一種帶耳板的方鋼管混凝土柱與裝配式剪力牆的連接構造及作法的製作方法
2023-04-24 04:43:56 1
本發明涉及一種帶耳板的方鋼管混凝土柱與裝配式剪力牆的連接構造及作法，屬於建築工程技術領域。
背景技術：
在我國多數農村地區，由於缺乏系統的抗震知識與建造工藝，村鎮住宅建築大多不能滿足基本抗震要求。在汶川地震與雅安地震中，村鎮房屋破壞嚴重，造成了大量的人員傷亡和財產損失，其直接原因是房屋倒塌。此外，我國村鎮房屋外牆熱工性能差、供暖能耗偏高，適用於不同地域村鎮住宅的經濟實用的節能技術尚十分缺乏。研發抗震、節能保溫的村鎮住宅型式，是村鎮住宅研究中亟待解決的問題。
預製裝配式剪力牆結構是實現住宅產業化和建築節能減排的有效途徑之一，長期以來，混凝土建築主要採用現場施工的傳統作業方式，工業化程度低，水耗、能耗、人工垃圾、汙水排放量大，不符合國家節能和環保的可持續發展政策。採用裝配式結構，可以工廠預製、現場裝配，實現住宅產業化，同時可以有效提高材料在建築節能和結構性能的效率、節約能源與資源，減少建築垃圾和環境的不良影響、降低施工場地限制等。近年來，我國在裝配式混凝土建築方面的研究，為提高預製裝配式結構性能和實現住宅產業化提供了重要技術基礎，但適用於村鎮住宅建築的預製裝配式剪力牆的研究尚十分缺乏。預製裝配式剪力牆結構的發展過程中也有一些問題至今未能很好地解決。例如：(1)預製構件尺寸誤差，造成拼裝時縫隙不均勻；(2)外牆板縫處理採用耐候膠，老化後更換不方便；(3)外掛板作為剪力牆的外模，有時預留對拉螺杆孔洞過少，會造成在澆築混凝土時，外掛板外移的現象。
為改進以上問題，改進並完善裝配式剪力牆和輕鋼框架的連接構造，研發低成本、低能耗、抗震性能好的低層裝配式輕鋼結構村鎮住宅體系，本發明提供了一種裝配式鋼管混凝土柱與裝配式剪力牆的連接構造及做法，構造簡單，施工方便，且具有不錯的承載能力。採用此構造的連接處耐久性好，震後易修復。本發明所述構造及做法適用於低層村鎮住宅的內、外牆與輕鋼框架的連接，在抗震、節能一體化的同時，還控制了房屋的整體成本，取得良好的經濟效益，適合於在實際工程中廣泛應用。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種裝配式鋼管混凝土柱與裝配式剪力牆的連接構造及作法，構造簡單，施工方便，且具備不錯的承載能力，以解決裝配式剪力牆與裝配式結構連接處承載力低、施工方法複雜等問題。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種裝配式鋼管混凝土柱與裝配式剪力牆的連接構造，該構造包括裝配式複合保溫模塊剪力牆(1)、帶耳板的裝配式方鋼管混凝土柱(2)、柱側栓釘(3)、剪力牆側面的半圓形帶肋凹槽(4)、高強灌漿料(5)。
裝配式複合保溫模塊剪力牆(1)設置在兩個帶耳板的裝配式方鋼管混凝土柱(2)的豎向中間位置；柱側栓釘(3)設置在帶耳板的裝配式方鋼管混凝土柱(2)側面上。
剪力牆側面的半圓形帶肋凹槽(4)設置在裝配式複合保溫模塊剪力牆(1)的兩側。
剪力牆側面的半圓形帶肋凹槽(4)與柱側栓釘(3)相連接；裝配式複合保溫模塊剪力牆(1)與帶耳板的裝配式方鋼管混凝土柱(2)之間的縫隙填充有高強灌漿料(5)。
