一种部分预制空腔剪力墙混合结构及施工方法及应用

技术领域

本发明涉及剪力墙结构技术领域，具体涉及一种部分预制空腔剪力墙混合结构及施工方法及应用。

背景技术

型钢混凝土剪力墙具有良好的抗剪、抗震性能，在我国高层、超高层建筑中应用广泛，但复杂的构造，造成其现场施工困难，施工周期长，受环境影响较大等问题。而装配式结构的各构件预先在工厂设计和加工制造，然后统一运至现场进行安装，具有施工速度快，经济效益高，受环境影响小等优点，填补了现浇型钢混凝土剪力墙的不足。但全预制装配型钢混凝土结构的连接复杂，节点区的可靠性及结构的整体性不易保证，且自重大，运输成本和吊装成本高。

公开号为CN112064824A的一种预制型钢混凝土剪力墙组合连接，其剪力墙的连接方式为在搭接套筋处后浇混凝土连接，其连接方式整体性不足。

发明内容

为了克服以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种部分预制空腔剪力墙混合结构及施工方法及应用；

本发明的目的一，通过对剪力墙的钢筋混凝土进行部分预制，现场施工将预制的剪力墙片套入预先安装的型钢上，浇筑空腔内混凝土的方式，使施工速度大大提高，结构的整体性得到保证。此外，将中间竖向钢筋用方钢管进行替换，大大简化钢筋的搭接过程；

本发明的目的二：在预制墙片时将波纹腹板箱型连接件与横向分布钢筋焊接，预埋进预制型钢混凝土墙片中，并设计了三种不同形状的连接方式，水平连接件钢板与型钢上均设有栓钉，进一步增强水平连接作用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种部分预制空腔剪力墙混合结构，包括预制混凝土剪力墙片，预制混凝土剪力墙片由预制混凝土预制而成，沿高度方向，预制混凝土剪力墙片的两端设置有竖直贯穿预制混凝土剪力墙片上下端的工字型钢一，预制混凝土剪力墙片的中间贯穿设置有两个方钢管，预制混凝土剪力墙片中布置有空腔一和空腔二；

所述空腔一中沿高度方向置入工字型钢一，空腔二中沿高度方向置入方钢管，空腔一中现浇混凝土，方钢管中填充灌浆料。

所述空腔一竖向设置并贯穿预制混凝土剪力墙片形成上下通孔，施工时穿入工字型钢一然后浇筑现浇混凝土；空腔二不进行贯穿设置，空腔二仅布置在预制混凝土剪力墙片的下部，施工时套入方钢管，然后注入灌浆料。

所述空腔一开口大于对应位置的工字型钢一，空腔二的开口大于对应位置的方钢管，以便于工字型钢一和方钢管的定位以及防止因工厂生产的误差而导致工字型钢一和方钢管不能插入空腔内；

所述方钢管在工厂嵌入预制混凝土墙片中间部分上端，工字型钢一制作好后在施工现场安装；所述工字型钢一采用蜂窝钢。

所述空腔一的两端设置箱型钢管一，箱型钢管一为带有缩口的结构，所述箱型钢管一四个角外侧焊接有纵筋，纵筋外侧固定有箍筋；

所述空腔二包括带有缩口的箱型钢管二，带有缩口的箱型钢管二底部封口，带有缩口的箱型钢管二设置于中间部位，带有缩口的箱型钢管二上预留注浆孔，带有缩口的箱型钢管二上插入方钢管，注浆孔用于灌浆。

所述箱型钢管一和箱型钢管二形状采用矩形截面或圆形截面；

所述箱型钢管一和箱型钢管二采用矩形截面，缩口部分由两片大小相同的矩形钢板及两片大小相同的梯形钢板焊接，主体部分为一段箱型钢管，采用钢板焊接。

所述空腔一中间部分中间部分为泡沫板或方钢管。

部分预制空腔剪力墙混合结构的应用，当水平方向所需剪力墙较长时，需要对部分预制空腔剪力墙采用水平连接系统连接；所述水平连接系统，包括有一字形、L形和T形三种水平连接方式；

