專利名稱：底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒及作法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒及作法，是一種應(yīng)用于高層建筑的組合筒體，屬于建筑工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，高層建筑大量興建。在高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇中，一般都要考慮提高結(jié)構(gòu)的抗震耗能能力、減輕風(fēng)致擺動、縮短施工周期、減低造價等因素。由剪力墻組成的筒體是高層建筑抗震的核心部分，由于高層建筑需要有較大的側(cè)向剛度，因此設(shè)計中，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計是關(guān)鍵，筒體作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件之一，它在地震作用下的工作性能對整個結(jié)構(gòu)的安全性能有著至關(guān)重要的作用。高層建筑底部構(gòu)件通常要承受較大的水平荷載和豎向荷載，因此現(xiàn)代高層建筑的發(fā)展對筒體的性能提出了更高的要求。由于追求個性化的大型復(fù)雜高層建筑的日益增多，我們對筒體結(jié)構(gòu)抗震性能的要求也越來越高?，F(xiàn)有的普通鋼筋混凝土筒體結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞多發(fā)生在筒體的根部，這對整個結(jié)構(gòu)的抗震性能十分不利。鋼板混凝土組合筒體將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)組合起來，能夠彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，更好地發(fā)揮它們的優(yōu)勢，使結(jié)構(gòu)擁有較大的承載力和剛度，具有更好的延性和耗能能力。由于高層建筑一般都需要有較大的抗側(cè)剛度，因此筒體結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須要考慮抗側(cè)力的設(shè)計，同時也應(yīng)滿足抗震設(shè)防的要求。底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒及作法是一種經(jīng)濟(jì)有效的新型抗側(cè)力體系，既滿足了抗側(cè)剛度的要求，又滿足了延性性能的要求。目前，在筒體結(jié)構(gòu)的研究領(lǐng)域中，多集中在對普通鋼筋混凝土筒體的研究，而對內(nèi)藏鋼板核心筒的研究成果相對較少，對其抗震性能以及構(gòu)造措施的研究還不夠深入，對其內(nèi)部材料抗震耗能能力沒有進(jìn)行深入的挖掘。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是充分發(fā)揮內(nèi)藏鋼板核心筒的抗震性能，提高其延性和抗震耗能能力。本發(fā)明為了解決這一問題，提出了一種底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒及作法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒，其特征在于所述核心筒由四周的鋼管混凝土邊框柱和鋼板混凝土剪力墻圍合構(gòu)成；所述鋼板混凝土剪力墻中設(shè)置有剪力墻鋼板，在剪力墻鋼板的兩側(cè)的鋼板混凝土剪力墻中設(shè)置有由橫向分布鋼筋和縱向分布鋼筋組成的鋼筋網(wǎng)，在鋼筋網(wǎng)之間用拉接鋼筋相互拉接；鋼管混凝土邊框柱設(shè)置于鋼板混凝土剪力墻兩端，即四周鋼板混凝土剪力墻相交處；所述鋼管混凝土邊框柱由內(nèi)管及其內(nèi)填充的混凝土構(gòu)成；內(nèi)管的底部外側(cè)疊合設(shè)置有軟鋼套管，軟鋼套管伸進(jìn)下部的地面或基礎(chǔ)頂面并與其錨固；內(nèi)管與軟鋼套管之間內(nèi)嵌有高韌性復(fù)合材料。
