内藏型钢的装配式双面叠合剪力墙
阅读说明：本技术 内藏型钢的装配式双面叠合剪力墙 (Built-in profile steel assembled double-side superposed shear wall ) 是由 粟俊富 吴边 张良 施维 张凤亮 董浩 敖凌宇 刘芝伟 蒙祖泉 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种内藏型钢的装配式双面叠合剪力墙,包括两块叶板,两块叶板通过型钢连接,型钢的横截面呈H形,H形的四个端点和叶板中的钢筋连接,型钢纵向布置在叶板中并从叶板的上下两端露出。本发明创新性地提出了以钢管混凝土为核心的钢-混凝土组合结构作为约束剪力墙的边缘构件,该新型结构抗侧力体系,克服了传统钢筋混凝土剪力墙边缘构件无法装配式施工的技术缺陷。创新性地发明了一种制作、安装简便,受力合理的竖向接缝构造形式；预制的构件定位完成后,只需要非常少量现场后浇混凝土,即可完成构件的安装。(The invention discloses an assembled double-sided superposed shear wall with built-in profile steel, which comprises two leaf plates, wherein the two leaf plates are connected through the profile steel, the cross section of the profile steel is H-shaped, four end points of the H-shaped profile steel are connected with steel bars in the leaf plates, and the profile steel is longitudinally arranged in the leaf plates and is exposed from the upper end and the lower end of the leaf plates. The invention innovatively provides a steel-concrete combined structure taking concrete filled steel tubes as a core as an edge member of a constraint shear wall, and the novel structural lateral force resisting system overcomes the technical defect that the edge member of the traditional reinforced concrete shear wall cannot be constructed in an assembly mode. The invention innovatively provides a vertical joint structure form which is simple and convenient to manufacture and install and reasonable in stress; after the prefabricated components are positioned, only a small amount of on-site post-cast concrete is needed, and the components can be installed.)
技术领域
本发明涉及一种叠合剪力墙的结构。
背景技术
本发明的研发着眼于在我国建筑市场中一直占有重要地位的剪力墙结构体系，当前装配整体式剪力墙结构的主要技术体系又可分为套筒灌浆连接体系，浆锚搭接连接体系，叠合剪力墙结构体系等。套筒灌浆连接体系，浆锚搭接连接体系虽然源于不同的竖向钢筋连接技术路线，但均要求现场装配安装过程中钢筋的精确定位和灌浆操作工艺，对安装定位的精度要求很高，同时灌浆操作属于隐蔽工程，当前缺乏有效的现场质量验收手段，存在结构安全隐患和风险。由于上述技术缺陷，导致了上述两类技术体系在高烈度区，高层剪力墙结构中应用非常少。
叠合剪力墙结构体系在以德国为代表的欧美发达国家中的装配式建筑领域有着广泛的应用，具备完整的标准、研发、设计、生产、装配安装、维护检测等全过程产业链。叠合剪力墙体系引进到我国后，经过近几年的快速发展，已经形成完整的产业链，并在上海、浙江等全国多个地区的装配式住宅工程中应用。该体系主要采用现场后浇带实现剪力墙竖向钢筋的连接，目前来看具有广泛的推广应用前景。本发明遵循了在我国发展装配整体式建筑已有的业界共识，即“等同现浇”的理念，着眼于开发符合我国国情的装配式住宅结构体系，基于此，对叠合剪力墙结构技术体系加以改进。
