專利名稱：鋼管混凝土邊框－鋼桁架－混凝土組合筒體及制作方法
技術領域：
本發明是一種鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體及制作方法，屬于一種筒體結構及制作方法。。
背景技術：
在高層建筑中，核心筒作為主要的抗側力構件，約承擔著結構整體80％的水平地震作用。研制抗震性能好的筒體，是高層建筑抗震設計的核心技術。怎樣使混凝土中型鋼充分發揮其功效，以改善筒體結構綜合抗震性能，成為國內外學者和工程界十分關注的問題。
現有的改善混凝土筒體抗震性能的方案中，有在鋼筋混凝土筒體的剪力墻中加設鋼筋暗支撐的技術。其存在的問題是其斜向暗支撐核心部分為混凝土，抗拉、抗壓能力尚不足。
現有的改善混凝土筒體抗震性能的方案中還有一種在鋼筋混凝土筒體的剪力墻中加設鋼板支撐的技術。其存在問題是鋼板受力性能比其它型鋼弱，抗拉、抗壓能力不足，支撐端部易出現局部失穩。
現有的改善混凝土筒體抗震性能的方案中，還有在鋼筋混凝土筒體的邊框中應用鋼管混凝土邊框，形成鋼管混凝土邊框筒體結構。其存在的問題是鋼管混凝土邊框之間的鋼筋混凝土墻板延性較差，作為抗震的第一道防線影響了整個剪力墻以至整個結構的抗側力能力，同時剪力墻與鋼管混凝土邊框難以實現可靠連接，造成該結構體系在大震中不能充分發揮其抗震優勢。
本申請人申請的專利號為ZL200520018266.5的“內藏鋼桁架混凝土組合筒體”專利是雙重組合筒體，發揮了高層鋼桁架和混凝土筒體的優勢，提高了筒體的耗能能力。但此種筒體的邊框柱內的混凝土沒有約束，不能提高其邊框混凝土的承載力和延性，同時，邊框柱對剪力墻板的約束作用也較弱。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是顯著提高鋼筋混凝土筒體抗震能力的問題，為了解決這一問題，本發明提出了一種鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體。
本發明采用的技術方案是鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體由四面剪力墻連接成封閉狀。相鄰的兩面剪力墻之間由共用的鋼管混凝土邊框柱連接。每片剪力墻均由鋼管混凝土邊框柱和剪力墻板構成，在剪力墻板中配置由橫向和縱向分布鋼筋組成的鋼筋網，在鋼筋網之間用拉接筋11拉接，在兩排鋼筋網之間加配型鋼暗支撐2，鋼筋暗支撐9，邊框梁中設置型鋼梁4，剪力墻兩端設置矩形、圓形或矩形和圓形組合形狀，即乒乓球拍形截面的鋼管混凝土邊框柱3，型鋼梁4、鋼管混凝土邊框柱3、型鋼暗支撐2與鋼筋暗支撐9組合，形成鋼桁架1。
所述的鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體，在組成筒體的各個剪力墻板的鋼筋網內固裝的型鋼暗支撐2和鋼筋暗支撐9呈人字形，其上端伸入上部邊框梁中與梁中型鋼梁4連接，下端伸入下部邊框梁與鋼管混凝土邊框柱的節點中，與鋼管混凝土邊框柱3、下部邊框梁中型鋼梁4同時連接，型鋼暗支撐2和鋼筋暗支撐9、邊框梁中的型鋼梁4和剪力墻兩端的鋼管混凝土邊框柱3組合，形成鋼桁架1。
所述的鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體，在組成筒體的各個剪力墻板的鋼筋網內固裝的型鋼暗支撐2和鋼筋暗支撐9呈X形，其上端伸入上部邊框梁和邊框柱的節點中，與鋼管混凝土邊框柱3、上部邊框梁中型鋼梁4同時連接，下端伸入下部邊框梁與邊框柱的節點中與鋼管混凝土邊框柱3、下部邊框梁中型鋼梁4同時連接，型鋼暗支撐2和鋼筋暗支撐9、剪力墻兩端的鋼管混凝土邊框柱3和邊框梁中的型鋼梁4組合，形成鋼桁架1。
