轻型多层钢-混凝土-钢夹芯组合剪力墙柱构件的制作方法

本实用新型属于建筑工程和组合结构技术领域，尤其涉及一种自重轻，减小高层建筑的地震反应，提高整体性和抗震性，简化制作工艺，降低人工费用，提高施工效率的轻型多层钢-混凝土-钢夹芯组合剪力墙柱构件。

背景技术：

剪力墙或由剪力墙组成的筒体，是高层/超高层建筑的主要抗侧力构件。在地震作用下，剪力墙不仅承担了大部分地震剪力，而且还起到了耗散地震能量的重要作用，其抗震性能的好坏对整个结构的抗震性能起到决定性作用。因此，剪力墙抗震性能的研究对于提高高层、超高层结构的整体抗震性能具有重要意义。但是传统的钢－混凝土－钢夹芯组合剪力墙(又称双钢板剪力墙)，填充普通混凝土，自重大，传统轻骨料结构混凝容重依然较高(1800-2000kg/m3)，而且延性差，限制了其在工程上的应用；早期的钢板剪力墙结构体系的设计，是基于弹性屈曲作为极限状态的，这样钢板剪力墙往往很厚，过厚的墙体减小了建筑使用面积，尤其对于商业底层，制约了建筑布置的灵活性，影响使用功能；双钢板组合剪力墙一般包括两侧设置对拉螺栓的双钢板组合剪力墙、墙板内侧设置栓钉或带孔加劲肋的双钢板组合剪力墙等；其中两侧设置对拉螺栓的双钢板组合剪力墙，为阻止钢板屈曲，常用预制混凝土板将钢板包裹并利用对穿螺栓约束钢板从而达到限制钢板面外屈曲，提高了其耗能能力，如专利CN 202755656 U；墙板内侧设置栓钉的双钢板剪力墙在钢板内侧焊接栓钉，使钢和混凝土共同作用，提高延性和抗震性能，但为保证强组合作用，需要焊接密集的栓钉，会造成混凝土浇灌施工困难，如专利CN 201972268 U；带孔加劲肋的双钢板组合剪力墙采用带孔加劲肋取代传统的栓钉来增强混凝土与钢板之间的耦合、协同作用，可以有效的增强剪力墙体系受力过程中的阻尼效果，如专利CN 204401821 U，但是焊接量过大。

综上，传统的钢－混凝土－钢夹芯组合剪力墙，具有以下几个特点：

1.传统轻质混凝土强度低、性能偏脆，耗能能力较弱，限制其在工程上的运用。

2.传统的钢板剪力墙结构体系的设计，是基于弹性屈曲作为极限状态的，这样钢板剪力墙往往厚度比较大，如此墙体结构自重偏大，不利于抗震，同时增加基础造价成本，此外偏厚的墙体减小了建筑使用面积，尤其对于商业建筑底层，制约了建筑布置的灵活性，影响使用功能。

3.采用对穿螺栓双钢板剪力墙或约束钢板剪力墙，螺栓从墙面伸出，墙面不平整，导致装饰困难，而且在地震荷载作用下穿孔部分易出现应力集中；高温下，螺母可能发生爆裂，从而失去约束钢板和混凝土作用；加劲肋的双钢板组合剪力墙，施工繁琐，加劲肋的焊接量多，容易造成疲劳问题；墙板内侧仅设置单头栓钉，钢板与混凝土的组合作用程度不高，在极端荷载作用下，钢与混凝土容易脱开，横向抗剪性能较弱，整体性差；

4.防屈曲抗震耗能剪力墙主要用来耗散地震能量，不同时承受竖向荷载。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种自重轻，减小高层建筑的地震反应，提高整体性和抗震性，简化制作工艺，降低人工费用，提高施工效率的轻型多层钢-混凝土-钢夹芯组合剪力墙柱构件。

为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：提供一种轻型多层钢-混凝土-钢夹芯组合剪力墙柱构件，包括：钢管混凝土构件及夹心组合墙板构件，所述夹心组合墙板构件的两端面均与所述钢管混凝土构件连接；

所述钢管混凝土构件包括外包钢管、钢-混凝土，所述外包钢管包覆于所述钢-混凝土之外；

所述夹芯组合墙板构件包括：至少三块钢板、可搭接剪力钉及轻质橡胶改性纤维混凝土，所述至少三块钢板平行设置，相邻两块所述钢板相对的侧面各均匀地布设所述可搭接剪力钉，且相邻两块所述钢板之间形成填充空间，所述轻质橡胶改性纤维混凝土填充于所述填充空间内并将所述可搭接剪力钉进行包覆；

