专利名称：底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒及作法
技术领域：
本发明涉及一种底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒及作法，是一种应用于高层建筑的组合筒体，属于建筑工程领域。
背景技术：
随着我国经济建设的迅速发展和城市化进程的加快，高层建筑大量兴建。在高层建筑结构体系的选择中，一般都要考虑提高结构的抗震耗能能力、减轻风致摆动、缩短施工周期、减低造价等因素。由剪力墙组成的筒体是高层建筑抗震的核心部分，由于高层建筑需要有较大的侧向刚度，因此设计中，抗侧力结构的设计是关键，筒体作为主要的抗侧力构件之一，它在地震作用下的工作性能对整个结构的安全性能有着至关重要的作用。高层建筑底部构件通常要承受较大的水平荷载和竖向荷载，因此现代高层建筑的发展对筒体的性能提出了更高的要求。由于追求个性化的大型复杂高层建筑的日益增多，我们对筒体结构抗震性能的要求也越来越高。现有的普通钢筋混凝土筒体结构在地震作用下的破坏多发生在筒体的根部，这对整个结构的抗震性能十分不利。钢板混凝土组合筒体将钢筋混凝土结构和钢结构组合起来，能够弥补各自的缺点，更好地发挥它们的优势，使结构拥有较大的承载力和刚度，具有更好的延性和耗能能力。由于高层建筑一般都需要有较大的抗侧刚度，因此筒体结构的设计必须要考虑抗侧力的设计，同时也应满足抗震设防的要求。底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒及作法是一种经济有效的新型抗侧力体系，既满足了抗侧刚度的要求，又满足了延性性能的要求。目前，在筒体结构的研究领域中，多集中在对普通钢筋混凝土筒体的研究，而对内藏钢板核心筒的研究成果相对较少，对其抗震性能以及构造措施的研究还不够深入，对其内部材料抗震耗能能力没有进行深入的挖掘。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是充分发挥内藏钢板核心筒的抗震性能，提高其延性和抗震耗能能力。本发明为了解决这一问题，提出了一种底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒及作法。本发明采用的技术方案是底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于所述核心筒由四周的钢管混凝土边框柱和钢板混凝土剪力墙围合构成；所述钢板混凝土剪力墙中设置有剪力墙钢板，在剪力墙钢板的两侧的钢板混凝土剪力墙中设置有由横向分布钢筋和纵向分布钢筋组成的钢筋网，在钢筋网之间用拉接钢筋相互拉接；钢管混凝土边框柱设置于钢板混凝土剪力墙两端，即四周钢板混凝土剪力墙相交处；所述钢管混凝土边框柱由内管及其内填充的混凝土构成；内管的底部外侧叠合设置有软钢套管，软钢套管伸进下部的地面或基础顶面并与其锚固；内管与软钢套管之间内嵌有高韧性复合材料。
所述钢管混凝土边框柱为矩形、圆形或乒乓球拍形截面。所述钢管混凝土边框柱的软钢套管高出地面或者基础顶面的高度为1. 0h，其中，h 为矩形边框柱长边尺寸或者圆形边框柱的直径。也就是加强了钢板混凝土组合剪力墙的边框柱塑性铰域，使边框柱具有更好的延性性能，延缓或避免剪力墙边框柱底部的破坏，提高其抗震承载能力和耗能能力。所述剪力墙钢板为单层或双层。所述剪力墙钢板上设置有用于拉接钢筋穿过的孔。所述软钢套管的厚度不小于钢管混凝土边框柱的内管的厚度。所述高韧性复合材料包括聚合物改性水泥混凝土、橡胶细集料水泥混凝土、普通纤维混凝土和高韧性水泥基纤维混凝土。所述高韧性复合材料的厚度不小于软钢套管的厚度，且不小于20mm。在软钢套管和内管相对应叠加的位置双向开设有螺栓孔，软钢套管和内管通过螺栓相互连接，软钢套管上开孔的直径稍大于螺栓的直径，螺栓的直径不小于软钢套管和内管的厚度，螺栓孔的数量不少于两排，每排螺栓孔的水平和竖向间距均不大于200mm。