所述裝配式複合保溫模塊剪力牆(1)由外表層的鋼絲網發泡混凝土和內層的聚苯顆粒砂漿板製作而成，內部共設有雙層鋼絲網。
所述帶耳板的裝配式方鋼管混凝土柱(2)在柱側設置有雙耳板，方鋼管柱與耳板在工廠一次熱軋成型。
一種裝配式鋼管混凝土柱與裝配式剪力牆的連接構造的作法，其具體作法如下：
第一步，在工廠預製裝配式複合保溫模塊剪力牆，預製時牆體採用水平澆築的方法。先在模板內固定高強鋼絲網，固定水平四個方向的模板(前後為平面模板，兩側為半圓形帶肋模板)，然後澆築下側發泡混凝土層，待其達到設計強度的70％後，澆築聚苯顆粒砂漿層，待其初步硬化後澆築上側發泡混凝土層，待剪力牆達到設計強度後，從兩側向外去除半圓形帶肋模板，製成不同長度的預製裝配式複合保溫模塊剪力牆。
第二步，將熱軋成型的帶耳板的方鋼管混凝土柱側焊接栓釘，然後按設計位置裝配在基礎上，柱淨間距宜比裝配式複合保溫模塊剪力牆的水平長度多5～10mm，一般以1500～3500mm為宜。
第三步，將預製完成的裝配式複合保溫模塊剪力牆兩端浸水各約1小時，然後自上而下滑入方鋼管混凝土柱側的耳板內。
第四步，用外徑為20～30mm的硬管自上而下插入牆側與柱側之間的半圓形槽的底部，最後一邊向槽內壓入灌漿料，一邊振搗，同時向上緩緩抽出硬管，使灌漿料能深入半圓型槽的底部，防止澆不實的情況。待硬管完全抽出後，在裝配式複合保溫模塊剪力牆兩端抹平。
與現有技術相比，本發明的裝配式鋼管混凝土與裝配式複合保溫模塊剪力牆的連接構造及施工工藝，適用於村鎮住宅內外牆的裝配，具有以下優勢：
(1)工業化水平高，本發明包含的帶耳板方鋼管混凝土柱、裝配式複合保溫模塊剪力牆均為工廠規模化生產，生產精度高，性能穩定，方便運輸，有利於裝配效率，全面實現住宅產業化。
(2)可針對不同氣候特徵、不同設防要求進行差異化設計。根據柱在建築平面中的位置的不同，帶耳板的方鋼管混凝土柱截面可分為一字型、T型、L型和十字型；根據不同地區的氣候特徵，可通過改變牆厚或者改變保溫材料組分，生產出不同保溫性能的裝配式複合保溫模塊剪力牆；根據村鎮住宅層數和區域抗震設防烈度的不同，可設計不同柱截面尺寸及不同壁厚的裝配式方鋼管混凝土柱，按照本發明提出的的預製構件製作方法在工廠按照設計要求生產，可以適用於不同型式、不同氣候、不同抗震設防要求。
(3)具有環保節能的優點。方鋼管混凝土柱管內可填充再生骨料混凝土，裝配式複合保溫模塊剪力牆的生產可用尾礦砂等工業廢料作為原料，這些措施都有利於建築垃圾和工業廢料的資源化再利用，而複合的聚苯顆粒砂漿板可有效的保溫隔熱，節約建築的居住能耗，因而本發明所述結構具有環保、節能的優點。
(4)抗震性能大大優於傳統村鎮住宅。本發明所述的帶耳板的裝配式方鋼管混凝土柱和裝配式複合保溫模塊剪力牆(容重可低至10～12kN/m3)的自重相對較小，與傳統結構相比，在相同的地震烈度下所承擔的地震作用較小；而且方鋼管混凝土柱與裝配式複合保溫模塊剪力牆協同工作，形成多道抗震防線，抗震效果明顯。
附圖說明
圖1是一種裝配式鋼管混凝土柱與裝配式剪力牆的連接構造的立體示意圖；