所述鋼管混凝土邊框柱為矩形、圓形或乒乓球拍形截面。所述鋼管混凝土邊框柱的軟鋼套管高出地面或者基礎(chǔ)頂面的高度為1. 0h，其中，h 為矩形邊框柱長邊尺寸或者圓形邊框柱的直徑。也就是加強(qiáng)了鋼板混凝土組合剪力墻的邊框柱塑性鉸域，使邊框柱具有更好的延性性能，延緩或避免剪力墻邊框柱底部的破壞，提高其抗震承載能力和耗能能力。所述剪力墻鋼板為單層或雙層。所述剪力墻鋼板上設(shè)置有用于拉接鋼筋穿過的孔。所述軟鋼套管的厚度不小于鋼管混凝土邊框柱的內(nèi)管的厚度。所述高韌性復(fù)合材料包括聚合物改性水泥混凝土、橡膠細(xì)集料水泥混凝土、普通纖維混凝土和高韌性水泥基纖維混凝土。所述高韌性復(fù)合材料的厚度不小于軟鋼套管的厚度，且不小于20mm。在軟鋼套管和內(nèi)管相對應(yīng)疊加的位置雙向開設(shè)有螺栓孔，軟鋼套管和內(nèi)管通過螺栓相互連接，軟鋼套管上開孔的直徑稍大于螺栓的直徑，螺栓的直徑不小于軟鋼套管和內(nèi)管的厚度，螺栓孔的數(shù)量不少于兩排，每排螺栓孔的水平和豎向間距均不大于200mm。以保證軟鋼套管以及內(nèi)管和嵌入的高韌性復(fù)合材料接觸緊密，使螺栓能夠順利穿過內(nèi)管和軟鋼套管且減小對同一水平截面的削弱。上述底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒的作法，其制作順序如下1)按照要求制作軟鋼套管、剪力墻鋼板和鋼管混凝土邊框柱的內(nèi)管，在剪力墻鋼板上預(yù)留箍筋穿孔以及拉接鋼筋穿孔，在軟鋼套管和內(nèi)管底部相對應(yīng)疊加的位置預(yù)留螺栓孔；2)焊接內(nèi)管以使其形成鋼管混凝土邊框柱的鋼骨架，將制作好的軟鋼套管疊加在相應(yīng)的內(nèi)管底部外側(cè)，并用螺栓相互連接；3)將剪力墻鋼板和內(nèi)管焊接在一起，形成封閉筒體結(jié)構(gòu)；4)綁扎剪力墻鋼板兩側(cè)的橫向分布鋼筋和縱向分布鋼筋，之后綁扎拉接鋼筋，形成鋼筋網(wǎng)；5)在鋼管混凝土邊框柱中的軟鋼套管和內(nèi)管之間嵌入高韌性復(fù)合材料；6)在鋼筋網(wǎng)外側(cè)預(yù)留一定的保護(hù)層厚度，支模板；7)在模板內(nèi)灌注混凝土，成型后即為底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒。本發(fā)明的底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒及作法，在核心筒澆筑混凝土以后，對于鋼管混凝土邊框柱而言，軟鋼套管與內(nèi)藏鋼管混凝土柱的鋼管的連接部位的剛度相對于混凝土的剛度較弱，形成了內(nèi)剛外柔的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于在地震作用下的耗能能力，能夠充分發(fā)揮外部軟鋼套管和內(nèi)部鋼板的耗能能力，使其在地震作用下表現(xiàn)出更優(yōu)異的抗震性能，進(jìn)而提高整個核心筒的抗震性能。有益效果核心筒內(nèi)部高強(qiáng)度鋼板可以承受較大的荷載作用，節(jié)約鋼材，但在罕遇地震作用下，反復(fù)大變形容易使其斷裂破壞。在低周反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)研究表明，雙鋼板混凝土組合筒體的破壞，主要在于根部鋼板的屈服、屈曲和斷裂破壞以及混凝土的破壞。與普通鋼筋混凝土核心筒相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
