专利名称:钢管混凝土边框－钢桁架－混凝土组合筒体及制作方法
技术领域：
本发明是一种钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体及制作方法，属于一种筒体结构及制作方法。。
背景技术：
在高层建筑中，核心筒作为主要的抗侧力构件，约承担着结构整体80％的水平地震作用。研制抗震性能好的筒体，是高层建筑抗震设计的核心技术。怎样使混凝土中型钢充分发挥其功效，以改善筒体结构综合抗震性能，成为国内外学者和工程界十分关注的问题。
现有的改善混凝土筒体抗震性能的方案中，有在钢筋混凝土筒体的剪力墙中加设钢筋暗支撑的技术。其存在的问题是其斜向暗支撑核心部分为混凝土，抗拉、抗压能力尚不足。
现有的改善混凝土筒体抗震性能的方案中还有一种在钢筋混凝土筒体的剪力墙中加设钢板支撑的技术。其存在问题是钢板受力性能比其它型钢弱，抗拉、抗压能力不足，支撑端部易出现局部失稳。
现有的改善混凝土筒体抗震性能的方案中，还有在钢筋混凝土筒体的边框中应用钢管混凝土边框，形成钢管混凝土边框筒体结构。其存在的问题是钢管混凝土边框之间的钢筋混凝土墙板延性较差，作为抗震的第一道防线影响了整个剪力墙以至整个结构的抗侧力能力，同时剪力墙与钢管混凝土边框难以实现可靠连接，造成该结构体系在大震中不能充分发挥其抗震优势。
本申请人申请的专利号为ZL200520018266.5的“内藏钢桁架混凝土组合筒体”专利是双重组合筒体，发挥了高层钢桁架和混凝土筒体的优势，提高了筒体的耗能能力。但此种筒体的边框柱内的混凝土没有约束，不能提高其边框混凝土的承载力和延性，同时，边框柱对剪力墙板的约束作用也较弱。
发明内容本发明所要解决的技术问题是显著提高钢筋混凝土筒体抗震能力的问题，为了解决这一问题，本发明提出了一种钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体。
本发明采用的技术方案是钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体由四面剪力墙连接成封闭状。相邻的两面剪力墙之间由共用的钢管混凝土边框柱连接。每片剪力墙均由钢管混凝土边框柱和剪力墙板构成，在剪力墙板中配置由横向和纵向分布钢筋组成的钢筋网，在钢筋网之间用拉接筋11拉接，在两排钢筋网之间加配型钢暗支撑2，钢筋暗支撑9，边框梁中设置型钢梁4，剪力墙两端设置矩形、圆形或矩形和圆形组合形状，即乒乓球拍形截面的钢管混凝土边框柱3，型钢梁4、钢管混凝土边框柱3、型钢暗支撑2与钢筋暗支撑9组合，形成钢桁架1。
所述的钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体，在组成筒体的各个剪力墙板的钢筋网内固装的型钢暗支撑2和钢筋暗支撑9呈人字形，其上端伸入上部边框梁中与梁中型钢梁4连接，下端伸入下部边框梁与钢管混凝土边框柱的节点中，与钢管混凝土边框柱3、下部边框梁中型钢梁4同时连接，型钢暗支撑2和钢筋暗支撑9、边框梁中的型钢梁4和剪力墙两端的钢管混凝土边框柱3组合，形成钢桁架1。
所述的钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体，在组成筒体的各个剪力墙板的钢筋网内固装的型钢暗支撑2和钢筋暗支撑9呈X形，其上端伸入上部边框梁和边框柱的节点中，与钢管混凝土边框柱3、上部边框梁中型钢梁4同时连接，下端伸入下部边框梁与边框柱的节点中与钢管混凝土边框柱3、下部边框梁中型钢梁4同时连接，型钢暗支撑2和钢筋暗支撑9、剪力墙两端的钢管混凝土边框柱3和边框梁中的型钢梁4组合，形成钢桁架1。
