3月27日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者曹萬林, 于傳鵬, 董宏英, 張建偉 申請人:北京工業大學