在多遇地震作用下，雙鋼板混凝土組合筒體受力較小，此時底部約束軟鋼耗能鋼板和內(nèi)部鋼板在焊縫作用下摩擦耗能；此時焊縫不僅提高了其摩擦耗能能力，而且使約束軟鋼耗能鋼板和內(nèi)部鋼板連為一體，其整體工作性能好，剛度大，強(qiáng)度也大；在罕遇地震作用下，焊縫受剪損傷嚴(yán)重，其聯(lián)系作用減弱，共同工作性能退化，它們開始各自充分發(fā)揮其延性和耗能作用，結(jié)構(gòu)總體剛度減小，自振周期變長，地震作用減小，在內(nèi)藏鋼板核心筒的鋼管混凝土邊框柱底部增加約束軟鋼耗能鋼板后，相當(dāng)于增加了一道抗震防線，提高了結(jié)構(gòu)的安全性。在內(nèi)藏鋼板核心筒的鋼管混凝土邊框柱內(nèi)的鋼管根部塑性鉸域外側(cè)加設(shè)軟鋼套管后，外側(cè)軟鋼套管首先屈服，消耗地震輸入結(jié)構(gòu)的能量，直至破壞都可以發(fā)揮其抗力和延性作用，起到了防止和延緩高強(qiáng)度鋼板的過早損傷和破壞的作用。本發(fā)明的承載能力有較大的提高，具有良好的后期抗震性能，提高了內(nèi)藏鋼板核心筒的抗震耗能能力，也就提高了結(jié)構(gòu)的整體抗震能力，當(dāng)建筑物遭遇強(qiáng)烈地震時，可減輕其震害，防止其發(fā)生倒塌破壞。


圖1是底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒的邊框柱為矩形鋼管混凝土?xí)r的平面示意圖；圖2是底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒的邊框柱為圓形鋼管混凝土?xí)r的平面示意圖；圖3是圖1中的A-A剖面圖；圖4是圖1中的B-B剖面圖；圖5是圖1邊框柱的細(xì)部示意圖；圖6是圖2邊框柱的細(xì)部示意圖；其中1-內(nèi)管，2-軟鋼套管，3-剪力墻鋼板，4-橫向分布鋼筋，5-縱向分布鋼筋， 6-拉接鋼筋，7-高韌性復(fù)合材料，8-螺栓，9-地面或者基礎(chǔ)頂面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明實(shí)施例1底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒，如圖1、圖3、圖4和圖5所示， 核心筒的邊框柱為矩形截面內(nèi)嵌高韌性復(fù)合材料鋼管混凝土柱。由四周的鋼管混凝土邊框柱和鋼板混凝土剪力墻圍合構(gòu)成；鋼板混凝土剪力墻中設(shè)置有剪力墻鋼板3，在剪力墻鋼板3的兩側(cè)的鋼板混凝土剪力墻中設(shè)置有由橫向分布鋼筋4和縱向分布鋼筋5組成的鋼筋網(wǎng)，在鋼筋網(wǎng)之間用拉接鋼筋6相互拉接；鋼管混凝土邊框柱設(shè)置于鋼板混凝土剪力墻兩端，即四周鋼板混凝土剪力墻相交處；鋼管混凝土邊框柱由內(nèi)管1及其內(nèi)填充的混凝土構(gòu)成；內(nèi)管1的底部外側(cè)疊合設(shè)置有軟鋼套管2，軟鋼套管2伸進(jìn)下部的地面或基礎(chǔ)頂面9并與其錨固；內(nèi)管1與軟鋼套管2之間內(nèi)嵌有高韌性復(fù)合材料7。鋼管混凝土邊框柱的軟鋼套管2高出地面或者基礎(chǔ)頂面9的高度為1. 0h，其中，h為矩形邊框柱長邊尺寸。剪力墻鋼板3為雙層。剪力墻鋼板3上設(shè)置有用于拉接鋼筋6穿過的孔。軟鋼套管2的厚度不小于鋼管混凝土邊框柱的內(nèi)管1的厚度。高韌性復(fù)合材料7包括聚合物改性水泥混凝土、橡膠細(xì)集料水泥混凝土、普通纖維混凝土和高韌性水泥基纖維混凝土。高韌性復(fù)合材料7的厚度不小于軟鋼套管2的厚度，且不小于20mm。