直线方向所需剪力墙较长，边缘约束构件跨度较大时，采用一字形；

剪力墙应用于拐角处时，采用L形；

剪力墙应用于T形连接时，采用T形；

采用一字形连接时，上述剪力墙的一端空腔一替换为预埋波纹腹板箱型连接件一，连接件交接处设有工字型钢二；

采用L形时连接时，上述剪力墙的一端空腔一替换为预埋波纹腹板箱型连接件二，连接件交接处设有L字形钢；

采用T形时连接时，上述剪力墙的一端空腔一替换为预埋波纹腹板箱型连接件三，另一剪力墙替换为预埋波纹腹板箱型连接件四，连接件交接处设有T字形钢。

所述预制波纹腹板箱型连接件一包含两块相同矩形波纹腹板，其一端均与大钢板焊接，另一端各焊接一块相同的矩形小钢板，所述预制波纹腹板箱型连接件一的两个腹板的小钢板方向均与大钢板平行；

所述预制波纹腹板箱型连接件二包含一短一长波纹腹板，一端均为平截面，一端为同方向斜截面，其平截面端均与大钢板焊接，斜截面端各焊接相同的矩形小钢板，所述预制波纹腹板箱型连接件二的两个腹板的小钢板方向均与大钢板成45°角；

所述预制波纹腹板箱型连接件三包含两块相同波纹腹板，一端均为平截面，一端为镜像对称斜截面，其平截面端均与大钢板焊接，斜截面端各焊接相同的矩形小钢板，预制波纹腹板箱型连接件三的两个腹板的小钢板方向分别为与大钢板成45°角和135°角；

所述预制波纹腹板箱型连接件四包含两块相同波纹腹板，一端均为平截面，另一端一个为斜截面，一个为平截面，其平截面端均与大钢板焊接，斜截面与平截面端各焊接相同的矩形小钢板，两个腹板的小钢板方向分别为与大钢板成45°角和平行。

所述水平连接系统的波纹腹板分别焊接在靠近墙体一侧的矩形大钢板上的两侧，其中大钢板上均焊有栓钉，水平连接系统相互连接的矩形小钢板之间均开有孔洞，采用螺栓连接。

所述水平连接系统所围成的区域中穿插型钢，型钢上均焊有栓钉，型钢形状根据水平连接形状所定，一字形水平连接时采用H型钢，L字形水平连接时采用L形异形型钢，T字形水平连接时采用T形异形型钢。

一种部分预制空腔剪力墙混合结构的施工方法，包括如下步骤：

S1，在工厂，在工字型钢一的腹板和方钢管上都焊接栓钉，将两片大小相同的矩形钢板及两片大小相同的梯形钢板焊接形成缩口，开口端焊接一段钢管端口形成箱型钢管一，将缩口的另一端封底形成箱型钢管二，将纵筋焊接于箱型钢管一的四个角上，放入泡沫板作为空心内模，然后进行钢筋笼的绑扎，固定好方钢管和箱型钢管二；对绑扎好的钢筋笼进行支模，模板两端留有开口，待预制混凝土达到一定强度后，用松香水将泡沫板溶解，形成带有空腔一和空腔二的预制混凝土剪力墙片；

S2，将带有空腔一和空腔二的预制混凝土剪力墙片和工字型钢一运至施工现场；

S3，施工时，先进行工字型钢一的安装，然后将预制混凝土剪力墙片套入到工字型钢一上，对楼板进行钢筋的绑扎以及支模工作，空腔一内混凝土随楼板混凝土同时浇筑，空腔二用灌浆料进行填充；

S4，待现浇混凝土达到一定强度后，上层预制混凝土墙片根据工字型钢一和方钢管定位往上搭建，再浇筑现浇混凝土，以此重复进行，直至所有层钢框架-型钢混凝土剪力墙结构均安装完毕。

