一种钢管混凝土柱组合剪力墙及施工方法与流程

本发明涉及剪力墙技术领域，特别是涉及一种钢管混凝土柱组合剪力墙及施工方法。

背景技术：

传统钢筋混凝土墙由于其较高的横向刚度和强度而被用于高层建筑，但是钢筋混凝土墙在高轴压比下表现出较低的延性和有限的变形能力，传统主要采用两种方法解决钢筋混凝土墙体在高层建筑中的低延性和变形能力：(1)限制轴压比，这在现有抗震设计规范中普遍采用，规范规定高层建筑的设计轴压比应小于0.5，但是采用这种方法会导致墙体的尺寸增加，特别是在高层建筑的较低层，墙体尺寸增加占据了大量的可用建筑面积；(2)改变墙的配置和加固部位，尤其是墙的边界，这可以通过提供间隔紧密的横向钢筋(或箍筋)来实现，通过钢筋及箍筋固定混凝土使混凝土充分发挥承载能力，然而，由于混凝土受压时会形成“拱效应”，导致核心混凝土不能完全发挥其承载能力。

目前，在高层建筑的钢筋混凝土墙体中，高强度混凝土的综合表现比普通强度混凝土更好，因为其可以：(1)通过增加结构的强度、重量比和刚度来减小构件尺寸；(2)降低建筑的含碳量，增强材料的可持续性；(3)实现建筑面积最大利用率。但是到目前为止，由于高强混凝土的脆性，导致其在钢筋混凝土墙体中的应用还很少。尽管通过安装箍筋提供围压可以提高延性，但其有效性随着混凝土强度的增加而降低。因此，当混凝土强度≥80mpa时，为恢复可用于实际墙体施工的延性水平，所需箍筋的含量将增大，无法保证混凝土的浇筑质量。因此，在传统的钢筋混凝土墙体中使用高强混凝土并不合适。并且传统的钢筋混凝土墙体，当墙体箍筋屈服后，对混凝土核心的约束作用将显著降低，导致混凝土严重剥落，传统混凝土墙体不能承受作用在墙体顶部的较大轴向载荷。如何提高高强混凝土在高层建筑墙体中的使用，即在实际墙体施工中混凝土强度超过80mpa，如何改善墙体的抗震、承压及变形能力等力学性能，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种钢管混凝土柱组合剪力墙及施工方法，能够改善墙体的抗震、承压及变形能力等力学性能，提高高强混凝土在高层建筑墙体中的使用。

根据本发明的第一方面实施例，提供一种钢管混凝土柱组合剪力墙，包括剪力墙本体、顶部钢筋混凝土梁和基础钢筋混凝土梁，所述顶部钢筋混凝土梁和基础钢筋混凝土梁分别设于所述剪力墙本体的上部和下部，所述剪力墙本体内设有若干纵筋和若干分散的第一箍筋，所述第一箍筋的外围设有第二箍筋，所述第二箍筋连接各所述第一箍筋，所述剪力墙本体内的两侧边界处设有若干钢管混凝土柱，所述钢管混凝土柱内部填充有混凝土。

根据本发明第一方面实施例所述的钢管混凝土柱组合剪力墙，所述钢管混凝土柱的上端和下端分别插入所述顶部钢筋混凝土梁和基础钢筋混凝土梁内，所述钢管混凝土柱的上端与所述顶部钢筋混凝土梁接触的部分、以及下端与所述基础钢筋混凝土梁接触的部分均设有套箍。

根据本发明第一方面实施例所述的钢管混凝土柱组合剪力墙，所述钢管混凝土柱采用双层管，所述双层管包括外管和内管，所述外管和内管均为钢管，所述外管的外周设有纤维增强复合材料包裹层，所述外管和内管之间填充混凝土。

根据本发明第一方面实施例所述的钢管混凝土柱组合剪力墙，所述钢管混凝土柱的截面形状为圆形、椭圆形、长方形或正方形。

根据本发明第一方面实施例所述的钢管混凝土柱组合剪力墙，所述剪力墙本体内的每侧边界设有两根并列的所述钢管混凝土柱，两所述钢管混凝土柱之间具有间距。

根据本发明第一方面实施例所述的钢管混凝土柱组合剪力墙，所述钢管混凝土柱内部填充的混凝土为机制砂混凝土、钢渣砂、钢渣石混凝土或膨胀混凝土。

根据本发明第一方面实施例所述的钢管混凝土柱组合剪力墙，所述机制砂混凝土由机制砂按比例替代混凝土中的天然砂制成，所述钢渣砂、钢渣石混凝土由钢渣砂和钢渣石分别替代混凝土中的小石子和大石子制成。

根据本发明第一方面实施例所述的钢管混凝土柱组合剪力墙，所述机制砂混凝土由机制砂按50％的比例替代混凝土中的天然砂制成。

根据本发明第一方面实施例所述的钢管混凝土柱组合剪力墙，所述第一箍筋和第二箍筋均由普通单肢箍构成。

有益效果：此钢管混凝土柱组合剪力墙，剪力墙本体内两侧边界处的钢管混凝土柱能够有效地约束剪力墙本体腹板内的混凝土，并在剪力墙本体腹板和边界之间提供更好的连接，以钢管混凝土柱为边界元素的组合墙体与传统钢筋混凝土墙体相比，具有优异的抗震、承压及变形能力等力学性能，适用于高层建筑墙体中，能够提高高强混凝土在高层建筑墙体中的使用，并且剪力墙本体内通过第二箍筋将分散的第一箍筋连接形成一个整体，使剪力墙本体具有更大的抵抗斜裂缝发展及承受荷载的能力。

根据本发明的第二方面实施例，提供一种钢管混凝土柱组合剪力墙的施工方法，制作上述的的钢管混凝土柱组合剪力墙，还包括以下施工步骤：

s1.绑扎固定基础钢筋混凝土梁的纵筋和箍筋，并预留钢管混凝土柱所需的插入空间；

s2.确定基础钢筋混凝土梁的高度，固定钢管混凝土柱的钢管，钢管底部与基础钢筋混凝土梁高度一致的范围内布置套箍；

s3.绑扎固定剪力墙本体的纵筋、第一箍筋和第二箍筋，其中第二箍筋将所有第一箍筋和纵筋进行绑扎形成整体；

s4.确定顶部钢筋混凝土梁的高度，绑扎固定顶部钢筋混凝土梁的纵筋和箍筋，钢管上部与顶部钢筋混凝土梁高度一致的范围内布置套箍；

s5.固定模板，确定基础钢筋混凝土梁、剪力墙本体、顶部钢筋混凝土梁和钢管内填充混凝土区域的混凝土强度，对于不同强度混凝土进行分区域浇筑。

有益效果：通过上述施工步骤实现钢管混凝土柱组合剪力墙的制作，以钢管混凝土柱为边界元素的组合墙体与传统钢筋混凝土墙体相比，具有优异的抗震、承压及变形能力等力学性能，适用于高层建筑墙体中，能够提高高强混凝土在高层建筑墙体中的使用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例钢管混凝土柱组合剪力墙的正视图；

图2是本发明实施例钢管混凝土柱组合剪力墙的侧面剖视图；

图3是本发明实施例剪力墙本体的俯视剖视图；

图4是本发明实施例钢管混凝土柱采用双层管且截面为圆形的结构示意图；

图5是本发明实施例钢管混凝土柱采用双层管且截面为正方形的结构示意图；

图6是本发明实施例钢管混凝土柱采用单层管且设置纤维增强复合材料包裹层的结构示意图；

图7是本发明实施例钢管混凝土柱采用单层管且截面为圆形的结构示意图；

图8是本发明实施例钢管混凝土柱采用单层管且截面为椭圆形的结构示意图；

图9是本发明实施例钢管混凝土柱采用单层管且截面为长方形的结构示意图；

图10是本发明实施例钢管混凝土柱采用单层管且截面为正方形的结构示意图；

附图标记：剪力墙本体10、顶部钢筋混凝土梁20、基础钢筋混凝土梁30、第一箍筋40、第二箍筋50、钢管混凝土柱60、外管61、内管62、纤维增强复合材料包裹层63。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1～图3，本发明实施例提供一种钢管混凝土柱组合剪力墙，包括剪力墙本体10、顶部钢筋混凝土梁20和基础钢筋混凝土梁30，顶部钢筋混凝土梁20和基础钢筋混凝土梁30分别设于剪力墙本体10的上部和下部，剪力墙本体10内设有若干纵筋和若干分散的第一箍筋40，第一箍筋40的外围设有第二箍筋50，第二箍筋50连接各第一箍筋40，剪力墙本体10内的两侧边界处设有若干钢管混凝土柱60，钢管混凝土柱60内部填充有混凝土。

本实施例的钢管混凝土柱组合剪力墙，剪力墙本体10内两侧边界处的钢管混凝土柱60能够有效地约束剪力墙本体10腹板内的混凝土，并在剪力墙本体10腹板和边界之间提供更好的连接。另外，钢管混凝土柱60具有竖向承载力大、变形能力强的特性，将其布置于边界处可抵抗剪力墙本体10边界处的侧向荷载作用，且由于钢管混凝土柱60的布置使墙体边界形成了加固区。并且由于钢管混凝土柱60的存在使得剪力墙本体10与顶部钢筋混凝土梁20、基础钢筋混凝土梁30之间连接区域的开裂裂缝变小，且由于钢管混凝土柱60的存在使得剪力墙的延性增大，变形能力加强。

因此，以钢管混凝土柱60为边界元素的组合墙体与传统钢筋混凝土墙体相比，具有优异的抗震、承压及变形能力等力学性能，适用于高层建筑墙体中，能够提高高强混凝土在高层建筑墙体中的使用。

分散的第一箍筋40容易导致墙体形成局部分块裂缝，使墙体分散受力，降低剪力墙本体10的力学性能，在本实施例中，在外围通过第二箍筋50将内部分散的第一箍筋40连接形成一个整体，防止墙体出现不同程度小局部破坏，使剪力墙本体10具有更大的抵抗斜裂缝发展及承受荷载的能力。具体地，第一箍筋40和第二箍筋50均由普通单肢箍构成。

具体地，剪力墙本体10内的每侧边界设有两根并列的钢管混凝土柱60，两钢管混凝土柱60之间具有间距，间距内填充混凝土，使两钢管混凝土柱60之间连接完整，同时能各自发挥作用。

在本实施例中，钢管混凝土柱60的上端和下端分别插入顶部钢筋混凝土梁20和基础钢筋混凝土梁30内，钢管混凝土柱60的上端与顶部钢筋混凝土梁20接触的部分、以及下端与基础钢筋混凝土梁30接触的部分均设有套箍。通过套箍对钢管混凝土柱60与两端梁接触部位进行了约束，提高钢管混凝土柱60与两端梁的连接强度，并且能够更大程度地防止钢管混凝土柱60发生端部屈曲破坏，改变钢管混凝土柱60的破坏形态，增大钢管混凝土柱60及剪力墙本体10的承载能力。

顶部钢筋混凝土梁20和基础钢筋混凝土梁30均由纵筋、箍筋及不同强度等级混凝土浇筑而成。

参照图4～图10，钢管混凝土柱60的截面形状可以为圆形、椭圆形、长方形或正方形等形状。

在其中的一些实施例中，钢管混凝土柱60采用双层管，参照图4和图5，双层管包括外管61和内管62，外管61和内管62均为钢管，其中外管61的外周设有纤维增强复合材料(简称frp)包裹层63，外管61和内管62之间填充混凝土。采用双层管，且外管外周设置纤维增强复合材料包裹层63，能够提高钢管混凝土柱60的结构强度。可以理解的是，钢管混凝土柱60还可以采用单层管，参照图6～图10，单层管的外周同样可设置纤维增强复合材料包裹层63，参照图6。具体地，纤维增强复合材料包裹层63采用frp布或者frp管。

以单层钢管混凝土柱、双层钢管混凝土柱和钢管混凝土-frp约束混凝土柱等为边界元素的组合墙体，三者的组合具有优异的抗震性能、更大的延性及承载能力。

在本实施例中，钢管混凝土柱60内部填充的混凝土为机制砂混凝土、钢渣砂、钢渣石混凝土或膨胀混凝土。其中，机制砂混凝土由机制砂按比例替代混凝土中的天然砂制成，根据试验所得最佳比例为50％；钢渣砂、钢渣石混凝土由钢渣砂和钢渣石分别替代混凝土中的小石子和大石子制成；膨胀混凝土可提升内部混凝土与钢管之间的粘结力。上述三种混凝土材料与钢管结合具有绿色环保、耗能小及承载能力大的特点，在保证了构建承载力、变形能力的同时，达到绿色环保建筑的标准。

本发明实施例还提供一种钢管混凝土柱组合剪力墙的施工方法，制作上述的钢管混凝土柱组合剪力墙，包括以下施工步骤：

s1.绑扎固定基础钢筋混凝土梁30的纵筋和箍筋，并预留边界处钢管混凝土柱60所需的插入空间；

s2.确定基础钢筋混凝土梁30的高度，固定钢管混凝土柱60的钢管，钢管底部与基础钢筋混凝土梁30高度一致的范围内均匀布置套箍；

s3.绑扎固定剪力墙本体10的纵筋、第一箍筋40和第二箍筋50，其中第二箍筋50将所有第一箍筋40和纵筋进行绑扎形成整体；

s4.确定顶部钢筋混凝土梁20的高度，绑扎固定顶部钢筋混凝土梁20的纵筋和箍筋，钢管上部与顶部钢筋混凝土梁20高度一致的范围内布置套箍；

s5.固定模板，确定基础钢筋混凝土梁30、剪力墙本体10、顶部钢筋混凝土梁20和钢管内填充混凝土区域的混凝土强度，对于不同强度混凝土进行分区域浇筑。

根据需要可调整钢管混凝土柱60内部混凝土的类型，可以在机制砂混凝土、钢渣砂、钢渣石混凝土、膨胀混凝土中进行选择，并可改变钢管混凝土柱60之间的间距及钢管混凝土柱60的截面形状，以应对不同工程项目对墙体承载力、破坏形态的要求。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。