基于可恢复功能联肢剪力墙的房屋抗震结构及施工方法与流程

本发明属于结构工程抗震技术领域，涉及应用于联肢剪力墙的可恢复功能技术，尤其涉及一种基于可恢复功能联肢剪力墙的房屋抗震结构及施工方法。

背景技术：

可恢复功能结构能够满足结构可持续抗震的新需求，使结构在抵御地震灾害的同时具备震后快速恢复的能力，提高震后救灾效率，减小震害损失。作为广泛采用的结构抗侧力构件，实现结构中联肢剪力墙的可恢复功能是可恢复功能结构广泛应用的前提，目前主要措施为设置可更换连梁。可更换连梁由两端非屈服段和中部可更换构件组成，将连梁两端破坏转移至中部可更换构件，通过中部可更换构件剪切变形集中塑性，震后更换损伤构件即可实现联肢剪力墙的可恢复功能，设计的关键是需要将结构损伤转移至变形良好的可更换构件上，而其余部位不发生损伤。

如中国核心期刊论文“可恢复功能抗震结构新体系研究进展”(吕西林,周颖,陈聪.地震工程与工程振动,2014,01(4):130-139.)中所描述的带有可更换连梁的钢筋混凝土剪力墙，将可更换保险丝放置于钢筋混凝土连梁中部，剪力墙墙肢为普通钢筋混凝土墙肢。所述的带有可更换连梁钢筋混凝土剪力墙在静力和动力地震作用下均能使可更换连梁发生塑性耗能，但剪力墙墙脚仍有损伤。因此，即便在震后更换了破坏的连梁保险丝，由于剪力墙墙脚损伤无法消除，整个结构也难以回复到初始状态。

由前所述，目前设置可更换连梁的联肢剪力墙损伤并未完全集中于连梁可更换构件，墙脚部位仍有破坏，此外，在结构中与联肢剪力墙相连的横向构件楼板会限制可更换构件的变形，剪力传至楼板也易使楼板发生损伤，可更换构件剪切耗能、集中塑性的能力受阻，无法真正实现结构中联肢剪力墙的可恢复能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种考虑楼板连接的可恢复功能联肢剪力墙，通过可更换连梁集中塑性，挖除墙脚易损部位并设计为自复位形式，放松剪力墙与楼板的连接约束，克服现有技术的缺陷，有效实现结构中的联肢剪力墙震时损伤控制于可更换构件、震后损伤可更换的可恢复功能。

为了达到目的，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及的一种基于可恢复功能联肢剪力墙的房屋抗震结构，其特征在于：其包括联肢剪力墙、可更换连梁、楼板和若干预应力筋，所述的联肢剪力墙包括钢管混凝土支座和墙体，可更换连梁包括连接梁和可更换构件，连接梁和墙体一体化浇筑，可更换构件设在连接梁的中部，所述的墙体的墙脚部位设有用于安装钢管混凝土支座的镂空部位，镂空部位上方的墙体设有钢靴，钢管混凝土支座设在镂空部位，钢管混凝土支座的顶面与钢靴下表面接触；所述的楼板在连接梁位置设有开槽，开槽处设有连接件，楼板通过连接件固定在墙体上；所述的预应力筋依次贯穿墙体和钢管混凝土支座，预应力筋上端采用锚具锚固在联肢剪力墙顶部，下端采用锚具锚固在基础内。

优选地，所述的可更换构件采用剪切型金属阻尼器或摩擦耗能器或粘弹性阻尼器，可更换构件通过螺栓与两端的连接梁连接。

优选地，所述的钢靴由钢板焊接而成，在所述的墙体正面为四分之一圆钢板，在所述的墙体侧面为与墙体等宽的矩形钢板，底部为一块与墙体等宽的厚钢板。

优选地，所述的钢管混凝土支座包括外包方钢管、内填混凝土和钢盖板，内填混凝土填满外包方钢管，钢盖板与外包方钢管焊接连接，钢靴底部的厚钢板和钢盖板通过所述的预应力筋施加预压力相接触。