所述S1包括：工字型钢一与方钢管所焊接的栓钉不同，工字型钢一上栓钉略长于方钢管上栓钉，工字型钢一与方钢管上栓钉间距均一致，在箱型钢管二的上下两端焊接圆形注浆孔钢管，靠近箱型钢管二且在注浆孔钢管一侧的竖向分布钢筋需缩短至箱型钢管二之上，绑扎方钢管与箱型钢管二时两者需在同一垂直线上，以避免本层方钢管不能插进上层墙片的箱型钢管二中；

做连接墙片时，在横向分布钢筋一端焊接预制波纹腹板箱型连接件，替代空腔一与此端箍筋；

靠近空腔二且在灌浆孔一侧的竖向分布钢筋应缩短至空腔二底部之上，以给焊接在空腔二上的注浆孔钢管留出足够的空间。

所述S2包括：空腔一采用贯穿结构，空腔二只设置在预制混凝土剪力墙片中间部分的下端。

所述S3包括：安装连接墙片时，先安装工字型钢一与水平连接型钢，将水平连接墙片套入，再拧紧连接件交接处的螺栓，随后同楼板一同浇筑现浇混凝土。

本发明的有益效果：

1、施工速度快

本发明结合了部分预制装配技术，采用部分预制、部分现浇的制作方法，相比完全现浇型钢混凝土剪力墙结构，其省去现场绑扎钢筋、支模等过程，并且现场只须用现浇混凝土对空腔进行填充，湿作业量大大降低，施工过程大大简化，且上层结构的施工不必等到现浇混凝土达到一定强度后进行，其预制的剪力墙片可承担施工荷载，大大缩短了工期。

2、结构整体性好

本发明预制剪力墙片空腔采用缩口处理，使现浇和预制混凝土之间能够紧密结合而不出现错动；此外，通过现浇和预制结合使结构的整体性及连接区域的可靠性大大增强。

3、节约成本

本发明的施工过程湿作业量小，空腔部分可以作为现浇部分的模板，省去大量的模板及支撑的费用，且现场无需进行大面积的钢筋绑扎，人工费用大大降低。

4、水平连接作用好

本发明水平连接采用将波纹腹板箱型连接件预埋进预制混凝土内，大钢板背面焊有栓钉，增强连接件与混凝土直接的水平连接作用，小钢板两侧开有螺栓孔，腹板采用波纹状，大大增强墙片之间的水平连接作用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的布置图。

图3是本发明的施工流程图。

图4是本发明的一字形水平连接示意图。

图5是本发明的L字形水平连接示意图。

图6是本发明的T字形水平连接示意图。

图7是本发明的箱型钢管一详图。

图8是本发明的俯视示意图。

图9是本发明的空腔与型钢和方钢管组合结构示意图。

图10是本发明的钢筋分布示意图。

图11是本发明的空腔一和空腔二示意图。

图12是本发明的预埋波纹腹板箱型连接件一、二、三、四示意图。

图13是本发明的水平连接节点处型钢一、二、三示意图。

图14是本发明的连接件交接处连接详图。

附图标记：

预制混凝土剪力墙片1；工字型钢一2；现浇混凝土3；方钢管4；空腔一5；空腔二6；预制混凝土7；竖向分布钢筋8；横向分布钢筋9；纵筋10；箍筋11；箱型钢管一12；箱型钢管二13；灌浆料14；注浆孔15；预埋波纹腹板箱型连接件一16；预埋波纹腹板箱型连接件二17；预埋波纹腹板箱型连接件三18；预埋波纹腹板箱型连接件四19；工字型钢二20；L字形钢21；T字形钢22；螺栓23。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参考图1～图11，本发明基于叠合法施工的钢框架-型钢混凝土剪力墙，主要包括带有竖向空腔一5和竖向空腔二6的预制混凝土剪力墙片1，插入空腔一5的工字型钢一2，插入空腔二6的方钢管4，以及浇筑于空腔一5的现浇混凝土3和填充于空腔二6的灌浆料14，方钢管4中填充灌浆料14。