以保证软钢套管以及内管和嵌入的高韧性复合材料接触紧密，使螺栓能够顺利穿过内管和软钢套管且减小对同一水平截面的削弱。上述底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒的作法，其制作顺序如下1)按照要求制作软钢套管、剪力墙钢板和钢管混凝土边框柱的内管，在剪力墙钢板上预留箍筋穿孔以及拉接钢筋穿孔，在软钢套管和内管底部相对应叠加的位置预留螺栓孔；2)焊接内管以使其形成钢管混凝土边框柱的钢骨架，将制作好的软钢套管叠加在相应的内管底部外侧，并用螺栓相互连接；3)将剪力墙钢板和内管焊接在一起，形成封闭筒体结构；4)绑扎剪力墙钢板两侧的横向分布钢筋和纵向分布钢筋，之后绑扎拉接钢筋，形成钢筋网；5)在钢管混凝土边框柱中的软钢套管和内管之间嵌入高韧性复合材料；6)在钢筋网外侧预留一定的保护层厚度，支模板；7)在模板内灌注混凝土，成型后即为底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒。本发明的底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒及作法，在核心筒浇筑混凝土以后，对于钢管混凝土边框柱而言，软钢套管与内藏钢管混凝土柱的钢管的连接部位的刚度相对于混凝土的刚度较弱，形成了内刚外柔的结构，这种结构有利于在地震作用下的耗能能力，能够充分发挥外部软钢套管和内部钢板的耗能能力，使其在地震作用下表现出更优异的抗震性能，进而提高整个核心筒的抗震性能。有益效果核心筒内部高强度钢板可以承受较大的荷载作用，节约钢材，但在罕遇地震作用下，反复大变形容易使其断裂破坏。在低周反复荷载作用下的试验研究表明，双钢板混凝土组合筒体的破坏，主要在于根部钢板的屈服、屈曲和断裂破坏以及混凝土的破坏。与普通钢筋混凝土核心筒相比，本发明具有以下优点
在多遇地震作用下，双钢板混凝土组合筒体受力较小，此时底部约束软钢耗能钢板和内部钢板在焊缝作用下摩擦耗能；此时焊缝不仅提高了其摩擦耗能能力，而且使约束软钢耗能钢板和内部钢板连为一体，其整体工作性能好，刚度大，强度也大；在罕遇地震作用下，焊缝受剪损伤严重，其联系作用减弱，共同工作性能退化，它们开始各自充分发挥其延性和耗能作用，结构总体刚度减小，自振周期变长，地震作用减小，在内藏钢板核心筒的钢管混凝土边框柱底部增加约束软钢耗能钢板后，相当于增加了一道抗震防线，提高了结构的安全性。在内藏钢板核心筒的钢管混凝土边框柱内的钢管根部塑性铰域外侧加设软钢套管后，外侧软钢套管首先屈服，消耗地震输入结构的能量，直至破坏都可以发挥其抗力和延性作用，起到了防止和延缓高强度钢板的过早损伤和破坏的作用。本发明的承载能力有较大的提高，具有良好的后期抗震性能，提高了内藏钢板核心筒的抗震耗能能力，也就提高了结构的整体抗震能力，当建筑物遭遇强烈地震时，可减轻其震害，防止其发生倒塌破坏。
图1是底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒的边框柱为矩形钢管混凝土时的平面示意图；图2是底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒的边框柱为圆形钢管混凝土时的平面示意图；图3是图1中的A-A剖面图；图4是图1中的B-B剖面图；图5是图1边框柱的细部示意图；图6是图2边框柱的细部示意图；其中1-内管，2-软钢套管，3-剪力墙钢板，4-横向分布钢筋，5-纵向分布钢筋， 6-拉接钢筋，7-高韧性复合材料，8-螺栓，9-地面或者基础顶面。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进一步说明实施例1底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒，如图1、图3、图4和图5所示， 核心筒的边框柱为矩形截面内嵌高韧性复合材料钢管混凝土柱。由四周的钢管混凝土边框柱和钢板混凝土剪力墙围合构成；钢板混凝土剪力墙中设置有剪力墙钢板3，在剪力墙钢板3的两侧的钢板混凝土剪力墙中设置有由横向分布钢筋4和纵向分布钢筋5组成的钢筋网，在钢筋网之间用拉接钢筋6相互拉接；钢管混凝土边框柱设置于钢板混凝土剪力墙两端，即四周钢板混凝土剪力墙相交处；钢管混凝土边框柱由内管1及其内填充的混凝土构成；内管1的底部外侧叠合设置有软钢套管2，软钢套管2伸进下部的地面或基础顶面9并与其锚固；内管1与软钢套管2之间内嵌有高韧性复合材料7。钢管混凝土边框柱的软钢套管2高出地面或者基础顶面9的高度为1. 0h，其中，h为矩形边框柱长边尺寸。剪力墙钢板3为双层。剪力墙钢板3上设置有用于拉接钢筋6穿过的孔。软钢套管2的厚度不小于钢管混凝土边框柱的内管1的厚度。高韧性复合材料7包括聚合物改性水泥混凝土、橡胶细集料水泥混凝土、普通纤维混凝土和高韧性水泥基纤维混凝土。高韧性复合材料7的厚度不小于软钢套管2的厚度，且不小于20mm。在软钢套管2和内管1相对应叠加的位置双向开设有螺栓孔，软钢套管2和内管1通过螺栓8相互连接，软钢套管2上开孔的直径稍大于螺栓8的直径，螺栓8的直径不小于软钢套管2和内管1的厚度，螺栓孔的数量不少于两排，每排螺栓孔的水平和竖向间距均不大于200mm。其制作顺序如下1)按照要求制作软钢套管2、剪力墙钢板3和钢管混凝土边框柱的内管1，在剪力墙钢板3上预留箍筋穿孔以及拉接钢筋穿孔，在软钢套管2和内管1底部相对应叠加的位置预留螺栓孔；2)焊接内管1以使其形成钢管混凝土边框柱的钢骨架，将制作好的软钢套管2叠加在相应的内管1底部外侧，并用螺栓8相互连接；3)将剪力墙钢板3和内管1焊接在一起，形成封闭筒体结构；4)绑扎剪力墙钢板3两侧的横向分布钢筋4和纵向分布钢筋5，之后绑扎拉接钢筋6，形成钢筋网；5)在钢管混凝土边框柱中的软钢套管2和内管1之间嵌入高韧性复合材料7 ；6)在钢筋网外侧预留一定的保护层厚度，支模板；7)在模板内灌注混凝土，成型后即为底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒。在实际工程中，可以根据实际需要确定是否需要设置高韧性复合材料7，为施工简便，也可以不设置高韧性复合材料。实施例2如图2所示，核心筒的边框柱为圆形截面内嵌高韧性复合材料钢管混凝土柱，其剖面图如图3和图4所示，细部构造如图6所示。其它构造措施和施工方法和实施例1相同。以上是本发明的典型实施例，本发明的实施不限于此。
权利要求
1.底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于所述核心筒由四周的钢管混凝土边框柱和钢板混凝土剪力墙围合构成；所述钢板混凝土剪力墙中设置有剪力墙钢板(3)，在剪力墙钢板(3)的两侧的钢板混凝土剪力墙中设置有由横向分布钢筋⑷和纵向分布钢筋(5)组成的钢筋网，在钢筋网之间用拉接钢筋(6)相互拉接；钢管混凝土边框柱设置于钢板混凝土剪力墙两端，即四周钢板混凝土剪力墙相交处；所述钢管混凝土边框柱由内管(1)及其内填充的混凝土构成；内管(1)的底部外侧叠合设置有软钢套管O)，软钢套管(2)伸进下部的地面或基础顶面(9)并与其锚固；内管(1)与软钢套管(2)之间内嵌有高韧性复合材料(7)。
2.如权利要求1所述的底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于所述钢管混凝土边框柱为矩形、圆形或乒乓球拍形截面。
3.如权利要求2所述的底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于所述钢管混凝土边框柱的软钢套管O)高出地面或者基础顶面(9)的高度为l.Oh，其中，h为矩形边框柱长边尺寸或者圆形边框柱的直径。