所述的钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体，在组成筒体的各个剪力墙板的钢筋网内固装的型钢暗支撑2和钢筋暗支撑9呈八字形，其上端伸入上部边框梁中与梁中型钢梁4连接，下端伸入下部边框梁与边框柱的节点中与钢管混凝土边框柱3、下部边框梁中型钢梁4同时连接，型钢暗支撑2和钢筋暗支撑9、边框梁中的型钢梁4和剪力墙两端的钢管混凝土边框柱3组合，在混凝土剪力墙内部形成钢桁架1。
所述的钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体，在组成筒体的各个剪力墙板的钢筋网内固装的型钢暗支撑2和钢筋暗支撑9为单斜杆，其上端伸入上部边框梁和边框柱的节点中，与钢管混凝土边框柱3、上部边框梁中型钢梁4同时连接，下端伸入下部边框梁与边框柱的节点中与钢管混凝土边框柱3、下部边框梁中型钢梁4同时连接，型钢暗支撑2和钢筋暗支撑9、剪力墙两端的钢管混凝土边框柱3和边框梁中的型钢梁4组合，形成钢桁架1。
根据本发明的技术方案，采用钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体的制作方法，其顺序如下1)在筒体底部四个角部的设置钢管混凝土边框柱3的钢管，配置梁柱节点处的预制构件，在钢管壁预留孔洞或预焊竖板，以备墙板横向钢筋5锚固；2)制作边框梁中的型钢梁4，型钢梁与钢管混凝土边框柱3进行可靠刚性连接；3)配置型钢暗支撑2，上、下端分别与边框梁中的型钢梁4、钢管混凝土边框柱3焊接；4)在型钢梁4外侧配置边框梁的纵筋7，在纵筋7外侧均匀绑扎边框梁的矩形箍筋8；5)在型钢暗支撑2的外侧配置钢筋暗支撑9，在其外侧均匀绑扎暗支撑箍筋10，与型钢暗支撑2、钢管混凝土边框柱3、型钢梁4共同构成钢桁架1；6)配置筒体中剪力墙墙板的横向钢筋5、竖向钢筋6，横向钢筋5伸入钢管混凝土边框柱3的预留孔洞中或与钢管混凝土边框柱3的预焊竖板焊接；
7)在筒体的剪力墙墙板和边框梁外侧留一定保护层厚度，支模板；8)浇筑钢管内的混凝土和墙板与边框梁的混凝土，成型后即为钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体。
本发明的组合筒体，是不同受力体系——空间钢桁架与剪力墙的组合，不同材料——钢与钢筋混凝土的组合，不同组合构件——钢管混凝土和型钢混凝土的组合，是一种三重组合剪力墙。本发明内藏的桁架的斜支撑部分有利于提高钢筋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，也利于剪力墙和钢管柱二者承受的荷载重分布，将剪力墙承担的一部分压力转移到钢管混凝土柱中，减少剪力墙中的轴压比，从而使剪力墙可以设计的较薄，增加建筑的使用面积。当墙板在抗震中破坏后，斜支撑与上、下边框梁、钢管混凝土柱形成的桁架结构是一个几何不变体系，钢桁架自身能够形成很好的传力体系，从而保持结构的整体稳定性。斜支撑与钢管混凝土边框相连接，施工简单易行，能够很好的保证剪力墙与普通钢管混凝土边框的可靠连接。与普通钢管混凝土边框剪力墙相比，承载能力提高，承载力和刚度衰减变慢，后期抗震性能相对稳定，底部剪切滑移破坏减轻。
本发明的组合筒体比本申请人申请的内藏钢桁架混凝土组合筒体专利增加了一道抗震防线，是三重组合筒体结构，而内藏钢桁架混凝抗震防线土组合筒体是双重组合筒体结构。在本发明中，钢管混凝土边框对混凝土墙板的约束增强，能进一步抑制墙板中裂缝的开展；由于钢管混凝土柱和钢筋混凝土墙的徐变不同，使得剪力墙和钢管柱二者承受的荷载重分布，即将筒体中剪力墙承担的一部分压力转移到钢管混凝土柱上，降低了剪力墙的轴压比，设计时可以减少剪力墙的厚度，增加结构的使用面积，在用钢量相当的情况下，能够带来更大的经济效益。