所述的鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體，在組成筒體的各個剪力墻板的鋼筋網內固裝的型鋼暗支撐2和鋼筋暗支撐9呈八字形，其上端伸入上部邊框梁中與梁中型鋼梁4連接，下端伸入下部邊框梁與邊框柱的節點中與鋼管混凝土邊框柱3、下部邊框梁中型鋼梁4同時連接，型鋼暗支撐2和鋼筋暗支撐9、邊框梁中的型鋼梁4和剪力墻兩端的鋼管混凝土邊框柱3組合，在混凝土剪力墻內部形成鋼桁架1。
所述的鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體，在組成筒體的各個剪力墻板的鋼筋網內固裝的型鋼暗支撐2和鋼筋暗支撐9為單斜桿，其上端伸入上部邊框梁和邊框柱的節點中，與鋼管混凝土邊框柱3、上部邊框梁中型鋼梁4同時連接，下端伸入下部邊框梁與邊框柱的節點中與鋼管混凝土邊框柱3、下部邊框梁中型鋼梁4同時連接，型鋼暗支撐2和鋼筋暗支撐9、剪力墻兩端的鋼管混凝土邊框柱3和邊框梁中的型鋼梁4組合，形成鋼桁架1。
根據本發明的技術方案，采用鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體的制作方法，其順序如下1)在筒體底部四個角部的設置鋼管混凝土邊框柱3的鋼管，配置梁柱節點處的預制構件，在鋼管壁預留孔洞或預焊豎板，以備墻板橫向鋼筋5錨固；2)制作邊框梁中的型鋼梁4，型鋼梁與鋼管混凝土邊框柱3進行可靠剛性連接；3)配置型鋼暗支撐2，上、下端分別與邊框梁中的型鋼梁4、鋼管混凝土邊框柱3焊接；4)在型鋼梁4外側配置邊框梁的縱筋7，在縱筋7外側均勻綁扎邊框梁的矩形箍筋8；5)在型鋼暗支撐2的外側配置鋼筋暗支撐9，在其外側均勻綁扎暗支撐箍筋10，與型鋼暗支撐2、鋼管混凝土邊框柱3、型鋼梁4共同構成鋼桁架1；6)配置筒體中剪力墻墻板的橫向鋼筋5、豎向鋼筋6，橫向鋼筋5伸入鋼管混凝土邊框柱3的預留孔洞中或與鋼管混凝土邊框柱3的預焊豎板焊接；
7)在筒體的剪力墻墻板和邊框梁外側留一定保護層厚度，支模板；8)澆筑鋼管內的混凝土和墻板與邊框梁的混凝土，成型后即為鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體。
本發明的組合筒體，是不同受力體系——空間鋼桁架與剪力墻的組合，不同材料——鋼與鋼筋混凝土的組合，不同組合構件——鋼管混凝土和型鋼混凝土的組合，是一種三重組合剪力墻。本發明內藏的桁架的斜支撐部分有利于提高鋼筋混凝土墻板部分作為抗震第一道防線的抗剪承載力，延性以及耗能能力，也利于剪力墻和鋼管柱二者承受的荷載重分布，將剪力墻承擔的一部分壓力轉移到鋼管混凝土柱中，減少剪力墻中的軸壓比，從而使剪力墻可以設計的較薄，增加建筑的使用面積。當墻板在抗震中破壞后，斜支撐與上、下邊框梁、鋼管混凝土柱形成的桁架結構是一個幾何不變體系，鋼桁架自身能夠形成很好的傳力體系，從而保持結構的整體穩定性。斜支撐與鋼管混凝土邊框相連接，施工簡單易行，能夠很好的保證剪力墻與普通鋼管混凝土邊框的可靠連接。與普通鋼管混凝土邊框剪力墻相比，承載能力提高，承載力和剛度衰減變慢，后期抗震性能相對穩定，底部剪切滑移破壞減輕。
本發明的組合筒體比本申請人申請的內藏鋼桁架混凝土組合筒體專利增加了一道抗震防線，是三重組合筒體結構，而內藏鋼桁架混凝抗震防線土組合筒體是雙重組合筒體結構。在本發明中，鋼管混凝土邊框對混凝土墻板的約束增強，能進一步抑制墻板中裂縫的開展；由于鋼管混凝土柱和鋼筋混凝土墻的徐變不同，使得剪力墻和鋼管柱二者承受的荷載重分布，即將筒體中剪力墻承擔的一部分壓力轉移到鋼管混凝土柱上，降低了剪力墻的軸壓比，設計時可以減少剪力墻的厚度，增加結構的使用面積，在用鋼量相當的情況下，能夠帶來更大的經濟效益。