圖2是帶耳板的方鋼管混凝土柱與裝配式複合保溫模塊剪力牆裝配後的的水平斷面圖；
圖中：1、裝配式複合保溫模塊剪力牆，2、帶耳板的方鋼管混凝土柱，3、柱側栓釘，4、裝配式剪力牆側面的半圓形帶肋凹槽，5、高強灌漿料。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做進一步說明。
如圖1-2所示，一種裝配式鋼管混凝土柱與裝配式剪力牆的連接構造，主要由裝配式複合保溫模塊剪力牆(1)、帶耳板的方鋼管混凝土柱(2)、柱側栓釘(3)、裝配式剪力牆側面的半圓形帶肋凹槽(4)、高強灌漿料(5)組成。其特徵在於：裝配式複合保溫模塊剪力牆內的聚苯顆粒可基於保溫性能進行設計。內層聚苯顆粒板、外層發泡混凝土面層、內配雙層高強鋼絲網的裝配式複合保溫模塊剪力牆的容重可低至10～12kN/m3，抗壓強度約5～10MPa。方鋼管混凝土柱在耳板和柱側栓釘、高強灌漿料的共同作用下，和裝配式複合保溫模塊剪力牆連接緊密，形成整體，協同受力。在承受水平地震作用時，因為裝配式剪力牆水平剛度遠大於方鋼管混凝土柱，可在整個結構承受水平地震作用初期限制鋼管混凝土柱的側移，大大延緩方鋼管柱受彎時二階效應的出現；具有一定強度的裝配式複合保溫模塊剪力牆在水平地震作用下會和方鋼管柱柱側的耳板擠壓、摩擦，使耳板變形，起到一定的消耗地震能量的作用；柱側的栓釘及高強灌漿料及肋形凹槽也會在水平地震作用下發生擠壓、摩擦而消耗地震能量；牆體破壞後，鋼管混凝土柱仍可繼續承載，即使在強震下，帶耳板的鋼管混凝土柱的破壞伴隨著局部混凝土壓潰，鋼管局部鼓包、屈服、撕裂，最終的破壞是一種延性破壞，從而形成了具備兩道抗震防線的延性結構，避免因部分結構或構件破壞而導致整個體系倒塌。採用本發明所述的帶耳板的方鋼管混凝土柱與裝配式剪力牆的連接構造，裝配式剪力牆與輕鋼框架連接牢固、整體性好，裝配簡單而且工期短，施工時溼作業量少，滿足節能、環保的要求，也符合住宅產業化、規模化的要求，是適用於當前村鎮低層建築抗震節能裝配一體化的一種新型結構。
通過設置在鋼管混凝土柱(2)側面的耳板，可有效約束裝配式複合保溫模塊剪力牆(1)左右兩端在平面外方向的位移；通過設置在鋼管混凝土柱側面的栓釘(3)，可以在水平地震作用下有效約束裝配式複合保溫模塊剪力牆(1)與方鋼管混凝土柱(2)在豎直方向的相對錯動；加上柱側高強灌漿料(5)與裝配式複合保溫模塊剪力牆(1)的粘結作用，使裝配式複合保溫模塊剪力牆(1)在左右、上下、前後均被有效約束，與鋼管混凝土柱可靠連接，協同受力，共同承擔水平地震作用，形成抗震性能良好的結構體系。
所述裝配式複合保溫模塊剪力牆(1)是裝配式輕鋼框架-剪力牆結構的主要抗側構件，由外表層的鋼絲網發泡混凝土和內層的聚苯顆粒砂漿板製作而成，厚度可為90mm～190mm。內部共設有雙層鋼絲網，鋼絲直徑為4～6mm，間距為80～120mm。該裝配式複合保溫模塊剪力牆置於方鋼管混凝土柱同一側的兩片耳板之間，在與牆面垂直方向被兩個耳板約束，在該裝配式複合保溫模塊剪力牆平面內被柱側栓釘和高強灌漿料約束，由於該裝配式複合保溫模塊剪力牆的平面內剛度遠大於方鋼管混凝土柱，在水平地震作用較小時，該裝配式複合保溫模塊剪力牆可有效減小方鋼管混凝土柱的側移，延緩其彎矩二階效應的出現，發揮輕鋼框架-裝配式剪力牆結構的優勢。