采用传统的叠合剪力墙，由于墙体竖向钢筋需要承担墙体内部拉应力和切应力的传递，需要在水平接缝处有效连接，受限于后浇工作面，目前只能采用插筋的方法间接传递钢筋应力，传力效果较直接连接差，同时增加了额外的用钢量。受限于生产工艺流程，当前所有叠合剪力墙均需设置格构式钢筋桁架，然而上述钢筋桁架由于无法在装配施工过程中有效连接，无法发挥其受力作用，造成了较大的钢筋浪费，无形中增加了用钢量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对叠合剪力墙相互连接是存在的上述问题，提供了一种内藏型钢的叠合剪力墙以满足上下两层剪力墙的连接要求，另外还设计了剪力墙两侧的约束结构。
本发明的技术方案：
一种内藏型钢的装配式双面叠合剪力墙，包括两块叶板，两块叶板通过型钢连接，型钢的横截面呈H形，H形的四个端点和叶板中的钢筋连接，型钢纵向布置在叶板中并从叶板的上下两端露出。
H形型钢的两侧各安装有一排栓钉。
型钢与叶板中横向钢筋的四个接触点处有定位角钢。
叶板的骨架由横向钢筋和纵向钢筋组成网格结构，在横向每隔两个网格布置一个型钢，每个型钢与横向钢筋的四个接触点位于每个网格的纵向中线上，纵向钢筋不伸出叶板。
上下两块剪力墙对接时通过型钢连接固定。上下两个型钢之间采用焊接、螺栓连接或法兰连接。
一种叠合剪力墙安装结构，包括叠合剪力墙，叠合剪力墙端部伸入方钢管立柱一个侧面及两片护板构成的安装槽中，沿着方钢管侧面布置一排栓钉，叠合剪力墙的两块叶板端部有横向伸出的钢筋，方钢管中填充混凝土，两片护板及叠合剪力墙之间填充混凝土。
方钢管的四个侧面均可根据需要安装两片护板，用于固定一块、两块、三块或四块叠合剪力墙。
方钢管的侧面先焊接一个U型钢在该侧构成一个矩形隔间后再焊接两个护板及中间的栓钉。
所述横向伸出钢筋的端部有机械锚固接头。
预制剪力墙的骨架结构及方钢管焊接结构，首先将剪力墙的骨架放置在一个叶板模板中进行混凝土浇筑，凝固后在另一块模板中浇筑混凝土后将成型部分倒置插入模板后固定待混凝土成型得到叠合剪力墙；将成型的剪力墙运至现场安装就位后，安装剪力墙两侧的方钢管，安装完毕后用密封材料封住叶板与护板之间的间隙，向方钢管和剪力墙中灌注混凝土。
本发明的有益效果是：发明创新性地提出了在双面叠合墙板内部设置型钢构件，在构件生产过程中取代了格构式钢筋桁架，同时型钢构件通过现场水平接缝实现上下层的连接，替代竖向钢筋，起到传递墙体应力的作用。
本发明创新性地提出了以钢管混凝土为核心的钢-混凝土组合结构作为约束剪力墙的边缘构件，该新型结构抗侧力体系，克服了传统钢筋混凝土剪力墙边缘构件无法装配式施工的技术缺陷。创新性地发明了一种制作、安装简便，受力合理的竖向接缝构造形式；预制的构件定位完成后，只需要非常少量现场后浇混凝土，即可完成构件的安装。
装配整体式内藏型钢双面叠合剪力墙进一步发展了叠合剪力墙结构体系。型钢构件引入后，形成了装配整体式内藏型钢双面叠合剪力墙这种新型的结构抗侧力体系。由于竖向受力钢筋变成了竖向分布钢筋减少了竖向钢筋配筋率，同时取消了格构式钢筋桁架，虽然引入了型钢构件，总体用钢量增加并不大。
大量研究和工程实践表明合理设计的钢-混凝土组合结构构件，其整体工作性能明显优于各自性能的简单叠加。本发明体系较传统的叠合剪力墙，在不明显增大用钢量的情况下，可以大幅提高剪力墙的压弯力学性能和弹塑性变形性能，具有更加优秀的抗震性能，能进一步扩大叠合剪力墙结构体系的适用范围，对该技术体系在高地震烈度区和高层，超高层建筑中的推广应用具有很大的价值。
附图说明
图1为本发明剪力墙的整体结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是型钢的横截面示意图。
图4是图3的侧视图。
图5是剪力墙横向两端约束结构示意图。.
图6是单腔钢管约束构件爆炸图。
图7是多腔钢管约束构件爆炸图。
图8是双面叠合剪力墙板主要流水作业环节图。
具体实施方式
如图1-2，双面叠合剪力墙的两块叶板3通过型钢2连接，型钢2的横截面呈H形，H形的四个端点和叶板中的横向钢筋31连接，型钢2纵向布置在叶板中并从叶板3的上下两端露出。H形型钢的两侧各安装有一排抗剪栓钉21。根据设计需求可以把型钢2设置为H型钢，C型钢，角钢，钢管等不同类型。两片叶板的骨架是由横向钢筋31和纵向钢筋21组成的网格，在横向每隔两个网格布置一个型钢，每个型钢与横向钢筋的四个接触点位于每个网格的纵向中线上；其中横向钢筋31伸出叶板外，根据设计需求通过直接锚固或机械锚固等方式与其它结构构件连接。纵向钢筋21可根据最小配筋率设置，并不伸出墙体，不进行水平接缝处的连接。型钢2根据设计要求伸出墙体，在水平接缝处可以通过焊接，螺栓连接或法兰连接等多种方式实现上下层的有效连接。