由于筒體結構是建筑結構的核心抗側力部件，提高了型鋼剪力墻的抗震能力，也就提高了型鋼剪力墻結構的整體抗震能力，當建筑物遭遇強烈地震時，可減輕其震害，防止其倒塌。
圖1是本發明鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體中型鋼暗支撐呈人字形時的示意圖，其中A1-B1-C1-D1-A2-B2-C2-D2、A2-B2-C2-D2-A3-B3-C3-D3、A3-B3-C3-D3-A4-B4-C4-D4、A4-B4-C4-D4-A5-B5-C5-D5分別代表筒體的一個結構單元。E1-F1-G2、E2-F2-G3、E3-F3-G4為一片剪力墻中的人字形暗支撐；圖2是本發明鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體中型鋼暗支撐呈人字形時，一個結構單元中一片剪力墻結構配筋示意圖，其它三個側面的配筋示意圖與本圖相同；圖3是圖2中A-A剖面放大示意圖；(圖中圖號不對)圖4是圖2中B-B剖面放大示意圖；(圖中圖號不對)圖5是本發明內藏鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體中型鋼暗支撐呈X形時，一個結構單元中一片剪力墻的配筋示意圖；圖6是本發明鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體中型鋼暗支撐呈八字形時，一個結構單元中一片剪力墻的結構配筋示意圖；圖7是本發明鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體中型鋼暗支撐為單斜桿時，一個結構單元中一片剪力墻的結構配筋示意圖；附圖代號說明1-鋼桁架，2-型鋼暗支撐，3-鋼管混凝土邊框柱，4-型鋼梁，5-墻板橫向鋼筋，6-墻板豎向鋼筋，7-邊框梁的縱筋，8-邊框梁的矩形箍筋，9-鋼筋暗支撐，10-暗支撐箍筋，11-拉接筋。
具體實施例方式
實施例1鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體一個結構單元的結構配筋示意圖如圖2、圖3和圖4所示。鋼管混凝土邊框柱3內無配筋；剪力墻邊框梁為型鋼梁4外圍布置縱筋7，沿梁縱筋7均勻地綁扎著矩形箍筋8，邊框梁的矩形箍筋8均勻分布至梁端；剪力墻板的配筋是在墻板寬度方向的兩側沿橫向及豎向分別均勻地布置剪力墻板橫向鋼筋5和豎向鋼筋6，并在交叉點綁扎固定，形成兩片鋼筋網，橫向鋼筋5和豎向鋼筋6的兩端分別插入鋼管混凝土柱(柱的側壁打孔)和邊框梁中錨固；剪力墻兩片鋼筋網之間用間距小于或等于600mm的拉接筋11相連。型鋼暗支撐2外布置四根鋼筋作為鋼筋暗支撐9，鋼筋暗支撐9外均勻固裝著箍筋10。型鋼暗支撐2和鋼筋暗支撐9上端伸入上部邊框梁與梁中型鋼梁4連接，其下端伸入鋼管混凝土邊框柱和下部邊框梁的節點中，與鋼管混凝土邊框柱3、下部邊框梁中型鋼梁4連接，形成內藏鋼桁架1。最后將邊框柱、邊框梁及剪力墻板整體一次澆搗混凝土成型，即構成鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體。