由于筒体结构是建筑结构的核心抗侧力部件，提高了型钢剪力墙的抗震能力，也就提高了型钢剪力墙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，防止其倒塌。
图1是本发明钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体中型钢暗支撑呈人字形时的示意图，其中A1-B1-C1-D1-A2-B2-C2-D2、A2-B2-C2-D2-A3-B3-C3-D3、A3-B3-C3-D3-A4-B4-C4-D4、A4-B4-C4-D4-A5-B5-C5-D5分别代表筒体的一个结构单元。E1-F1-G2、E2-F2-G3、E3-F3-G4为一片剪力墙中的人字形暗支撑；图2是本发明钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体中型钢暗支撑呈人字形时，一个结构单元中一片剪力墙结构配筋示意图，其它三个侧面的配筋示意图与本图相同；图3是图2中A-A剖面放大示意图；(图中图号不对)图4是图2中B-B剖面放大示意图；(图中图号不对)图5是本发明内藏钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体中型钢暗支撑呈X形时，一个结构单元中一片剪力墙的配筋示意图；图6是本发明钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体中型钢暗支撑呈八字形时，一个结构单元中一片剪力墙的结构配筋示意图；图7是本发明钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体中型钢暗支撑为单斜杆时，一个结构单元中一片剪力墙的结构配筋示意图；附图代号说明1-钢桁架，2-型钢暗支撑，3-钢管混凝土边框柱，4-型钢梁，5-墙板横向钢筋，6-墙板竖向钢筋，7-边框梁的纵筋，8-边框梁的矩形箍筋，9-钢筋暗支撑，10-暗支撑箍筋，11-拉接筋。
具体实施方式实施例1钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体一个结构单元的结构配筋示意图如图2、图3和图4所示。钢管混凝土边框柱3内无配筋；剪力墙边框梁为型钢梁4外围布置纵筋7，沿梁纵筋7均匀地绑扎着矩形箍筋8，边框梁的矩形箍筋8均匀分布至梁端；剪力墙板的配筋是在墙板宽度方向的两侧沿横向及竖向分别均匀地布置剪力墙板横向钢筋5和竖向钢筋6，并在交叉点绑扎固定，形成两片钢筋网，横向钢筋5和竖向钢筋6的两端分别插入钢管混凝土柱(柱的侧壁打孔)和边框梁中锚固；剪力墙两片钢筋网之间用间距小于或等于600mm的拉接筋11相连。型钢暗支撑2外布置四根钢筋作为钢筋暗支撑9，钢筋暗支撑9外均匀固装着箍筋10。型钢暗支撑2和钢筋暗支撑9上端伸入上部边框梁与梁中型钢梁4连接，其下端伸入钢管混凝土边框柱和下部边框梁的节点中，与钢管混凝土边框柱3、下部边框梁中型钢梁4连接，形成内藏钢桁架1。最后将边框柱、边框梁及剪力墙板整体一次浇捣混凝土成型，即构成钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体。
