一種可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻，由雙層鋼板高強混凝土剪力墻以及可更換的鋼連梁組成，兩者采用焊接連接在一起，所述的可更換的鋼連梁包括在連梁跨中處的可更換的消能屈服梁段以及置于可更換梁段兩端的非屈服梁段，可更換消能梁段和非消能梁段通過端板和高強螺栓連接在一起，本發明將可更換連梁與雙層鋼板剪力墻有機結合，而成為一種延性和耗能能力優越的剪力墻結構，能夠很好地滿足超高層建筑結構對剪力墻“高軸壓、高延性、薄墻體”的設計需求，對于提高高層與超高層結構的抗震性能、減災防災，有重要的理論意義和實用價值；同時該組合聯肢剪力墻的構造簡單，外側鋼板可以兼做模板使用，施工簡便，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】—種可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋼與混凝土組合結構及混合結構抗震【技術領域】，具體涉及一種可更換鋼連梁一雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻。
【背景技術】
[0002]在工程結構中采用高強材料，既可滿足現代工程結構向高層和大跨度發展的需求，減小結構構件截面尺寸，節約材料用量；也可提高混凝土結構的耐久性，延長結構使用年限，具有良好的經濟和社會效益。但研究表明:混凝土的抗壓強度提高后，其抗拉、抗剪強度和粗骨料的強度相對較低，延性降低，因而降低了高強混凝土結構的抗震性能。從而導致高強度混凝土(C60以上)目前在高層建筑結構中很難得到廣泛應用。
[0003]鋼板混凝土組合剪力墻能夠充分發揮鋼與混凝土兩種材料的各自優勢，揚長避短，一方面通過綜合的方式，即兩種材料的組合來滿足建筑、結構功能一體化的需求；另一方面以分化的方式以滿足結構性能目標多元化的需求。目前在高層及超高層建筑結構中應用越來越廣泛，香港中銀大廈、北京國貿中心三期、上海中心、鹽城電視塔均采用了鋼板混凝土組合剪力墻。
[0004]剪力墻結構是抵抗水平荷載的一種抗側力體系。在地震作用下，剪力墻不僅承擔了大部分地震剪力，而且還起到了耗散地震能量的重要作用。
[0005]高層建筑大量采用的剪力墻結構體系、框架-核心筒結構體系以及內筒-外框筒結構體系中，剪力墻多以聯肢剪力墻形式出現。聯肢剪力墻是通過連梁將兩片或多片剪力墻組合起來共同抵抗水平荷載的一種抗側力體系；其抵抗水平力的方式由僅靠實體剪力墻截面抗彎轉變為由各墻肢抗彎和墻肢軸力組成的力偶共同完成。聯肢剪力墻的側向剛度比各獨立墻肢側向剛度之和大很多。鋼筋混凝土連梁一般跨高比小，在地震往復作用下易發生剪切破壞，同時由于高層建筑中整根鋼連梁的重量大、并且強震作用下塑性變形較大，容易出現鋼梁與墻肢連接部位發生局部損壞，震后很難直接更換，鋼連梁的震后修復非常困難。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻。
[0007]為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案:
[0008]包括雙層鋼板高強混凝土剪力墻以及設置于雙層鋼板高強混凝土剪力墻之間的可更換鋼連梁，所述可更換鋼連梁包括可更換的消能屈服梁段以及設置于消能屈服梁段兩端的非屈服梁段，非屈服梁段焊接于對應雙層鋼板高強混凝土剪力墻的邊緣。
[0009]所述雙層鋼板高強混凝土剪力墻包括外包雙層鋼板以及澆筑于外包雙層鋼板之間的高強度混凝土，外包雙層鋼板相對側的表面上設置有若干排栓釘。
[0010]所述外包雙層鋼板是由相對設置的外包鋼板單元圍合而成的剪力墻外包模板，高強度混凝土包裹在剪力墻外包模板內。[0011]所述外包雙層鋼板之間設置有若干個間隔排列的加勁板，高強度混凝土設置于加勁板與外包雙層鋼板圍合形成的若干個獨立的腔室內。
[0012]所述非屈服梁段的承載力大于消能屈服梁段。
[0013]所述非屈服梁段和消能屈服梁段均采用工字鋼梁。
[0014]所述消能屈服梁段采用普通鋼材或低屈服點鋼，消能屈服梁段的屈服點低于非屈服梁段。
[0015]所述可更換鋼連梁還包括連接板和高強螺栓，消能屈服梁段通過連接板和高強螺栓與非屈服梁段相連。
[0016]本發明的有益效果體現在:
[0017]本發明所述可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻采用了雙層鋼板高強混凝土剪力墻以及由消能屈服梁段、設置于消能屈服梁段兩端的非屈服梁段組成的可更換鋼連梁，該組合聯肢剪力墻能夠改善高強混凝土脆性，顯著提高剪力墻的延性能力；同時可以提升高層建筑結構強震后功能快速恢復的能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發明所述可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻的結構示意圖之一；
[0019]圖2為本發明所述可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻的結構示意圖之二 ；
[0020]圖3為本發明所述雙層鋼板高強混凝土剪力墻的結構示意圖；
[0021]圖中:1為非屈服梁段，2為消能屈服梁段，3為高強螺栓，4為連接板，5為垂直加勁肋，6為外包雙層鋼板，7為栓釘，8為高強度混凝土，9為加勁板。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0023]參見圖1-圖3，本發明所述可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻包括雙層鋼板高強混凝土剪力墻以及設置于雙層鋼板高強混凝土剪力墻之間的可更換鋼連梁，所述可更換鋼連梁包括位于連梁跨中的可更換的消能屈服梁段2以及設置于消能屈服梁段兩端的非屈服梁段1，非屈服梁段焊接于對應雙層鋼板高強混凝土剪力墻的邊緣。所述雙層鋼板高強混凝土剪力墻包括外包雙層鋼板6以及澆筑于外包雙層鋼板之間的高強度混凝土 8，外包雙層鋼板相對側的表面上設置有若干排栓釘7。所述外包雙層鋼板6是由相對設置的外包鋼板單元圍合而成的剪力墻外包模板，高強度混凝土 8包裹在剪力墻外包模板內。所述外包雙層鋼板6之間設置有若干個間隔排列的加勁板9，高強度混凝土 8設置于加勁板與外包雙層鋼板圍合形成的若干個獨立的腔室內。
[0024]所述非屈服梁段I的承載力大于消能屈服梁段2。所述非屈服梁段I和消能屈服梁段2均采用工字鋼梁。所述消能屈服梁段2采用普通鋼材或低屈服點鋼，消能屈服梁段2的屈服點低于非屈服梁段I。所述可更換鋼連梁還包括連接板4和高強螺栓3，消能屈服梁段2通過連接板和高強螺栓與非屈服梁段I相連。
[0025]實施例[0026]一種新型可更換鋼連梁一雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻，包括雙層鋼板高強混凝土剪力墻以及可更換鋼連梁，兩者通過焊接固結在一起。雙層鋼板高強混凝土剪力墻包括外包雙層鋼板以及澆筑于外包雙層鋼板之間的高強度混凝土，雙層鋼板高強混凝土剪力墻通過將混凝土填充于外包雙層鋼板之間，在剪力墻外側設置外包雙層鋼板；所述外包雙層鋼板6相對側的表面上焊接有若干排栓釘7，通過在鋼板之間設置栓釘7來增強混凝土與鋼板之間的相互作用(例如加強鋼板與混凝土的粘結)；所述外包雙層鋼板是由相對設置的外包鋼板單元焊接圍合而成的剪力墻外包模板，高強度混凝土包裹在剪力墻外包模板內；所述外包雙層鋼板之間設置有若干個間隔排列的加勁板9 ;加勁板9在鋼板內從上至下貫通，加勁板焊接在鋼板上，加勁板垂直于鋼板。高強度混凝度澆筑于加勁板9與外包雙層鋼板6圍合形成的若干個獨立的腔室內。
[0027]所述組合聯肢剪力墻的鋼板的組成為外包雙層鋼板和加勁板，根據需要由相應規格的鋼板焊接而成，外包鋼板與加勁板的連接也是采用焊接。
[0028]所述的可更換鋼連梁包括在連梁跨中處的可更換的消能屈服梁段2以及置于消能屈服梁段兩端的非屈服梁段I。所述非屈服梁段和消能屈服梁段的連接方式為在非屈服梁段和消能屈服梁段的端部焊接連接板4，連接板4上開有螺孔，通過高強螺栓3把非屈服梁段與消能屈服梁段連接起來。所述非屈服梁段的承載力大于消能屈服梁段，消能屈服梁段采用普通鋼材或低屈服點鋼。非屈服梁段與消能屈服梁段均采用工字鋼梁，且非屈服梁段設置有多個與腹板垂直的垂直加勁肋5，防止腹板屈曲。
[0029]所述組合聯肢剪力墻的鋼材事先在專業化的鋼構公司生產，然后運到施工現場，在指定位置安裝就位后，外包鋼板用作施工階段混凝土澆筑的模板，待混凝土凝固達到一定強度后，吊裝非屈服梁段，將其焊接在指定的墻肢處，最后吊裝消能屈服梁段，通過連接板與高強螺栓將非屈服梁段與消能屈服梁段連接在一起，組裝成一個整體。
[0030]雙層鋼板高強混凝土剪力墻是一種新型的鋼板混凝土組合剪力墻的形式:通過將混凝土填充于鋼板之間，在剪力墻外側設置鋼板，并用栓釘將混凝土和鋼板連接在一起來共同承受荷載。通過在剪力墻外側配置鋼板代替密配的縱向鋼筋和橫向鋼筋為剪力墻提供抗彎強度和抗剪強度；通過在鋼板之間設置加勁板，對混凝土形成有效的約束作用，改善高強混凝土脆性；這樣就能使用高強混凝土，進而減少墻體的厚度。同時設置加勁板能夠確保鋼板與混凝土更好耦合，協同工作，達到提高剪力墻的承載能力和抗震性能的目的。
