专利名称：一种配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构及其施工方法。
背景技术：
剪力墙是高层建筑混凝土结构中承受竖向和水平荷载的重要构件，其受力状态和力学性能直接决定了高层建筑的承载能力和结构安全。剪力墙在结构自重、楼面活荷载等竖向荷载及水平地震、风荷载等水平荷载的共同作用下，将产生沿剪力墙墙身平面对角线方向的主拉应力。由于水平荷载的作用方向可因风向、水平地震方向的变化而改变，因此主拉应力在墙身平面的两条对角线方向均可能出现。而在现行的剪力墙结构设计方法中，剪力墙内部仅配置沿墙身平面水平方向和竖直方向的普通钢筋，水平钢筋和竖直钢筋的布置方位与主拉应力作用方位均不一致，传力不直接。在主拉应力作用下剪力墙混凝土极易出现沿墙身平面对角线方向的斜裂缝，并将随着水平荷载作用方向的往复变化而出现沿墙身平面两条对角线方向的交叉斜裂缝并逐渐扩展。交叉斜裂缝扩展到一定程度后将引起剪力墙的刚度退化，导致剪力墙承载能力的降低。在罕遇地震作用下，斜裂缝宽度迅速增大， 急剧扩展的交叉斜裂缝不仅严重降低了剪力墙的刚度，还会引起裂缝处水平及竖直钢筋屈服，最终将会导致剪力墙失效，严重影响到高层建筑的承载安全。为延缓剪力墙墙身混凝土交叉斜裂缝的出现和扩展，在现行的剪力墙设计方法中，对剪力墙墙身内的水平钢筋和竖直钢筋均严格规定了最小配筋率和最大钢筋间距，虽然在一定程度上提高了剪力墙结构的延性和抗震性能，但终究不能克服较大的主拉应力引起墙身开裂的困扰，且墙身内钢筋分布密集、间距小、用钢量大，并会带来墙体混凝土振捣施工的困难。发明内容
本发明提供一种配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构及其施工方法，提高剪力墙的抗震性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构，包括剪力墙墙身，剪力墙墙身内设有剪力墙墙身水平方向钢筋和剪力墙墙身竖直方向钢筋，剪力墙墙身的左上角和右上角分别设置剪力墙齿板，剪力墙齿板处设有预应力张拉端锚具，剪力墙墙身的左下角和右下角分别设置预应力锚固端锚具，对角的预应力锚固端锚具和预应力张拉端锚具之间设有交叉斜向预应力钢束并在交叉斜向预应力钢束外侧套设有交叉斜向预应力管道；剪力墙墙身材料为混凝土，剪力墙墙身水平方向钢筋、剪力墙墙身竖直方向钢筋材料均为普通钢筋，交叉斜向预应力钢束采用高强度预应力钢丝束或钢绞线束，交叉斜向预应力管道采用金属波纹管、铁皮管或塑料波纹管，预应力锚固端锚具、预应力张拉端锚具采用锥形锚、镦头锚或夹片锚。
交叉斜向预应力管道留置在剪力墙墙身模板内，通过与墙身水平方向钢筋、墙身竖直方向钢筋之间的绑扎连接保证其安放位置准确。
交叉斜向预应力钢束穿束放置于交叉斜向预应力管道内。
预应力锚固端锚具留置在剪力墙墙身模板内，待剪力墙混凝土浇筑完成后固定在剪力墙墙身底端邻近两角部位置。
剪力墙齿板为在剪力墙墙身顶端邻近两角部位置处预留的槽孔，槽孔的大小与所采用的预应力张拉端锚具相匹配。
预应力张拉端锚具安放在剪力墙齿板内，待剪力墙混凝土浇筑完成并养护到张拉强度时进行预应力张拉，预应力张拉完成后在剪力墙齿板内采用细石混凝土灌缝封锚。
一种配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构的施工方法，包括以下施工步骤(1)搭设剪力墙模板、绑扎墙身普通钢筋按照设计尺寸搭设剪力墙混凝土模板，包括剪力墙底模板、侧模板、边模板及剪力墙齿板模板，布设并绑扎剪力墙墙身普通钢筋，包括墙身水平方向钢筋、墙身竖直方向钢筋，如该片剪力墙设有边柱，还应布设并绑扎剪力墙边柱钢筋；(2)交叉斜向预应力管道布置与安装沿剪力墙墙身对角线方向布置交叉斜向预应力管道，交叉斜向预应力管道采用金属波纹管、铁皮管或塑料波纹管，根据设计计算的预应力钢束的直径及设计要求，选择合适直径的预应力管道，预应力管道应与墙身普通钢筋绑扎连接，保证管道的定位准确，管道安装应保证其内部畅通、线形平顺、接头连接紧密；(3)预应力钢束穿束、预应力锚具安