在軟鋼套管2和內(nèi)管1相對應(yīng)疊加的位置雙向開設(shè)有螺栓孔，軟鋼套管2和內(nèi)管1通過螺栓8相互連接，軟鋼套管2上開孔的直徑稍大于螺栓8的直徑，螺栓8的直徑不小于軟鋼套管2和內(nèi)管1的厚度，螺栓孔的數(shù)量不少于兩排，每排螺栓孔的水平和豎向間距均不大于200mm。其制作順序如下1)按照要求制作軟鋼套管2、剪力墻鋼板3和鋼管混凝土邊框柱的內(nèi)管1，在剪力墻鋼板3上預(yù)留箍筋穿孔以及拉接鋼筋穿孔，在軟鋼套管2和內(nèi)管1底部相對應(yīng)疊加的位置預(yù)留螺栓孔；2)焊接內(nèi)管1以使其形成鋼管混凝土邊框柱的鋼骨架，將制作好的軟鋼套管2疊加在相應(yīng)的內(nèi)管1底部外側(cè)，并用螺栓8相互連接；3)將剪力墻鋼板3和內(nèi)管1焊接在一起，形成封閉筒體結(jié)構(gòu)；4)綁扎剪力墻鋼板3兩側(cè)的橫向分布鋼筋4和縱向分布鋼筋5，之后綁扎拉接鋼筋6，形成鋼筋網(wǎng)；5)在鋼管混凝土邊框柱中的軟鋼套管2和內(nèi)管1之間嵌入高韌性復(fù)合材料7 ；6)在鋼筋網(wǎng)外側(cè)預(yù)留一定的保護(hù)層厚度，支模板；7)在模板內(nèi)灌注混凝土，成型后即為底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒。在實(shí)際工程中，可以根據(jù)實(shí)際需要確定是否需要設(shè)置高韌性復(fù)合材料7，為施工簡便，也可以不設(shè)置高韌性復(fù)合材料。實(shí)施例2如圖2所示，核心筒的邊框柱為圓形截面內(nèi)嵌高韌性復(fù)合材料鋼管混凝土柱，其剖面圖如圖3和圖4所示，細(xì)部構(gòu)造如圖6所示。其它構(gòu)造措施和施工方法和實(shí)施例1相同。以上是本發(fā)明的典型實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
權(quán)利要求
1.底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒，其特征在于所述核心筒由四周的鋼管混凝土邊框柱和鋼板混凝土剪力墻圍合構(gòu)成；所述鋼板混凝土剪力墻中設(shè)置有剪力墻鋼板(3)，在剪力墻鋼板(3)的兩側(cè)的鋼板混凝土剪力墻中設(shè)置有由橫向分布鋼筋⑷和縱向分布鋼筋(5)組成的鋼筋網(wǎng)，在鋼筋網(wǎng)之間用拉接鋼筋(6)相互拉接；鋼管混凝土邊框柱設(shè)置于鋼板混凝土剪力墻兩端，即四周鋼板混凝土剪力墻相交處；所述鋼管混凝土邊框柱由內(nèi)管(1)及其內(nèi)填充的混凝土構(gòu)成；內(nèi)管(1)的底部外側(cè)疊合設(shè)置有軟鋼套管O)，軟鋼套管(2)伸進(jìn)下部的地面或基礎(chǔ)頂面(9)并與其錨固；內(nèi)管(1)與軟鋼套管(2)之間內(nèi)嵌有高韌性復(fù)合材料(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒，其特征在于所述鋼管混凝土邊框柱為矩形、圓形或乒乓球拍形截面。
3.如權(quán)利要求2所述的底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒，其特征在于所述鋼管混凝土邊框柱的軟鋼套管O)高出地面或者基礎(chǔ)頂面(9)的高度為l.Oh，其中，h為矩形邊框柱長邊尺寸或者圓形邊框柱的直徑。
4.如權(quán)利要求1所述的底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒，其特征在于所述剪力墻鋼板(3)為單層或雙層。
5.如權(quán)利要求1所述的底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒，其特征在于所述剪力墻鋼板(3)上設(shè)置有用于拉接鋼筋(6)穿過的孔。