制作方法1.制作钢管混凝土边框柱的3钢管，在梁柱节点处钢管内设隔板，柱外焊短钢梁，在钢管壁预留孔洞，以备穿墙板的横向钢筋5；2.制作边框梁中的型钢梁4，型钢梁的翼缘与柱边预设短钢梁的翼缘焊接，钢梁的腹板与短钢梁的腹板用双夹板高强度螺栓摩擦型连接；3.配置型钢暗支撑2，上、下端分别与边框梁中的型钢梁4、钢管混凝土边框柱3焊接；4.在型钢梁4外侧配置边框梁的纵筋7，在纵筋7外侧均匀绑扎边框梁的矩形箍筋8；5.在型钢暗支撑2的外侧配置钢筋暗支撑9，在其外侧均匀绑扎暗支撑箍筋10，与型钢暗支撑2、钢管混凝土边框柱3、型钢梁4共同构成钢桁架1；6.配置筒体中剪力墙板横向钢筋和竖向钢筋5、6，横向钢筋伸入钢管混凝土边框柱3的预留孔洞中；
7.在筒体的剪力墙墙板和边框梁外侧留一定保护层厚度，支模板；8.浇筑钢管内的混凝土和墙板与边框梁的混凝土，成型后即为钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体。
实施例2钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体的第二种结构形式如图5所示，是在剪力墙板两片钢筋网内侧设置X形型钢暗支撑2和钢筋暗支撑9，其上端伸入边框柱与上部边框梁的节点中，与钢管混凝土边框柱3、上部边框梁中型钢梁4连接。下端伸入边框柱和下部边框梁的节点中，与钢管混凝土边框柱3、下部边框梁中型钢梁4连接。其它方面与第一种形式相同。
实施例3钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体的第三种结构形式如图6所示，是在剪力墙板两片钢筋网内侧设置八字形型钢暗支撑2和钢筋暗支撑9，其上端伸入上部边框梁与梁中型钢梁4连接，其下端伸入边框柱和下部边框梁的节点中，与钢管混凝土边框柱3、下部边框梁中型钢梁4连接。其它方面与第一种形式相同。
实施例4钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体的第四种结构形式如图7所示，是在筒体中剪力墙板两片钢筋网内侧设置型钢暗支撑2和钢筋暗支撑9为单斜杆形式，其上端伸入上部边框梁与梁中型钢梁4连接，其下端伸入边框柱和下部边框梁的节点中，与钢管混凝土边框柱3、下部边框梁中型钢梁4连接。其它方面与第一种形式相同。
权利要求
1.钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体，由四面剪力墙连接成封闭状，相邻的两面剪力墙之间由共用的钢管混凝土边框柱连接；每片剪力墙均由钢管混凝土边框柱和剪力墙板构成，在剪力墙板中配置由横向和纵向分布钢筋组成的钢筋网，在钢筋网之间用拉接筋(11)拉接，在两排钢筋网之间加配型钢暗支撑(2)，钢筋暗支撑(9)，其特征在于边框梁中设置型钢梁(4)，剪力墙两端设置矩形、圆形或矩形和圆形组合形状截面的钢管混凝土边框柱(3)，型钢梁(4)、钢管混凝土边框柱(3)、型钢暗支撑(2)与钢筋暗支撑(9)组合，形成钢桁架(1)。
2.根据权利要求
1所述的钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体，其特征在于在组成筒体的各面剪力墙板钢筋网内固装的型钢暗支撑(2)和钢筋暗支撑(9)呈人字形，其上端伸入上部边框梁中与梁中型钢梁(4)连接，下端伸入下部边框梁与钢管混凝土边框柱的节点中，与钢管混凝土边框柱(3)、下部边框梁中型钢梁(4)同时连接，型钢暗支撑(2)和钢筋暗支撑(9)、边框梁中的型钢梁(4)和剪力墙两端的钢管混凝土边框柱(3)组合，形成钢桁架(1)。
3.根据权利要求
1所述的钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体，其特征在于在组成筒体的各面剪力墙板钢筋网内固装的型钢暗支撑(2)和钢筋暗支撑(9)呈X形，其上端伸入上部边框梁和边框柱的节点中，与钢管混凝土边框柱(3)、上部边框梁中型钢梁(4)同时连接，下端伸入下部边框梁与边框柱的节点中与钢管混凝土边框柱(3)、下部边框梁中型钢梁(4)同时连接，型钢暗支撑(2)和钢筋暗支撑(9)、剪力墙两端的钢管混凝土边框柱(3)和边框梁中的型钢梁(4)组合，形成钢桁架(1)。