装在交叉斜向预应力管道内进行预应力钢束穿束，交叉斜向预应力钢束采用高强度预应力钢丝束或钢绞线束，在剪力墙墙身的左下角和右下角的交叉斜向预应力钢束底端安装预应力锚固端锚具，在剪力墙墙身的左上角和右上角的交叉斜向预应力钢束顶端安装预应力张拉端锚具，预应力锚固端锚具、预应力张拉端锚具采用锥形锚、镦头锚或夹片锚，锚具安装必须位置准确、固定牢靠，锚垫板与预应力钢束必须相互垂直；(4)剪力墙混凝土浇筑与养护按照设计标号浇筑剪力墙混凝土，采用插入式振动器进行混凝土振捣，确保混凝土密实，保证锚垫板周围混凝土的密实，剪力墙墙身较高时采用分层浇筑方式，混凝土浇筑成型后根据施工环境温度和湿度米用对应的养护方案；(5)预应力张拉、管道压浆、端部封锚剪力墙混凝土养护至符合设计要求的强度、龄期后方可进行预应力张拉，预应力类型为体内预应力，预应力张拉工艺为后张法，预应力张拉方法为一端张拉，根据设计计算的预应力度选用合适的张拉设备，交叉斜向预应力钢束同步分级张拉至设计张拉控制应力，张拉机具放张后进行管道压浆，对张拉端预应力钢束端头进行锚固，最后采用细石混凝土对齿板部位进行端部封锚。
本发明的有益效果为(1)竖向及水平荷载共同作用引起的剪力墙墙身平面内的主拉应力由交叉斜向体内预应力钢束承担，主拉应力作用方向同交叉斜向体内预应力钢束布置方向一致，传力直接、简洁、高效，大大了降低剪力墙墙身出现沿对角线方向交叉斜裂缝的可能性，提高了剪力墙的抗侧刚度；(2)配置交叉斜向体内预应力钢束后，剪力墙由普通钢筋混凝土结构转变为部分预应力钢筋混凝土结构，该种结构在持久设计状况及多遇地震设计状况下墙身混凝土不开裂，剪力墙刚度不退化，剪力墙承载能力不降低，可满足剪力墙在正常使用极限状态和承载能力极限状态下的各项设计要求；(3)在罕遇地震设计状况下，允许墙身混凝土出现裂缝但裂缝宽度不超过规定限值，剪力墙刚度不过分退化，剪力墙承载能力不过分降低，可确保在罕遇地震作用下剪力墙结构的承载安全；(4)交叉斜向体内预应力钢束采用一端锚固、一端张拉的张拉方法，锚固端位于墙身底端邻近两角部位置，张拉端位于墙身顶端邻近两角部位置，张拉完成对齿板进行端部封锚后，剪力墙顶端为一平面，可继续进行上一层剪力墙的施工；(5)交叉斜向预应力钢束可采用高强度预应力钢丝束、钢绞线束，交叉斜向预应力管道可采用金属波纹管、铁皮管、塑料波纹管，预应力锚固端锚具、预应力张拉端锚具可采用锥形锚、镦头锚、夹片锚，以上配件均为定型规格产品，施工工艺成熟、施工技术可靠、施工质量易于保障；(6)配置交叉斜向体内预应力钢束后，可替代一部分墙身水平方向和竖直方向的普通钢筋，能够降低普通钢筋的配筋率、增大普通钢筋配筋间距，便于墙身混凝土的振捣施工， 有利于提闻墙身混凝土的烧筑施工质量。
图I为本发明的主视图；图2为本发明的俯视图；图3为图2的A-A剖视图；图4为图I的B-B剖视图；图5为图I的C-C剖视图。
具体实施方式
实施例如图1-5所示，一种配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构，包括剪力墙墙身1，剪力墙墙身I内设有剪力墙墙身水平方向钢筋7和剪力墙墙身竖直方向钢筋8，剪力墙墙身I的左上角和右上角分别设置剪力墙齿板2，剪力墙齿板2处设有预应力张拉端锚具6，剪力墙墙身I的左下角和右下角分别设置预应力锚固端锚具5，对角的预应力锚固端锚具5和预应力张拉端锚具6之间设有交叉斜向预应力钢束4并在交叉斜向预应力钢束4 外侧套设有交叉斜向预应力管道3 ;剪力墙墙身I材料为混凝土，剪力墙墙身水平方向钢筋 7、剪力墙墙身竖直方向钢筋8材料均为普通钢筋，交叉斜向预应力钢束4采用高强度预应力钢丝束或钢绞线束，交叉斜向预应力管道3采用金属波纹管、铁皮管或塑料波纹管，预应力锚固端锚具5、预应力张拉端锚具6采用锥形锚、镦头锚或夹片锚。交叉斜向预应力管道 3留置在剪力墙墙身模板内，通过与墙身水平方向钢筋、墙身竖直方向钢筋之间的绑扎连接保证其安放位置准确。预应力锚固端锚具5留置在剪力墙墙身模板内，待剪力墙混凝土浇筑完成后固定在到力墙墙身I底端邻近两角部位直。到力墙齿板2为在到力墙墙身I顶端邻近两角部位置处预留的槽孔，槽孔的大小与所采用的预应力张拉端锚具6相匹配。预应力张拉端锚具6安放在剪力墙齿板内，待剪力墙混凝土浇筑完成并养护到张拉强度时进行预应力张拉，预应力张拉完成后在剪力墙齿板内采用细石混凝土灌缝封锚。