优选地，所述的预应力筋为无粘结低松弛预应力钢绞线。

优选地，所述的开槽的尺寸大于联肢剪力墙的尺寸，开槽的四周与联肢剪力墙之间均留有连接件的安装位置，所述的连接件一端与联肢剪力墙的墙体相连，另一端与楼板横截面固定。

优选地，所述的连接件为压剪扭构件。

一种权利要求1所述的基于可恢复功能联肢剪力墙的房屋抗震结的施工方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)在墙脚位置的基础上固定外包方钢管，外包方钢管内预留预应力筋张拉管道，外包方钢管内部填充混凝土，待混凝土达到强度后盖上钢盖板，并用焊接的方式将钢盖板与外包方钢管固定；

(2)绑扎连接梁和墙体的钢筋并支设模板，将可更换构件的预埋段放置在连接梁内，墙体的墙脚部位不绑扎钢筋且不支设模板，取而代之的是在墙脚镂空部位上方安装钢靴，钢靴与墙体的模板完全密封，架设模板时还应在墙体模板内预留预应力筋的张拉管道；

(3)绑扎楼板的钢筋并架设楼板的模板，在楼板开槽处架设侧模板，将楼板钢筋在开槽处截断，同时将工厂预制的连接件置于开槽处，将连接件两端预埋件分别置于联肢剪力墙和楼板的模板内；

(4)浇筑连接梁、墙体和楼板的混凝土，待混凝土达到强度后，拆除模板，张拉预应力筋对墙体和钢管混凝土支座施加预应力，最终在楼板开槽和连接梁中部铺设装饰板用以建筑装修。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)联肢剪力墙的连接梁中部设置可更换构件，可发生塑性变形，集中塑性损伤；(2)将联肢剪力墙墙脚易损区域挖除，代之以能够分离的钢管混凝土支座和贯通预应力筋，能够在避免墙脚损伤的同时补偿刚度和承载力，地震作用下钢管混凝土支座与墙体角部发生张开或闭合的往复运动，并通过贯通的预应力筋获得自复位能力，能够有效解决墙脚应力和变形过大导致的塑性损伤问题；(3)开槽并设置连接件的楼板对可更换构件的变形约束可忽略，能够解决可更换连梁剪切变形受约束的问题，并可以保证可更换连梁变形时，楼板变形小，大地震作用下楼板无损伤。

附图说明

图1是本发明基于可恢复功能联肢剪力墙的房屋抗震结构的侧视图；

图2是本发明基于可恢复功能联肢剪力墙的房屋抗震结构的仰视图；

图3是本发明钢管混凝土支座和墙体的连接节点示意图；

图4是本发明附图3所示的钢管混凝土支座和墙体的连接节的b-b截面图；

图5是本发明附图4所示的钢管混凝土支座和墙体的连接节的c-c截面图。

图示说明：1-可更换构件；2-连接梁；3-墙体；4-钢靴；5-钢管混凝土支座；6-楼板；7-连接件；8-预应力筋；9-钢盖板；10-基础；11-外包方钢管；12-内填混凝土，13-开槽。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合附图1所示，本发明涉及一种基于可恢复功能联肢剪力墙的房屋抗震结构，应用于高层剪力墙结构，使其获得震后可恢复能力。其包括设置可更换连梁、联肢剪力墙、楼板6和预应力筋8。

结合附图1和2所示，可更换连梁包括连接梁2和可更换构件1，可更换构件1采用剪切型金属阻尼器或摩擦耗能器或粘弹性阻尼器，其通过螺栓与两端的连接梁连接，可更换构件1可通过拆卸螺栓的方式进行更换，地震作用下通过剪切变形集中塑性损伤、耗散地震能量，地震作用过后能及时更换。施工时，将工厂预制的可更换构件1置于模板上，可更换构件1的预埋段放置于连接梁2内，待混凝土浇筑后拆模固定。

结合附图1所示，所述联肢剪力墙包括墙体3，墙体3采用现浇钢筋混凝土结构，与连接梁2一起浇筑成型，墙体3的墙脚部位不浇筑混凝土且不绑扎钢筋，形成下部截面小、上部截面大的墙体3，即在墙体的墙脚处形成镂空部位。结合附图3所示，墙体3角部用钢靴4包裹，并支承于钢管混凝土支座5上。结合附图3～5所示，钢靴4由四块钢板焊接而成，在所述的墙体正反面为四分之一圆钢板，在所述的墙体侧面为与墙体3等宽的矩形钢板，底部为一块与墙体3等宽的厚钢板。所述的钢管混凝土支座包括外包方钢管11、内填混凝土12和钢盖板9，内填混凝土12填满外包方钢管11，钢盖板9焊接在外包方钢管11上方，钢靴底部的厚钢板和钢盖板9通过所述的预应力筋8相接触。初始状态时通过预应力筋8施加的预压力相接触，形成无损伤墙脚。施工时，在墙体3和钢管混凝土支座5内预留预应力筋8的张拉管道，将钢靴4置于墙体3模板内，将钢管混凝土支座5的外包方钢管11置于支座位置处，浇筑混凝土。待混凝土硬化后，将钢盖板9置于外包方钢管11上部，与外包方钢管11焊接固定，同时张拉预应力筋8，使钢靴4与支座上部钢盖板9相接触。本实施例中所述的预应力筋8为无粘结低松弛预应力钢绞线，预应力筋8上端采用锚具锚固在联肢剪力墙顶部，下端采用锚具锚固在基础10内。

结合附图1和图2所示，楼板6在联肢剪力墙位置处设置开槽13，不浇筑混凝土且不绑扎钢筋，与联肢剪力墙通过连接件7相连。连接件7为剪切扭转刚度小、轴向拉压刚度大的变形构件，尺寸参数根据可恢复功能联肢剪力墙的最大受力和变形确定。楼板6开槽尺寸大于联肢剪力墙的截面尺寸，宽度与长度由联肢剪力墙最大位移和连接件7的厚度决定。施工时，在楼板开槽处架设侧模板，将楼板6钢筋在开槽处截断，同时将工厂预制的连接件7置于开槽13处，将连接件7两端预埋件分别置于联肢剪力墙和楼板6的模板内，混凝土浇筑后固定，形成无损伤楼板连接。混凝土硬化后在楼板开槽和连梁中部铺设装饰板用以建筑装修。

本发明涉及的一种基于可恢复功能联肢剪力墙的房屋抗震结的施工方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一：在墙脚位置的基础上固定外包方钢管，外包方钢管内预留预应力筋张拉管道，外包方钢管内部填充混凝土，待混凝土达到强度后盖上钢盖板，并用焊接的方式将钢盖板与外包方钢管固定，完成钢管混凝土支座的施工；

步骤二：绑扎连接梁和墙体的钢筋并支设模板，将可更换构件的预埋段放置在连接梁内，墙体的墙脚部位不绑扎钢筋且不支设模板，取而代之的是在墙脚镂空部位上方安装钢靴，钢靴与墙体的模板完全密封，架设模板时还应在墙体模板内预留预应力筋的张拉管道；

步骤三：绑扎楼板的钢筋并架设楼板的模板，在楼板开槽处架设侧模板，将楼板钢筋在开槽处截断，同时将工厂预制的连接件置于开槽处，将连接件两端预埋件分别置于联肢剪力墙和楼板的模板内；

步骤四：浇筑连接梁、墙体和楼板的混凝土，待混凝土达到强度后，拆除模板，张拉预应力筋对墙体和钢管混凝土支座施加预应力，最终在楼板开槽和连接梁中部铺设装饰板用以建筑装修。

本发明在高层剪力墙结构中设置可恢复功能联肢剪力墙，考虑其与结构楼板6的特殊连接，通过墙脚形式形成无损伤墙脚，无损伤墙脚是将联肢剪力墙墙脚易损区域挖除，代之以能够分离的钢管混凝土支座和贯通预应力筋，能够在避免墙脚损伤的同时补偿刚度和承载力，地震作用下钢管混凝土支座与墙脚发生张开或闭合的往复运动，并通过贯通的预应力筋获得自复位能力，能够有效解决墙脚应力和变形过大导致的塑性损伤问题；其次，通过楼板连接形式避免楼板6损伤，且不限制可更换构件1变形，能够有效发挥可更换构件1的耗能特性，使结构中的联肢剪力墙损伤只集中于连梁可更换构件1，震时损伤可控，震后更换构件便可恢复功能。本发明构造简单，结构可持续抗震能力强、全寿命成本低，可广泛应用于钢筋混凝土结构抗震领域，具有良好的应用前景和技术经济效益。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。