还包括钢垫板，所述夹心组合墙板构件的两端面均通过所述钢垫板与所述钢管混凝土构件连接。

所述钢垫板一面与所述夹心组合墙板构件的端面焊接，另一面与所述外包钢管的外表面焊接。

还包括柱形剪力钉，所述可搭接剪力钉及柱形剪力钉间隔均匀地布设于相邻两块所述钢板相对的侧面上。

所述可搭接剪力钉及柱形剪力钉间隔均匀地焊接于相邻两块所述钢板相对的侧面上

焊接在相邻两块所述钢板相对侧面上的所述可搭接剪力钉相互搭接在一起布设；而焊接在相邻两块所述钢板相对侧面上的所述柱形剪力钉呈镜像对称结构布设。

所述可搭接剪力钉为J型剪力钉，所述J型剪力钉竖直部分的一端焊接于所述钢板的侧面上，另一端弯折形成钩子形状。

所述柱形剪力钉一端焊接于所述钢板的侧面上，另一端连接有一体结构的圆台。

与现有技术相比，由于在本实用新型轻型多层钢-混凝土-钢夹芯组合剪力墙柱构件中：

(1)采用的轻质橡胶改性纤维混凝土作为芯层，具有较好的抗冲击性能；

(2)采用的轻质橡胶改性纤维混凝土具有自重轻，强度高(密度1000-1500kg/m3，抗压强度高达60MPa)，隔音、隔热效果优异，具有良好的抗裂性能、耐磨性和变形性能，抗老化、抗渗透和抗冻性能优越，此外高温抗爆裂性能表现好等特点；

(3)将废轮胎制成的橡胶粉添加到混凝土中，可实现废轮胎的无污染化处理和循坏利用，橡胶粉掺入混凝土中有效填充混凝土空隙，约束裂纹的发展，提高混凝土阻尼系数，改善其抗动载性能；

(4)橡胶粉作为弹性体，在混凝土受力过程中吸收应变能消耗外部能量；

(5)钢改性纤维或聚丙烯改性纤维掺入橡胶混凝土，改善其抗压、抗拉强度和抗韧性能；

(6)轻质橡胶改性纤维混凝土与钢板的共同工作性能通过新型混合栓钉(J型剪力钉、柱形剪力钉)，J型剪力钉主要依靠互锁效应连接相邻两块钢板承担横向剪力，柱形剪力钉主要承受纵向剪力，使夹芯组合墙板的组合作用程度高；

(7)使用混合栓钉的夹心组合墙板可施工成弧形结构而不会造成施工困难；

(8)本实用新型轻量化多层夹芯组合墙板构件，如遭遇较大冲击荷载作用下，当夹芯组合墙板一层失效发生破坏后，另一层板仍可以继续承载，并且形成更大冲切锥体，因此具有较高的承载能力；同时容易实现工厂预制或现场浇灌混凝土，制作工艺简便，降低人工从而提高施工效率等特点。

通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。

附图说明

如图1所示为本实用新型轻型多层钢-混凝土-钢夹芯组合剪力墙柱构件一个实施例的示意图。

图2所示为本实用新型夹心组合墙板构件的局部视图。

图3所示为图1的A部分的放大视图。

图4所示为本实用新型轻型多层钢-混凝土-钢夹芯组合剪力墙柱构件的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，如图1、2所示，本实用新型实施例提供的轻型多层钢-混凝土-钢夹芯组合剪力墙柱构件100，包括：钢管混凝土构件50a及夹心组合墙板构件50b，所述夹心组合墙板构件50b的两端面均与所述钢管混凝土构件50a连接；

所述钢管混凝土构件50a包括外包钢管10、钢-混凝土11，所述外包钢管10包覆于所述钢-混凝土11之外；

所述夹芯组合墙板构件50b包括：包括：至少三块钢板1、可搭接剪力钉2及轻质橡胶改性纤维混凝土3，所述至少三块钢板1平行设置，相邻两块所述钢板1相对的侧面各均匀地布设所述可搭接剪力钉2，且相邻两块所述钢板1之间形成填充空间，所述轻质橡胶改性纤维混凝土3填充于所述填充空间内并将所述可搭接剪力钉2进行包覆；

一个实施例中，如图1和4所示，还包括钢垫板20，所述夹心组合墙板构件50b的两端面均通过所述钢垫板20与所述钢管混凝土构件50a连接。

一个实施例中，如图1所示，所述钢垫板20一面与所述夹心组合墙板构件50b的端面焊接，另一面与所述外包钢管10的外表面焊接。

一个实施例中，如图2所示，还包括柱形剪力钉4，所述可搭接剪力钉2及柱形剪力钉4间隔均匀地布设于相邻两块所述钢板1相对的侧面上。所述可搭接剪力钉2及柱形剪力钉4在整体上各成矩阵布设于相邻两块所述钢板1相对的侧面上。

一个实施例中，所述可搭接剪力钉2及柱形剪力钉4间隔均匀地焊接于相邻两块所述钢板1相对的侧面上。

一个实施例中，如图2所示，焊接在相邻两块所述钢板1相对侧面上的所述可搭接剪力钉2相互搭接在一起布设；而焊接在相邻两块所述钢板1相对侧面上的所述柱形剪力钉4呈镜像对称结构布设。

一个实施例中，如图2所示，所述可搭接剪力钉2为J型剪力钉，所述J型剪力钉竖直部分的一端焊接于所述钢板1的侧面上，另一端弯折形成钩子形状。

一个实施例中，如图2所示，所述柱形剪力钉4一端焊接于所述钢板1的侧面上，另一端连接有一体结构的圆台41。

需要说明的是，所述J型剪力钉与柱形剪力钉的作用，所述J型剪力钉主要依靠互锁效应连接相邻两块钢板承担横向剪力，所述柱形剪力钉主要承受纵向剪力，使夹芯组合墙板的组合作用程度高。

如图3所示，图3为如图1的A部分的放大视图。所述夹心组合墙板构件50b通过钢垫板20与所述钢管混凝土构件50a连接，在所述钢板1与所述钢垫板20相连接的边缘部分还设置有角铁连接件40，所述钢垫板20与所述外包钢管10相连接的边缘部分同样设置有角铁连接件40，通过角铁连接件40进行加固焊接，能够提高整个结构的牢固程度，使得整体性更强。

如图4所示的实施例中，本实施例包括：上横梁30a、下横梁30b、左立柱30c、右立柱30d、夹心组合墙板构件50b及钢垫板20。在本实施例中，所述夹心组合墙板构件50b的上端面及下端面分别通过一所述钢垫板20与所述上横梁30a及下横梁30b连接，所述夹心组合墙板构件50b的上端面与一块所述钢垫板20的一面焊接，所述钢垫板20的另一面与所述上横梁30a焊接，所述夹心组合墙板构件50b的下端面与第二块所述钢垫板20的一面焊接，第二块所述钢垫板20的另一面与所述下横梁30b焊接，其中所述上横梁30a及下横梁30b均是外包钢管的横梁。

本实用新型轻型多层钢-混凝土-钢夹芯组合剪力墙柱构件100，使用的轻质橡胶改性纤维混凝土，其成分为水泥，水，减水剂，粉煤灰空心微珠，硅灰和PVA改性纤维，橡胶粉其中按照质量百分比计，水泥：硅灰：漂珠：水＝1:0.1：0.5:0.4；以水泥，漂珠，粉煤灰和水均匀混合后的总体积为基数，PVA改性纤维的掺量为总体积的0.5％，减缩剂为总体积1％，高效减水剂为总体积的1％。

所述夹心组合墙板构件50b制作方法包括如下顺序：

1、混合栓钉(J型剪力钉、柱形剪力钉)焊接在相邻钢板的两相对侧面上，把相邻两块钢板进行组装，将J型剪力钉相互搭接在一起，柱形剪力钉呈镜像对称结构布设，依靠互锁效应连接至少三块钢板以形成钢结构整体；

2、相邻两块钢板之间形成填充空间，在填充空间内浇灌轻质橡胶改性纤维混凝土；

3、经自然养护成型。

以上，待所述夹心组合墙板构件50b制作完成之后，再通过所述钢垫板20与所述钢管混凝土构件50a进行连接。

所述夹心组合墙板构件50b是采用轻质橡胶改性纤维混凝土作为核芯层的多层钢-混凝土-钢夹芯组合墙板构件，成型后具有良好的抗裂性能、抗冲击性能，核芯混凝土，即轻质橡胶改性纤维混凝土受到钢板的约束，处于多向受压状态，避免核芯混凝土发生过度变形。整体自重轻，制作工艺简便，可实现工厂预制、现场装配从而提高建筑生产率。

所述夹心组合墙板构件50b继承了传统钢-混凝土-钢组合墙板的优点，合理利用了轻质混凝土优越的抗压、抗裂、耗能性能和钢板优越的抗拉性能，避免了组合板结构局部冲切破坏而退出工作，使用轻质改性纤维混凝土作为芯材，新型芯材的使用和多层夹芯概念能够主动激发出较大破坏面使构件产生整体变形，发挥整体结构的张拉薄膜效应进行承载及耗能，改变了其破坏机理(从局部冲切破坏转变到整体受弯变形)，大大提升其抗冲击抗爆性能；有利于推广轻质混凝土和钢-混凝土-钢夹芯组合结构作为防护体系在极端荷载作用下的应用。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。