一种配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构的施工方法，包括以下施工步骤(1)搭设剪力墙模板、绑扎墙身普通钢筋按照设计尺寸搭设剪力墙混凝土模板，包括剪力墙底模板、侧模板、边模板及剪力墙齿板模板，布设并绑扎剪力墙墙身普通钢筋，包括墙身水平方向钢筋、墙身竖直方向钢筋，如该片剪力墙设有边柱，还应布设并绑扎剪力墙边柱钢筋；(2)交叉斜向预应力管道布置与安装沿剪力墙墙身对角线方向布置交叉斜向预应力管道，交叉斜向预应力管道采用金属波纹管、铁皮管或塑料波纹管，根据设计计算的预应力钢束的直径及设计要求，选择合适直径的预应力管道，预应力管道应与墙身普通钢筋绑扎连接，保证管道的定位准确，管道安装应保证其内部畅通、线形平顺、接头连接紧密；(3)预应力钢束穿束、预应力锚具安装在交叉斜向预应力管道内进行预应力钢束穿束，交叉斜向预应力钢束采用高强度预应力钢丝束或钢绞线束，在剪力墙墙身的左下角和右下角的交叉斜向预应力钢束底端安装预应力锚固端锚具，在剪力墙墙身的左上角和右上角的交叉斜向预应力钢束顶端安装预应力张拉端锚具，预应力锚固端锚具、预应力张拉端锚具采用锥形锚、镦头锚或夹片锚，锚具安装必须位置准确、固定牢靠，锚垫板与预应力钢束必须相互垂直；(4)剪力墙混凝土浇筑与养护按照设计标号浇筑剪力墙混凝土，采用插入式振动器进行混凝土振捣，确保混凝土密实，保证锚垫板周围混凝土的密实，剪力墙墙身较高时采用分层浇筑方式，混凝土浇筑成型后根据施工环境温度和湿度米用对应的养护方案；(5)预应力张拉、管道压浆、端部封锚剪力墙混凝土养护至符合设计要求的强度、龄期后方可进行预应力张拉，预应力类型为体内预应力，预应力张拉工艺为后张法，预应力张拉方法为一端张拉，根据设计计算的预应力度选用合适的张拉设备，交叉斜向预应力钢束同步分级张拉至设计张拉控制应力，张拉机具放张后进行管道压浆，对张拉端预应力钢束端头进行锚固，最后采用细石混凝土对齿板部位进行端部封锚。
本发明是在传统的普通剪力墙结构的墙身内，沿墙身平面的两条对角线方向，各配置一组体内预应力钢束，这两组体内预应力钢束在墙身平面内呈对角线交叉斜向布置方位，可直接承受和传递竖向及水平荷载共同作用引起的墙身内的主拉应力。交叉斜向体内预应力钢束的存在，使剪力墙由普通钢筋混凝土结构转变为部分预应力钢筋混凝土结构， 通过施加适当的预应力，使墙身混凝土在持久设计状况及多遇地震设计状况下始终处于受压状态，可确保墙身混凝土在风荷载及设防烈度地震作用下不开裂；在罕遇地震作用下，由于主拉应力主要由交叉斜向体内预应力钢束承担，因此即使墙身混凝土出现裂缝但裂缝宽度不会超过规定的限值，从而起到确保剪力墙刚度不过分退化，承载性能不过分降低的作用，保障了罕遇地震作用下高层建筑的承载安全。交叉斜向体内预应力钢束的存在，还可降低墙身内水平钢筋和竖直钢筋的配筋率，减小墙体混凝土振捣施工的难度，提高了墙体混凝土的施工质量。
权利要求
1.一种配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构，其特征在于包括剪力墙墙身，剪力墙墙身内设有剪力墙墙身水平方向钢筋和剪力墙墙身竖直方向钢筋，剪力墙墙身的左上角和右上角分别设置剪力墙齿板，剪力墙齿板处设有预应力张拉端锚具，剪力墙墙身的左下角和右下角分别设置预应力锚固端锚具，对角的预应力锚固端锚具和预应力张拉端锚具之间设有交叉斜向预应力钢束并在交叉斜向预应力钢束外侧套设有交叉斜向预应力管道；剪力墙墙身材料为混凝土，剪力墙墙身水平方向钢筋、剪力墙墙身竖直方向钢筋材料均为普通钢筋，交叉斜向预应力钢束采用高强度预应力钢丝束或钢绞线束，交叉斜向预应力管道采用金属波纹管、铁皮管或塑料波纹管，预应力锚固端锚具、预应力张拉端锚具采用锥形锚、镦头锚或夹片锚。