4.如权利要求1所述的底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于所述剪力墙钢板(3)为单层或双层。
5.如权利要求1所述的底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于所述剪力墙钢板(3)上设置有用于拉接钢筋(6)穿过的孔。
6.如权利要求1所述的底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于所述软钢套管O)的厚度不小于钢管混凝土边框柱的内管(1)的厚度。
7.如权利要求1所述的底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于所述高韧性复合材料(7)包括聚合物改性水泥混凝土、橡胶细集料水泥混凝土、普通纤维混凝土和高韧性水泥基纤维混凝土。
8.如权利要求1所述的底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于所述高韧性复合材料(7)的厚度不小于软钢套管O)的厚度，且不小于20mm。
9.如权利要求1所述的底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于在软钢套管(2)和内管(1)相对应叠加的位置双向开设有螺栓孔，软钢套管(2)和内管 (1)通过螺栓(8)相互连接，软钢套管(2)上开孔的直径稍大于螺栓(8)的直径，螺栓(8) 的直径不小于软钢套管(2)和内管(1)的厚度，螺栓孔的数量不少于两排，每排螺栓孔的水平和竖向间距均不大于200mm。
10.如权利要求1-9之一所述的底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒的作法，其特征在于制作顺序如下1)按照要求制作软钢套管O)、剪力墙钢板(3)和钢管混凝土边框柱的内管(1)，在剪力墙钢板(3)上预留箍筋穿孔以及拉接钢筋穿孔，在软钢套管(2)和内管(1)底部相对应叠加的位置预留螺栓孔；2)焊接内管(1)以使其形成钢管混凝土边框柱的钢骨架，将制作好的软钢套管(2)叠加在相应的内管(1)底部外侧，并用螺栓(8)相互连接；3)将剪力墙钢板(3)和内管(1)焊接在一起，形成封闭筒体结构；4)绑扎剪力墙钢板(3)两侧的横向分布钢筋(4)和纵向分布钢筋(5)，之后绑扎拉接钢筋(6)，形成钢筋网；5)在钢管混凝土边框柱中的软钢套管( 和内管(1)之间嵌入高韧性复合材料(7)；6)在钢筋网外侧预留一定的保护层厚度，支模板；7)在模板内灌注混凝土，成型后即为底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒。
全文摘要
本发明涉及一种底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒及作法，由钢管混凝土边框柱、软钢套管和钢板混凝土剪力墙组成。本发明是钢筋和混凝土的组合、钢板和混凝土的组合、钢管混凝土边框柱和钢板剪力墙的组合的三重组合体。本发明的底部带软钢套管钢管混凝土边框内藏钢板核心筒比普通钢筋混凝土筒体的初始刚度大、承载能力高、承载力和刚度衰减慢、整体抗震耗能性能好，后期抗震性能相对稳定，加设软钢套管后，外侧软钢套管首先屈服，消耗地震输入结构的能量，直至破坏都可以发挥其抗力和延性作用，起到了防止和延缓高强度钢板的过早损伤和破坏。
文档编号E04B1/98GK102409756SQ20111038445
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者惠存, 曹万林, 王智慧 申请人:北京工业大学