如图3和图4，型钢2与叶板3中横向钢筋31的四个接触点处有焊接有定位角钢22，图中23是焊缝。
该剪力墙的制作过程是：首先制作剪力墙的骨架结构及方钢管焊接结构，然后浇筑两块叶板的混凝土，将成型的剪力墙运至现场安装就位后，安装剪力墙两侧的方钢管，安装完毕后向方钢管和剪力墙中灌注混凝土。灌注混凝土前用密封材料封住叶板与护板之间的间隙。制作剪力墙时首先将剪力墙的骨架放置在一个叶板模板中进行混凝土浇筑，凝固后在另一块模板中浇筑混凝土后将成型部分倒置插入模板后固定待混凝土成型。双面叠合剪力墙板采用大平台钢模自动化流水线生产，生产过程如图8所示：自动清扫机清理台模-机械支模手自动放线自动支模-固定预埋件（例如线盒、套管等）-喷涂脱模剂-人工绑扎钢筋网及格构钢筋-混凝土布料机浇筑-平台振捣-蒸汽养护室养护-叶板A一次养护完成-叶板A模台翻转，叶板B定位完成-混凝土布料机浇筑叶板B，平台振捣-完成二次养护后脱模-成本出场。
现场装配式施工分为三个步骤：1）墙体部分现场吊装就位，底部型钢通过现场焊接或其他连接方式与下部相应型钢构件连接。
2）水平接缝处绑扎相应构造钢筋，采用铝模板或其他模板完成支模。
3）根据设计要求，空腔部位现场浇筑普通混凝土，微膨胀混凝土或自密实混凝土。
如图5叠合剪力墙的两侧采用方钢管1作为约束构件，在方钢管1的一个侧面焊接两块平行的钢板作为护板11，方钢管1的侧面及两个护板11构成一个安装槽，两个护板11之间沿着方钢管1侧面焊接一排栓钉4，叠合剪力墙的两端插入安装槽中，为了适应新型钢管混凝土剪力墙约束边缘构件，基于双面叠合剪力墙板构造方式，缩短了其水平墙身分布钢筋伸出叶板外长度（不小于0.6倍钢筋最小锚固长度），并在其端部设置机械锚固接头，叠合剪力墙的两端有伸出的横向钢筋31，横向钢筋31端部有机械锚固接头5，本实施里中是在端部焊接一小段钢筋作为锚固接头。拼接完成后向方钢管1、两块护板11之间及叠合剪力墙中浇筑混凝土。
方钢管1可设计为单腔约束或多腔约束构件，单腔约束构件就直接在方钢管1的侧面上焊接护板11和栓钉4，多腔约束构件是在方钢管的侧面先焊接一个U型钢12构成第二个方形腔体再在第二个方形腔体的外侧焊接焊接护板11和栓钉4，具体结构如图6和图7。
根据现场的需要，可以设计为一字型墙约束边缘构件、L型墙单腔钢管混凝土约束边缘构件、L型墙多腔钢管混凝土约束边缘构件、T型墙单腔钢管混凝土约束边缘构件、T型墙多腔钢管混凝土约束边缘构件、十字型墙单腔钢管混凝土约束边缘构件和十字型墙多腔钢管混凝土约束边缘构件等结构。
首先根据设计要求将方钢管1，U型钢12，护板11及栓钉4等部件通过焊接形成整体，
本发明可实现现场全装配式施工，相较于当前普遍采用的剪力墙现浇方式施工，可大幅度提高现场施工效率，降低现场施工安全风险。该种新型装配式剪力墙具有以下几方面优点：
（1）技术先进，性能优异
从装配式结构进一步发展的角度来看，会更多地采用高强、高性能混凝土和钢筋，走预制混凝土构件与钢构件相结合的道路，本发明走的正是钢结构和混凝土结构相互结合的道路，充分发挥各自优点，具有技术先进性。
已有的大量研究表明，钢-混凝土组合结构的整体结构性能明显优于各自性能的简单叠加，目前大量采用的型钢混凝土结构，钢管混凝土结构就是很好的证明。本发明作为一种钢-混凝土组合结构，能够充分发挥钢结构和混凝土结构各自优势，基于已有研究成果，可以判定其结构性能优于传统的现浇钢筋混凝土剪力墙，不仅可以达到“等同现浇”的目标，甚至具备比现浇剪力墙更好的抗震性能，可用于超高层装配式住宅，高地震烈度区建造装配式住宅。
（2）装配式施工便捷
本发明可以大幅度提高剪力墙结构的施工建造效率和施工质量（基本避免了现场模板的使用，大幅减少了现浇混凝土总量），减少施工人员数量，降低施工人员劳动强度，具有构造简单，施工简便的特点。
（3）综合成本低
相较于装配式钢结构抗侧力体系，本发明的用钢量明显较少，克服了单纯钢结构为避免整体和局部失稳而未能充分发挥钢材性能，钢结构耐久性和耐火性差等固有缺点。相较于传统的装配式混凝土剪力墙，能够有效避免灌浆套筒连接，浆锚连接具有的施工难度大，目前暂无有效质量检测手段等缺点，而用钢量增加很少；考虑到灌浆料，套筒和施工、检测等费用，其综合成本和质量风险更低。
综上所述，本发明结合钢结构和混凝土结构各自优点的同时也尽量克服了各自缺点，更加符合现阶段我国国情。其在当前装配式建筑领域，特别是在高层和超高层住宅领域，具有很高的推广价值和广阔的应用前景。
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