2.根据权利要求I所述的配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构，其特征在于交叉斜向预应力管道留置在剪力墙墙身模板内，通过与墙身水平方向钢筋、墙身竖直方向钢筋之间的绑扎连接保证其安放位置准确。
3.根据权利要求2所述的配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构，其特征在于预应力锚固端锚具留置在剪力墙墙身模板内，待剪力墙混凝土浇筑完成后固定在剪力墙墙身底端邻近两角部位置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构，其特征在于剪力墙齿板为在剪力墙墙身顶端邻近两角部位置处预留的槽孔，槽孔的大小与所采用的预应力张拉端锚具相匹配。
5.根据权利要求4所述的配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构，其特征在于预应力张拉端锚具安放在剪力墙齿板内，待剪力墙混凝土浇筑完成并养护到张拉强度时进行预应力张拉，预应力张拉完成后在剪力墙齿板内采用细石混凝土灌缝封锚。
6.一种配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构的施工方法，其特征在于包括以下施工步骤 (1)搭设剪力墙模板、绑扎墙身普通钢筋 按照设计尺寸搭设剪力墙混凝土模板，包括剪力墙底模板、侧模板、边模板及剪力墙齿板模板，布设并绑扎剪力墙墙身普通钢筋，包括墙身水平方向钢筋、墙身竖直方向钢筋，如该片剪力墙设有边柱，还应布设并绑扎剪力墙边柱钢筋； (2)交叉斜向预应力管道布置与安装 沿剪力墙墙身对角线方向布置交叉斜向预应力管道，交叉斜向预应力管道采用金属波纹管、铁皮管或塑料波纹管，根据设计计算的预应力钢束的直径及设计要求，选择合适直径的预应力管道，预应力管道应与墙身普通钢筋绑扎连接，保证管道的定位准确，管道安装应保证其内部畅通、线形平顺、接头连接紧密； (3)预应力钢束穿束、预应力锚具安装 在交叉斜向预应力管道内进行预应力钢束穿束，交叉斜向预应力钢束采用高强度预应力钢丝束或钢绞线束，在剪力墙墙身的左下角和右下角的交叉斜向预应力钢束底端安装预应力锚固端锚具，在剪力墙墙身的左上角和右上角的交叉斜向预应力钢束顶端安装预应力张拉端锚具，预应力锚固端锚具、预应力张拉端锚具采用锥形锚、镦头锚或夹片锚，锚具安装必须位置准确、固定牢靠，锚垫板与预应力钢束必须相互垂直； (4)剪力墙混凝土浇筑与养护按照设计标号浇筑剪力墙混凝土，采用插入式振动器进行混凝土振捣，确保混凝土密实，保证锚垫板周围混凝土的密实，剪力墙墙身较高时采用分层浇筑方式，混凝土浇筑成型后根据施工环境温度和湿度米用对应的养护方案； (5)预应力张拉、管道压浆、端部封锚 剪力墙混凝土养护至符合设计要求的强度、龄期后方可进行预应力张拉，预应力类型为体内预应力，预应力张拉工艺为后张法，预应力张拉方法为一端张拉，根据设计计算的预应力度选用合适的张拉设备，交叉斜向预应力钢束同步分级张拉至设计张拉控制应力，张 拉机具放张后进行管道压浆，对张拉端预应力钢束端头进行锚固，最后采用细石混凝土对齿板部位进行端部封锚。
全文摘要
一种配置交叉斜向体内预应力的剪力墙结构，包括剪力墙墙身、剪力墙墙身水平方向钢筋、剪力墙墙身竖直方向钢筋，剪力墙墙身的左上角和右上角分别设置剪力墙齿板和预应力张拉端锚具，剪力墙墙身的左下角和右下角分别设置预应力锚固端锚具，对角的预应力锚固端锚具和预应力张拉端锚具之间设有交叉斜向预应力钢束、交叉斜向预应力管道。上述结构的施工方法包括搭设剪力墙模板、绑扎墙身普通钢筋；交叉斜向预应力管道布置与安装；预应力钢束穿束、预应力锚具安装；剪力墙混凝土浇筑与养护；预应力张拉、管道压浆、端部封锚。本发明大大提高了剪力墙的抗震性能。
文档编号E04B1/98GK102979221SQ20121051858
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者李静斌, 陈淮, 葛素娟, 高冰, 张军锋, 王艳, 陈栋, 熊红星, 郝富增 申请人:郑州大学