6.如權(quán)利要求1所述的底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒，其特征在于所述軟鋼套管O)的厚度不小于鋼管混凝土邊框柱的內(nèi)管(1)的厚度。
7.如權(quán)利要求1所述的底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒，其特征在于所述高韌性復(fù)合材料(7)包括聚合物改性水泥混凝土、橡膠細(xì)集料水泥混凝土、普通纖維混凝土和高韌性水泥基纖維混凝土。
8.如權(quán)利要求1所述的底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒，其特征在于所述高韌性復(fù)合材料(7)的厚度不小于軟鋼套管O)的厚度，且不小于20mm。
9.如權(quán)利要求1所述的底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒，其特征在于在軟鋼套管(2)和內(nèi)管(1)相對應(yīng)疊加的位置雙向開設(shè)有螺栓孔，軟鋼套管(2)和內(nèi)管 (1)通過螺栓(8)相互連接，軟鋼套管(2)上開孔的直徑稍大于螺栓(8)的直徑，螺栓(8) 的直徑不小于軟鋼套管(2)和內(nèi)管(1)的厚度，螺栓孔的數(shù)量不少于兩排，每排螺栓孔的水平和豎向間距均不大于200mm。
10.如權(quán)利要求1-9之一所述的底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒的作法，其特征在于制作順序如下1)按照要求制作軟鋼套管O)、剪力墻鋼板(3)和鋼管混凝土邊框柱的內(nèi)管(1)，在剪力墻鋼板(3)上預(yù)留箍筋穿孔以及拉接鋼筋穿孔，在軟鋼套管(2)和內(nèi)管(1)底部相對應(yīng)疊加的位置預(yù)留螺栓孔；2)焊接內(nèi)管(1)以使其形成鋼管混凝土邊框柱的鋼骨架，將制作好的軟鋼套管(2)疊加在相應(yīng)的內(nèi)管(1)底部外側(cè)，并用螺栓(8)相互連接；3)將剪力墻鋼板(3)和內(nèi)管(1)焊接在一起，形成封閉筒體結(jié)構(gòu)；4)綁扎剪力墻鋼板(3)兩側(cè)的橫向分布鋼筋(4)和縱向分布鋼筋(5)，之后綁扎拉接鋼筋(6)，形成鋼筋網(wǎng)；5)在鋼管混凝土邊框柱中的軟鋼套管( 和內(nèi)管(1)之間嵌入高韌性復(fù)合材料(7)；6)在鋼筋網(wǎng)外側(cè)預(yù)留一定的保護(hù)層厚度，支模板；7)在模板內(nèi)灌注混凝土，成型后即為底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒及作法，由鋼管混凝土邊框柱、軟鋼套管和鋼板混凝土剪力墻組成。本發(fā)明是鋼筋和混凝土的組合、鋼板和混凝土的組合、鋼管混凝土邊框柱和鋼板剪力墻的組合的三重組合體。本發(fā)明的底部帶軟鋼套管鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板核心筒比普通鋼筋混凝土筒體的初始剛度大、承載能力高、承載力和剛度衰減慢、整體抗震耗能性能好，后期抗震性能相對穩(wěn)定，加設(shè)軟鋼套管后，外側(cè)軟鋼套管首先屈服，消耗地震輸入結(jié)構(gòu)的能量，直至破壞都可以發(fā)揮其抗力和延性作用，起到了防止和延緩高強(qiáng)度鋼板的過早損傷和破壞。
文檔編號E04B1/98GK102409756SQ20111038445
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者惠存, 曹萬林, 王智慧 申請人:北京工業(yè)大學(xué)