所述帶耳板的裝配式方鋼管混凝土柱(2)是裝配式輕鋼框架-剪力牆結構的另一抗側構件，在柱側設置雙耳板，方鋼管柱與耳板在工廠一次熱軋成型，其折角處軋制為圓弧形過度，避免應力集中，整體性較好。耳板具有兩個功能：第一可增大方鋼管柱在水平荷載下的剛度和抗彎承載力，第二可對柱側的裝配式複合保溫模塊剪力牆的平面外變形起到有效的約束作用。
所述柱側栓釘(3)是裝配式複合保溫模塊剪力牆與裝配式方鋼管混凝土柱的關鍵連接件。該栓釘長15～25mm，直徑為2～4mm，伸長率20％以上，屈服強度300MPa以上。沿柱側中線豎向設一道，豎向間距80～150mm，待裝配式剪力牆安裝就位後，再注入灌漿料。
所述剪力牆側面的半圓形帶肋凹槽(4)是裝配式複合保溫模塊剪力牆與裝配式方鋼管混凝土柱連接的另一關鍵。該凹槽半徑可為25～35mm，施工時可通過在牆側面支半圓形模板來實現。該半圓形模板表面帶有水平肋，凹凸起伏尺寸可在4～8mm，水平肋的豎向間距可在80～150mm，加工時，待裝配式複合保溫模塊剪力牆的混凝土強度達到設計強度後，可施加水平力去除該模板。以上過程可在工廠規模化生產時實現，以確保半圓形凹槽及水平肋的精度和裝配式複合保溫模塊剪力牆的整體質量。
所述高強灌漿料(5)的性能指標和灌注施工工藝是確保裝配式複合保溫模塊剪力牆和帶耳板的裝配式方鋼管混凝土柱牢固連接的關鍵，高強灌漿料具有早期強度高、流動性好、耐久性好、容易施工等技術特點。施工時，可先把裝配式複合保溫模塊剪力牆兩端浸水各約1小時，使水分滲入牆體，然後將裝配式複合保溫模塊剪力牆自上而下滑入方鋼管混凝土柱側的耳板之間，接著用外徑為20～30mm的硬管自上而下插入牆側與柱側之間的半圓形槽的底部，最後一邊向槽內壓入灌漿料，一邊振搗，同時向上緩緩抽出硬管，使灌漿料能深入半圓型槽的底部，防止澆不實的情況。
本發明涉及一種裝配式鋼管混凝土柱與裝配式剪力牆的連接構造作法，其具體作法如下：
第一步，在工廠預製裝配式複合保溫模塊剪力牆，預製時牆體採用水平澆築的方法。先在模板內固定高強鋼絲網，固定水平四個方向的模板(前後為平面模板，兩側為半圓形帶肋模板)，然後澆築下側發泡混凝土層，待其達到設計強度的70％後，澆築聚苯顆粒砂漿層，待其初步硬化後澆築上側發泡混凝土層，待剪力牆達到設計強度後，從兩側向外去除半圓形帶肋模板，製成不同長度的預製裝配式複合保溫模塊剪力牆。
第二步，將熱軋成型的帶耳板的方鋼管混凝土柱側焊接栓釘，然後按設計位置裝配在基礎上，柱淨間距宜比裝配式複合保溫模塊剪力牆的水平長度多5～10mm，一般以1500～3500mm為宜。
第三步，將預製完成的裝配式複合保溫模塊剪力牆兩端浸水各約1小時，然後自上而下滑入方鋼管混凝土柱側的耳板內。
第四步，用外徑為20～30mm的硬管自上而下插入牆側與柱側之間的半圓形槽的底部，最後一邊向槽內壓入灌漿料，一邊振搗，同時向上緩緩抽出硬管，使灌漿料能深入半圓型槽的底部，防止澆不實的情況。待硬管完全抽出後，在裝配式複合保溫模塊剪力牆兩端抹平。
以上是本發明的一個典型實施例，本發明的實施不限於此。