[0031]通過在鋼板與混凝土之間設置栓釘來增強相互作用，并給外圍鋼板提供側向約束，防止了鋼板過早的屈曲變形。雙層鋼板高強混凝土剪力墻能夠很好地滿足超高層建筑結構對剪力墻“高軸壓、高延性、薄墻體”的設計需求。另外，雙層鋼板高強混凝土剪力墻的構造簡單，外側鋼板可以兼做模板使用，施工簡便。
[0032]本發明對高軸壓下內置加勁板的雙層鋼板高強混凝土剪力墻抗震性能進行了試驗研究，初步研究結果表明:試件均表現出良好的延性和耗能能力，滯回曲線飽滿穩定。與鋼筋混凝土剪力墻相比，雙鋼板混凝土剪力墻的屈服位移提高了 21%，平均峰值荷載提高了20% ;破壞時的側移角1/61?1/49，(對不同試件)；達到極限狀態時，底部鋼板發生屈曲。
[0033]此外，這種雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻在鋼連梁的中部設置可更換的消能屈服梁段，并通過連接板、高強螺栓與兩端非屈服梁段(非消能梁段)連接；在強震作用下，連梁的可更換的消能屈服梁段先于連梁的其他部分發生屈服，耗散地震能量，而兩端的非消能梁段保持彈性，可更換鋼連梁耗能能力強，震后可快速修復更換，即可實現連梁的功能恢復，使用該可更換鋼連梁，可提升高層建筑結構強震后功能快速恢復的能力，能夠避免結構被推倒重建，減少修復的經濟成本和時間成本，做到減少浪費。此外，通過使用可更換鋼連梁，經試驗，發現可以進一步提高試件良好的延性和耗能能力。
[0034]綜上所述，雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻是通過利用可更換鋼連梁與雙層鋼板混凝土剪力墻的合理組合，使高強度混凝土能夠在高層、超高層建筑以及高地震烈度地區的建筑中得以推廣應用，還能夠大幅提高剪力墻延性，而且能夠從根本上提高連梁的抗震性能及震后功能恢復，對于提高高層與超高層結構的抗震性能、減災防災，有重要的理論意義和實用價值，具有廣泛的應用前景，可廣泛應用于抗震設防烈度8度以上地區的高層以及超高層建筑中。
【權利要求】
1.一種可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻，其特征在于:包括雙層鋼板高強混凝土剪力墻以及設置于雙層鋼板高強混凝土剪力墻之間的可更換鋼連梁，所述可更換鋼連梁包括可更換的消能屈服梁段(2)以及設置于消能屈服梁段兩端的非屈服梁段(O,非屈服梁段焊接于對應雙層鋼板高強混凝土剪力墻的邊緣。
2.根據權利要求1所述一種可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻，其特征在于:所述雙層鋼板高強混凝土剪力墻包括外包雙層鋼板(6)以及澆筑于外包雙層鋼板之間的高強度混凝土(8)，外包雙層鋼板相對側的表面上設置有若干排栓釘(7)。
3.根據權利要求2所述一種可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻，其特征在于:所述外包雙層鋼板(6)是由相對設置的外包鋼板單元圍合而成的剪力墻外包模板，高強度混凝土(8)包裹在剪力墻外包模板內。
4.根據權利要求2所述一種可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻，其特征在于:所述外包雙層鋼板(6)之間設置有若干個間隔排列的加勁板(9)，高強度混凝土(8)設置于加勁板與外包雙層鋼板圍合形成的若干個獨立的腔室內。
5.根據權利要求1所述一種可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻，其特征在于:所述非屈服梁段(I)的承載力大于消能屈服梁段(2)。
6.根據權利要求1所述一種可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻，其特征在于:所述非屈服梁段(I)和消能屈服梁段(2)均采用工字鋼梁。
7.根據權利要求6所述一種可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻，其特征在于:所述消能屈服梁段(2)采用普通鋼材或低屈服點鋼，消能屈服梁段(2)的屈服點低于非屈服梁段(I)。
8.根據權利要求1所述一種可更換鋼連梁雙層鋼板高強混凝土組合聯肢剪力墻，其特征在于:所述可更換鋼連梁還包括連接板(4)和高強螺栓(3)，消能屈服梁段(2)通過連接板和高強螺栓與非屈服梁段(I)相連。
【文檔編號】E04B1/98GK103437457SQ201310360064
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】馬愷澤, 鄢紅良, 郭輝, 劉伯權 申請人:長安大學