制作方法1.制作鋼管混凝土邊框柱的3鋼管，在梁柱節點處鋼管內設隔板，柱外焊短鋼梁，在鋼管壁預留孔洞，以備穿墻板的橫向鋼筋5；2.制作邊框梁中的型鋼梁4，型鋼梁的翼緣與柱邊預設短鋼梁的翼緣焊接，鋼梁的腹板與短鋼梁的腹板用雙夾板高強度螺栓摩擦型連接；3.配置型鋼暗支撐2，上、下端分別與邊框梁中的型鋼梁4、鋼管混凝土邊框柱3焊接；4.在型鋼梁4外側配置邊框梁的縱筋7，在縱筋7外側均勻綁扎邊框梁的矩形箍筋8；5.在型鋼暗支撐2的外側配置鋼筋暗支撐9，在其外側均勻綁扎暗支撐箍筋10，與型鋼暗支撐2、鋼管混凝土邊框柱3、型鋼梁4共同構成鋼桁架1；6.配置筒體中剪力墻板橫向鋼筋和豎向鋼筋5、6，橫向鋼筋伸入鋼管混凝土邊框柱3的預留孔洞中；
7.在筒體的剪力墻墻板和邊框梁外側留一定保護層厚度，支模板；8.澆筑鋼管內的混凝土和墻板與邊框梁的混凝土，成型后即為鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體。
實施例2鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體的第二種結構形式如圖5所示，是在剪力墻板兩片鋼筋網內側設置X形型鋼暗支撐2和鋼筋暗支撐9，其上端伸入邊框柱與上部邊框梁的節點中，與鋼管混凝土邊框柱3、上部邊框梁中型鋼梁4連接。下端伸入邊框柱和下部邊框梁的節點中，與鋼管混凝土邊框柱3、下部邊框梁中型鋼梁4連接。其它方面與第一種形式相同。
實施例3鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體的第三種結構形式如圖6所示，是在剪力墻板兩片鋼筋網內側設置八字形型鋼暗支撐2和鋼筋暗支撐9，其上端伸入上部邊框梁與梁中型鋼梁4連接，其下端伸入邊框柱和下部邊框梁的節點中，與鋼管混凝土邊框柱3、下部邊框梁中型鋼梁4連接。其它方面與第一種形式相同。
實施例4鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體的第四種結構形式如圖7所示，是在筒體中剪力墻板兩片鋼筋網內側設置型鋼暗支撐2和鋼筋暗支撐9為單斜桿形式，其上端伸入上部邊框梁與梁中型鋼梁4連接，其下端伸入邊框柱和下部邊框梁的節點中，與鋼管混凝土邊框柱3、下部邊框梁中型鋼梁4連接。其它方面與第一種形式相同。
權利要求
1.鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體，由四面剪力墻連接成封閉狀，相鄰的兩面剪力墻之間由共用的鋼管混凝土邊框柱連接；每片剪力墻均由鋼管混凝土邊框柱和剪力墻板構成，在剪力墻板中配置由橫向和縱向分布鋼筋組成的鋼筋網，在鋼筋網之間用拉接筋(11)拉接，在兩排鋼筋網之間加配型鋼暗支撐(2)，鋼筋暗支撐(9)，其特征在于邊框梁中設置型鋼梁(4)，剪力墻兩端設置矩形、圓形或矩形和圓形組合形狀截面的鋼管混凝土邊框柱(3)，型鋼梁(4)、鋼管混凝土邊框柱(3)、型鋼暗支撐(2)與鋼筋暗支撐(9)組合，形成鋼桁架(1)。
2.根據權利要求1所述的鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體，其特征在于在組成筒體的各面剪力墻板鋼筋網內固裝的型鋼暗支撐(2)和鋼筋暗支撐(9)呈人字形，其上端伸入上部邊框梁中與梁中型鋼梁(4)連接，下端伸入下部邊框梁與鋼管混凝土邊框柱的節點中，與鋼管混凝土邊框柱(3)、下部邊框梁中型鋼梁(4)同時連接，型鋼暗支撐(2)和鋼筋暗支撐(9)、邊框梁中的型鋼梁(4)和剪力墻兩端的鋼管混凝土邊框柱(3)組合，形成鋼桁架(1)。
3.根據權利要求1所述的鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體，其特征在于在組成筒體的各面剪力墻板鋼筋網內固裝的型鋼暗支撐(2)和鋼筋暗支撐(9)呈X形，其上端伸入上部邊框梁和邊框柱的節點中，與鋼管混凝土邊框柱(3)、上部邊框梁中型鋼梁(4)同時連接，下端伸入下部邊框梁與邊框柱的節點中與鋼管混凝土邊框柱(3)、下部邊框梁中型鋼梁(4)同時連接，型鋼暗支撐(2)和鋼筋暗支撐(9)、剪力墻兩端的鋼管混凝土邊框柱(3)和邊框梁中的型鋼梁(4)組合，形成鋼桁架(1)。