4.根据权利要求
1所述的钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体，其特征在于在组成筒体的各面剪力墙板钢筋网内固装的型钢暗支撑(2)和钢筋暗支撑(9)呈八字形，其上端伸入上部边框梁中与梁中型钢梁(4)连接，下端伸入下部边框梁与边框柱的节点中与钢管混凝土边框柱(3)、下部边框梁中型钢梁(4)同时连接，型钢暗支撑(2)和钢筋暗支撑(9)、边框梁中的型钢梁(4)和剪力墙两端的钢管混凝土边框柱(3)组合，在混凝土剪力墙内部形成钢桁架(1)。
5.根据权利要求
1所述的钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体，其特征在于在组成筒体的各面剪力墙板钢筋网内固装的型钢暗支撑(2)和钢筋暗支撑(9)为单斜杆，其上端伸入上部边框梁和边框柱的节点中，与钢管混凝土边框柱(3)、上部边框梁中型钢梁(4)同时连接，下端伸入下部边框梁与边框柱的节点中与钢管混凝土边框柱(3)、下部边框梁中型钢梁(4)同时连接，型钢暗支撑(2)和钢筋暗支撑(9)、剪力墙两端的钢管混凝土边框柱(3)和边框梁中的型钢梁(4)组合，形成钢桁架(1)。
6.钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体的制作方法，其特征在于1)制作钢管混凝土边框柱(3)的钢管，配置梁柱节点处的预制构件，在钢管壁预留孔洞或预焊竖板，以备墙板横向钢筋(5)锚固；2)制作边框梁中的型钢梁(4)，型钢梁与钢管混凝土边框柱(3)进行可靠刚性连接；3)配置型钢暗支撑(2)，上、下端分别与边框梁中的型钢梁(4)、钢管混凝土边框柱(3)焊接；4)在型钢梁(4)外侧配置边框梁的纵筋(7)，在纵筋(7)外侧均匀绑扎边框梁的矩形箍筋(8)；5)在型钢暗支撑(2)的外侧配置钢筋暗支撑(9)，在其外侧均匀绑扎暗支撑箍筋(10)，与型钢暗支撑(2)、钢管混凝土边框柱(3)、型钢梁(4)共同构成钢桁架(1)；6)配置筒体的剪力墙墙板横向钢筋(5)、竖向钢筋(6)，横向钢筋(5)伸入钢管混凝土边框柱(3)的预留孔洞中或与钢管混凝土边框柱(3)的预焊竖板焊接；7)在剪力墙墙板和边框梁外侧留一定保护层厚度，支模板；8)浇筑钢管内的混凝土和墙板与边框梁的混凝土，成型后即为钢管混凝土边框-钢桁架-混凝土组合筒体。
专利摘要
钢管混凝土边框—钢桁架—混凝土组合筒体及制作方法，属于一种筒体结构及制作方法。这种筒体由边框和剪力墙板构成，在剪力墙板中配置由横向和纵向分布钢筋组成的钢筋网，在钢筋网之间用拉接筋(11)拉接，在两排钢筋网之间加配型钢暗支撑(2)，钢筋暗支撑(9)，边框梁中设置型钢梁(4)，筒体的各个角部设置钢管混凝土边框柱(3)，剪力墙板中设置型钢梁(4)、钢管混凝土边框柱(3)、型钢暗支撑(2)与钢筋暗支撑(9)组合，在混凝土筒体内部形成钢桁架(1)；这种暗支撑组合可呈人字、X或八字形。本发明的筒体比现有筒体的初始刚度大、承载能力高、承载力和刚度衰减慢、整体抗震耗能性能好。
文档编号E04B1/18GK1995572SQ200610169836
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月29日
发明者曹万林, 常卫华, 王敏 申请人:北京工业大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan