专利名称：内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体及作法
内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体及作法技术领域
本发明是一种内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体及作法，属于一种消 耗地震输入结构能量、提高结构抗震性能的新型钢一混凝土组合剪力墙及其制作方法。
背景技术：
剪力墙结构由于抗侧移刚度大，能有效地减小侧移，具有一定的延性，以逐渐成为 现代高层建筑中广泛应用的一种体系。剪力墙刚度大，强度高，能有效地减小侧移，在多遇 地震下一般能很好地满足抗震要求。然而在大震的情况下，由于地震加速度峰值大，输入的 地震能量大，就要求剪力墙具有较好的耗能能力，具有较好的延性。
钢-混凝土组合剪力墙的出现不但很好的满足了上述要求，而且能够有效地克服 钢筋混凝土剪力墙自重大、角部混凝土易开裂、易碎等缺点，此外还加大了剪力墙的侧向抗 弯刚度，已成为一种非常具有发展前景的高层抗侧力体系。然而，一般的钢-混凝土组合剪 力墙，混凝土部分开裂较早，在混凝土受力发生碎裂破坏后，整片墙体的竖向承载力会大幅 度降低，同时也加速了其他防线的破坏，整个结构的耗能和延性也随之降低，致使剪力墙结 构的抗震性能削弱和降低。发明内容
为解决剪力墙在地震作用下承载力、延性、耗能不足的问题，本发明提供一种多构 件、多层次分散消耗地震输入结构能量、提高结构抗震性能的新型钢一混凝土组合剪力墙， 主要用于高层建筑或大型复杂多层建筑的剪力墙结构或筒体结构。
技术方案如下
内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体，包括型钢叠合边框柱1、型钢芯柱2、格构钢梁3、网状钢撑4和钢筋混凝土剪力墙体；组合墙体截面为一字型，“型钢柱-格构 钢梁-网状钢撑”钢构体系内藏于钢筋混凝土剪力墙体内。
所述“型钢柱-格构钢梁-网状钢撑”钢构骨架体系中的型钢叠合边框柱1、型钢 芯柱2、格构钢梁3和网状钢撑4之间刚接，所述的刚接包括焊接。
所述的格构钢梁3可为平面桁架，也可为空间桁架；采用钢材制作，其强度不大于 型钢叠合边框柱I和型钢芯柱2的钢材强度；在型钢叠合边框柱I与型钢芯柱2间以及型 钢芯柱2之间沿高度平行布置；格构钢梁3与型钢叠合边框柱1、型钢芯柱2交汇线上实施 焊接；其闻跨比大于等于I。
所述网状钢撑4采用钢材制作，沿钢筋混凝土剪力墙高与格构钢梁3间隔布置，网 状钢撑4中钢材的倾斜角度在45度至60度之间，与型钢叠合边框柱I和型钢芯柱2之间 刚性连接，所述的刚性连接包括焊接。
所述型钢叠合边框柱I为型钢柱周边加配纵筋和箍筋然后浇捣混凝土形成的 钢-混组合柱；所述型钢叠合边框柱I的截面为工字形、十字形、双工字形等多种截面形式， 在钢筋混凝土剪力墙体厚度方向尺寸小于墙厚。
所述的型钢芯柱2截面为工字形、双工字形等多种形式；型钢芯柱2在钢筋混凝土 剪力墙体厚度方向的尺寸小于墙厚。
所述钢筋混凝土剪力墙体的水平分布钢筋5插入型钢叠合边框柱I ;竖向分布钢 筋6上端和下端分别伸入上边框梁9和下边框梁或基础梁8中刚性连接。
所述钢筋混凝土剪力墙体中的拉结钢筋7穿过格构钢梁3或网状钢撑4的空隙将 墙板两侧的水平分布钢筋5和竖向分布钢筋6构成的钢筋网片拉结起来。
所述上边框梁9和下边框梁或基础梁8为钢筋混凝土梁，或为型钢混凝土梁，截面 为矩形，混凝土现场浇筑。
本发明所述结构的制作顺序如下
I)制作型钢叠合边框柱I及型钢芯柱2 ；
2)绑扎剪力墙竖向分布钢筋6、下边框梁或基础梁8的钢筋，并将型钢叠合边框柱1、型钢芯柱2、剪力墙竖向分布钢筋6插入下边框梁或基础梁8的钢筋笼内，浇注下边框梁 或基础梁8的混凝土，混凝土养护固结后，使下边框梁或基础梁8与型钢叠合边框柱1、型钢 芯柱2、剪力墙竖向分布钢筋6的底部实现刚性连接；
3)制作格构钢梁3和网状钢撑4，并与型钢叠合边框柱I和型钢芯柱2之间刚性 连接，可采用焊接实现；
4) “型钢柱-格构钢梁-网状钢撑”钢构骨架的两侧布置由水平分布钢筋5和竖 向分布钢筋6组成的钢筋网片，并用拉结钢筋7穿过格构钢梁3或网状钢撑4空隙将两侧 的钢筋网片拉结起来；
5)制作上边框梁9，使其与型钢叠合边框柱1、型钢芯柱2及墙板竖向分布钢筋6 进行可靠刚性连接；
6)在剪力墙墙板两侧通过水泥垫块留出混凝土保护层厚度，之后支浇筑混凝土用 的模板；
7)浇筑型钢叠合边框柱1、剪力墙墙板、上边框梁9的混凝土，成型后即形成内藏 型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体。
本发明是将不同受力体系——“型钢柱-格构钢梁-网状钢撑”钢构骨架体系与 钢筋混凝土剪力墙体的组合，不同材料——钢与混凝土的组合，不同的构件形式——格构 式与实腹式的组合，是一种“三重优势组合剪力墙”。在充分发挥钢筋混凝土墙板抗震能力 的同时，也充分利用了“型钢柱-格构钢梁-网状钢撑”钢构骨架的抗震耗能作用，格构式 钢构件的采用既节省了钢材又减轻剪力墙质量，输入剪力墙地震力也相应减小。具有以下 受力和功能特点本发明内藏的网状钢撑能有效地延缓混凝土墙体斜向裂缝的出现，有利 于提高混凝土墙板部分作为抗震第一道防线的抗剪承载力，延性以及耗能能力，也可以将 剪力墙承担的一部分压力转移到型钢叠合边框柱和型钢芯柱中，有利于剪力墙和柱子二者 承受的载荷重分布；型钢叠合边框柱和型钢芯柱的存在，减少了剪力墙的轴压比，剪力墙可 以设计的较薄，增加建筑使用面积；网状钢撑在钢构骨架体系作为第二道防线发挥作用时 首先屈服，通过变形耗能保证剪力墙体骨架的整体稳定；之后，格构钢梁也相继吸收地震能 量，屈服变形耗能，保护了型钢叠合边框柱和型钢芯柱有稳定的竖向承载能力，也保证了 整片剪力墙的延性变形耗能能力。因此，这又是一种“两层次屈服保护剪力墙”。型钢叠合 边框柱、型钢芯柱、格构钢梁和网状钢撑构成“型钢柱-格构钢梁-网状钢撑”钢构骨架，是一种多次超静定多单元耗能钢骨架体系，会大大提高组合墙体的弹性初始刚度，又保证了 组合墙体具有很好的后期稳定能力，抗震性能大幅提高。在“型钢柱-格构钢梁-网状钢 撑”钢构骨架体系的两侧外包钢筋混凝土墙板后，钢筋混凝土墙板后有效地约束了格构钢 梁、网状钢撑以及型钢柱钢板的平面外屈曲，使钢板可以在更长的时段内有效地通过平面 内工作来抵抗地震输入结构的能量；在格构钢梁之间的斜撑空隙或者格构钢梁空隙穿过的 拉结钢筋将混凝土墙体两侧的钢筋网片拉结，两侧混凝土墙板与夹在中间的“型钢柱-格 构钢梁-网状钢撑”钢构骨架组合成一个整体，共同工作，优势互补。
本发明的内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体在地震作用下具有两道 抗震防线。在地震能量输入时，钢筋混凝土墙板作为第一道抗震防线开始发挥作用，“型钢 柱-格构钢梁-网状钢撑”钢构骨架延缓了混凝土墙体裂缝的出现，提高了混凝土墙板部分 作为抗震第一道防线的承载力及耗能能力。随着输入地震能量的增大，混凝土墙体开裂，第 一道防线崩溃，此时“型钢柱-格构钢梁-网状钢撑”钢构骨架作为抗震的第二道防线开始 发挥作用。墙体内部的“型钢柱-格构钢梁-网状钢撑”钢构骨架与上、下边框梁、形成的 桁架结构是一个几何不变体系，从而保持结构的整体稳定性。格构钢梁以及格构钢梁之间 的网状钢撑通过平面内变形耗能，减缓柱子以及剪力墙边框的承载能力和刚度下降，从而 保证了第二道抗震防线的坚挺，提高了剪力墙的抗震性能。与普通的钢板剪力墙相比，弹性 初始刚度、承载能力和延性都得到提高，承载力和刚度衰减变慢，后期抗震性能相对稳定。
建筑结构的核心抗侧力部件剪力墙的抗震能力得到提高，也就提高了结构整体的 抗震能力，当建筑物遭遇强烈地震时，可减轻其震害，防止其倒塌，可用于大型复杂高层建 筑的抗震设计中。
图1是内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体配钢及配筋图
图2是剪力墙立面示意图
图3是剪力墙墙体水平剖面图
图中1-型钢叠合边框柱，2-型钢芯柱，3-格构钢梁，4-网状钢撑，5-水平分布钢 筋，6-竖向分布钢筋，7-拉结钢筋，8-下边框梁或基础梁，9-上边框梁。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明
内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体一个结构单元的结构示意图如图1、 图2和图3所示。
内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体，制作顺序如下
I)制作型钢叠合边框柱I及型钢芯柱2 ；
2)绑扎剪力墙竖向分布钢筋6、下边框梁或基础梁8的钢筋，并将型钢叠合边框柱1、型钢芯柱2、剪力墙竖向分布钢筋6插入下边框梁或基础梁8的钢筋笼内，浇注下边框梁 或基础梁8的混凝土，混凝土养护固结后，使下边框梁或基础梁8与型钢叠合边框柱1、型钢 芯柱2、剪力墙竖向分布钢筋6的底部实现刚性连接；
3)制作格构钢梁3和网状钢撑4，并与型钢叠合边框柱I和型钢芯柱2之间刚性连接，可采用焊接实现；
4) “型钢柱-格构钢梁-网状钢撑”钢构骨架的两侧布置由水平分布钢筋5和竖 向分布钢筋6组成的钢筋网片，并用拉结钢筋7穿过格构钢梁3或网状钢撑4空隙将两侧 的钢筋网片拉结起来；
5)制作上边框梁9，使其与型钢叠合边框柱1、型钢芯柱2及墙板竖向分布钢筋6 进行可靠刚性连接；
6)在剪力墙墙板两侧通过水泥垫块留出混凝土保护层厚度，之后支浇筑混凝土用 的模板；
7)浇筑型钢叠合边框柱1、剪力墙墙板、上边框梁9的混凝土，成型后即形成内藏 型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体。
以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。
权利要求
1.内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体，包括型钢叠合边框柱(I)、型钢芯柱(2)、格构钢梁(3)、网状钢撑(4)和钢筋混凝土剪力墙体；其特征在于组合墙体截面为一字型，型钢柱-格构钢梁-网状钢撑钢构体系内藏于钢筋混凝土剪力墙体内；在钢筋混凝土剪力墙体两端设置型钢叠合边框柱(I);型钢叠合边框柱(I)的上、下端设置上边框梁(9)和下边框梁或基础梁(8);在剪力墙内部平行于型钢叠合边框柱(I)的方向设置若干型钢芯柱(2);在型钢叠合柱(I)和型钢芯柱(2)之间以及各型钢芯柱(2)之间用格构钢梁(3)连接；在相邻格构钢梁(3)之间配置沿钢筋混凝土剪力墙体墙高方向的网状钢撑(4);型钢叠合边框柱(I)、型钢芯柱(2)，格构钢梁(3)和网状钢撑(4)构成型钢柱-格构钢梁-网状钢撑钢构骨架体系；型钢柱-格构钢梁-网状钢撑钢构骨架体系的两侧对称布置由水平分布钢筋(5)和竖向分布钢筋(6)构成的钢筋网片，并用拉结钢筋(7)将两侧的钢筋网片拉结起来；将型钢叠合边框柱(I)、上边框梁(9)、下边框梁或基础梁(8)及钢筋混凝土剪力墙体浇捣混凝土成形，即构成内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体。
2.根据权利I要求所述的内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体，其特征在于所述型钢柱-格构钢梁-网状钢撑钢构骨架体系中的型钢叠合边框柱(I)、型钢芯柱(2)、格构钢梁(3)和网状钢撑(4)之间刚接，所述的刚接包括焊接。
3.根据权利I要求所述的内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体，其特征在于所述的格构钢梁(3)可为平面桁架，也可为空间桁架；采用钢材制作，其强度不大于型钢叠合边框柱(I)和型钢芯柱(2)的钢材强度；在型钢叠合边框柱(I)与型钢芯柱(2)间以及型钢芯柱(2)之间沿高度平行布置；格构钢梁(3)与型钢叠合边框柱(I)、型钢芯柱(2)交汇线上实施焊接；其闻跨比大于等于I。
4.根据权利I要求所述的内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体，其特征在于所述网状钢撑(4)采用钢材制作，沿钢筋混凝土剪力墙高与格构钢梁(3)间隔布置，网状钢撑(4)中钢材的倾斜角度在45度至60度之间，与型钢叠合边框柱(I)和型钢芯柱(2)之间刚性连接，所述的刚性连接包括焊接。
5.根据权利I要求所述的内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体，其特征在于所述型钢叠合边框柱(I)为型钢柱周边加配纵筋和箍筋然后浇捣混凝土形成的钢-混组合柱；所述型钢叠合边框柱(I)的截面为工字形、十字形、双工字形等多种截面形式，在钢筋混凝土剪力墙体厚度方向尺寸小于墙厚。
6.根据权利要求1所述的内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体，其特征在于所述的型钢芯柱(2)截面为工字形、双工字形等多种形式；型钢芯柱(2)在钢筋混凝土剪力墙体厚度方向的尺寸小于墙厚。
7.根据权利I要求所述的内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体，其特征在于所述钢筋混凝土剪力墙体的水平分布钢筋(5)插入型钢叠合边框柱(I);竖向分布钢筋(6)上端和下端分别伸入上边框梁(9)和下边框梁或基础梁(8)中刚性连接。
8.根据权利I要求所述的内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体，其特征在于所述钢筋混凝土剪力墙体中的拉结钢筋(7)穿过格构钢梁(3)或网状钢撑(4)的空隙将墙板两侧的水平分布钢筋(5)和竖向分布钢筋(6)构成的钢筋网片拉结起来。
9.根据权利I要求所述的内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体，其特征在于所述上边框梁(9)和下边框梁或基础梁(8)为钢筋混凝土梁、或为型钢混凝土梁，截面为矩形，混凝土现场浇筑。
10.根据权利要求1至权利要求10任意一项权利要求所述的内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体的做法，其特征在于制作顺序如下1)制作型钢叠合边框柱(I)及型钢芯柱(2)；2)绑扎剪力墙竖向分布钢筋(6)、下边框梁或基础梁(8)的钢筋，并将型钢叠合边框柱(I)、型钢芯柱(2)、剪力墙竖向分布钢筋(6)插入下边框梁或基础梁(8)的钢筋笼内，浇注下边框梁或基础梁(8)的混凝土，混凝土养护固结后，使下边框梁或基础梁(8)与型钢叠合边框柱(I)、型钢芯柱(2)、剪力墙竖向分布钢筋(6)的底部实现刚性连接；3)制作格构钢梁(3)和网状钢撑(4)，并与型钢叠合边框柱(I)和型钢芯柱(2)之间刚性连接，可采用焊接实现；4)型钢柱-格构钢梁-网状钢撑钢构骨架的两侧布置由水平分布钢筋(5)和竖向分布钢筋(6)构成的钢筋网片，并用拉结钢筋(7)穿过格构钢梁(3)或网状钢撑(4)空隙将两侧的钢筋网片拉结起来；5)制作上边框梁(9)，使其与型钢叠合边框柱(I)、型钢芯柱(2)及墙板竖向分布钢筋 (6)进行可靠刚性连接；6)在剪力墙墙板两侧通过水泥垫块留出混凝土保护层厚度，之后支浇筑混凝土用的模板；7)浇筑型钢叠合边框柱(I)、剪力墙墙板、上边框梁(9)的混凝土，成型后即形成内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体。
全文摘要
内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体及作法属于钢—混凝土组合剪力墙领域，包括型钢叠合边框柱、型钢芯柱、格构钢梁、网状钢撑和钢筋混凝土剪力墙体。在剪力墙两端设置型钢叠合边框柱；其间设置平行的型钢芯柱；在型钢叠合边框柱和型钢芯柱之间以及各型钢芯柱之间以格构钢梁、网状钢撑连接；绑扎剪力墙钢筋；浇筑混凝土即构成内藏型钢柱-格构钢梁-网状钢撑混凝土墙体。与普通钢管混凝土边框剪力墙及钢板剪力墙相比，承载能力提高，承载力和刚度衰减慢，后期抗震性能稳定；型钢柱-格构钢梁-网状钢撑钢构骨架的存在大大提高剪力墙延性耗能性能，抗震性能优越；钢结构施工方便，可用于大型复杂高层建筑的抗震设计中。
文档编号E04B2/58GK102995789SQ20121016806
公开日2013年3月27日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者曹万林, 于传鹏, 董宏英, 张建伟 申请人:北京工业大学