4.根據權利要求1所述的鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體，其特征在于在組成筒體的各面剪力墻板鋼筋網內固裝的型鋼暗支撐(2)和鋼筋暗支撐(9)呈八字形，其上端伸入上部邊框梁中與梁中型鋼梁(4)連接，下端伸入下部邊框梁與邊框柱的節點中與鋼管混凝土邊框柱(3)、下部邊框梁中型鋼梁(4)同時連接，型鋼暗支撐(2)和鋼筋暗支撐(9)、邊框梁中的型鋼梁(4)和剪力墻兩端的鋼管混凝土邊框柱(3)組合，在混凝土剪力墻內部形成鋼桁架(1)。
5.根據權利要求1所述的鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體，其特征在于在組成筒體的各面剪力墻板鋼筋網內固裝的型鋼暗支撐(2)和鋼筋暗支撐(9)為單斜桿，其上端伸入上部邊框梁和邊框柱的節點中，與鋼管混凝土邊框柱(3)、上部邊框梁中型鋼梁(4)同時連接，下端伸入下部邊框梁與邊框柱的節點中與鋼管混凝土邊框柱(3)、下部邊框梁中型鋼梁(4)同時連接，型鋼暗支撐(2)和鋼筋暗支撐(9)、剪力墻兩端的鋼管混凝土邊框柱(3)和邊框梁中的型鋼梁(4)組合，形成鋼桁架(1)。
6.鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體的制作方法，其特征在于1)制作鋼管混凝土邊框柱(3)的鋼管，配置梁柱節點處的預制構件，在鋼管壁預留孔洞或預焊豎板，以備墻板橫向鋼筋(5)錨固；2)制作邊框梁中的型鋼梁(4)，型鋼梁與鋼管混凝土邊框柱(3)進行可靠剛性連接；3)配置型鋼暗支撐(2)，上、下端分別與邊框梁中的型鋼梁(4)、鋼管混凝土邊框柱(3)焊接；4)在型鋼梁(4)外側配置邊框梁的縱筋(7)，在縱筋(7)外側均勻綁扎邊框梁的矩形箍筋(8)；5)在型鋼暗支撐(2)的外側配置鋼筋暗支撐(9)，在其外側均勻綁扎暗支撐箍筋(10)，與型鋼暗支撐(2)、鋼管混凝土邊框柱(3)、型鋼梁(4)共同構成鋼桁架(1)；6)配置筒體的剪力墻墻板橫向鋼筋(5)、豎向鋼筋(6)，橫向鋼筋(5)伸入鋼管混凝土邊框柱(3)的預留孔洞中或與鋼管混凝土邊框柱(3)的預焊豎板焊接；7)在剪力墻墻板和邊框梁外側留一定保護層厚度，支模板；8)澆筑鋼管內的混凝土和墻板與邊框梁的混凝土，成型后即為鋼管混凝土邊框-鋼桁架-混凝土組合筒體。
全文摘要
鋼管混凝土邊框—鋼桁架—混凝土組合筒體及制作方法，屬于一種筒體結構及制作方法。這種筒體由邊框和剪力墻板構成，在剪力墻板中配置由橫向和縱向分布鋼筋組成的鋼筋網，在鋼筋網之間用拉接筋(11)拉接，在兩排鋼筋網之間加配型鋼暗支撐(2)，鋼筋暗支撐(9)，邊框梁中設置型鋼梁(4)，筒體的各個角部設置鋼管混凝土邊框柱(3)，剪力墻板中設置型鋼梁(4)、鋼管混凝土邊框柱(3)、型鋼暗支撐(2)與鋼筋暗支撐(9)組合，在混凝土筒體內部形成鋼桁架(1)；這種暗支撐組合可呈人字、X或八字形。本發明的筒體比現有筒體的初始剛度大、承載能力高、承載力和剛度衰減慢、整體抗震耗能性能好。
文檔編號E04B1/18GK1995572SQ20061016983
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月29日 優先權日2006年12月29日
發明者曹萬林, 常衛華, 王敏 申請人:北京工業大學