其中预制混凝土剪力墙片1的空腔一5和空腔二6各两个且对称布置于预制混凝土剪力墙片1的两端和中间，其中空腔一5为贯穿设置，空腔二6仅布置在预制混凝土剪力墙片1的下部，两者开口均缩口处理，缩口为两片大小相同的矩形钢板及两片大小相同的梯形钢板焊接而成，其开口处截面小于空腔内部截面；预制混凝土剪力墙片1由预制混凝土7预制而成，以保证现浇混凝土3和预制混凝土7之间的共同工作性能；插入空腔一5的工字型钢一2的腹板上焊接栓钉，以保证工字型钢一2与现浇混凝土3之间的黏结；预制混凝土7采用超高性能混凝土，现浇混凝土3采用普通混凝土，随楼板混凝土同时浇筑。此外，为简化钢筋的搭接过程，将中间竖向钢筋用方钢管4进行替换，方钢管4外部焊接栓钉，嵌入在预制混凝土剪力墙片1中间部分的上端。

本发明基于叠合法施工的钢框架-型钢混凝土剪力墙，包括预制部分施工和现场施工，其中预制部分施工主要是制备预制混凝土墙片1，现场施工主要是安装预制部分和插入工字型钢一2并浇筑现浇混凝土3。

沿预制混凝土剪力墙片1的长度方向，空腔一5和空腔二6各两个且对称布置于预制混凝土剪力墙片1的两端和中间，其中空腔一5为贯穿设置，空腔二6仅布置在预制混凝土剪力墙片1的下部，两者开口均缩口处理，缩口为两片大小相同的矩形钢板及两片大小相同的梯形钢板焊接而成，其开口处截面小于空腔内部截面。

如图1所示，基于一部分预制成型后在其上浇筑剩余部分的叠合法施工的钢框架-型钢混凝土剪力墙的制备包括以下步骤：

S1，在工厂，在工字型钢一2腹板和方钢管4上都焊接栓钉。将两片大小相同的矩形钢板及两片大小相同的梯形钢板焊接形成缩口，开口端焊接一段钢管端口形成箱型钢管一12，将缩口的另一端封底形成箱型钢管二13，将纵筋焊接于箱型钢管一12的四个角上，放入泡沫板作为空心内模，然后进行钢筋笼的绑扎，固定好方钢管4和箱型钢管二13；对绑扎好的钢筋笼进行支模，模板两端留有开口，待预制混凝土7达到一定强度后，用松香水将泡沫板溶解，形成带有空腔一5和空腔二6的预制混凝土剪力墙片1。

进一步的，工字型钢一2与方钢管4所焊接的栓钉不同，工字型钢一2上栓钉略长于方钢管4上栓钉，工字型钢一2与方钢管4上栓钉间距均一致。在箱型钢管二13的上下两端焊接圆形注浆孔15钢管，靠近箱型钢管二13且在注浆孔15钢管一侧的竖向分布钢筋8需缩短至箱型钢管二13之上。绑扎方钢管4与箱型钢管二13时两者需在同一垂线上，以避免本层箱型钢管二13不能插进下层墙片的方钢管4中。

S2，将带有空腔一5和空腔二6的预制混凝土剪力墙片1和工字型钢一2运至施工现场。

进一步的，空腔一5采用贯穿设计，空腔二6只设计在剪力墙中间部分的下端且在其上下两端焊接钢管以注浆。

S3，施工时，先进行工字型钢一2的安装，然后将预制混凝土剪力墙片1套入到工字型钢一2上，对楼板进行钢筋的绑扎以及支模工作，空腔一5内混凝土随楼板混凝土同时浇筑，空腔二6用灌浆料14进行填充。

进一步的，所述预制混凝土7采用超高性能混凝土，现浇混凝土3采用普通混凝土。

S4，待现浇混凝土3达到一定强度后，上层预制混凝土墙片1根据工字型钢一2和方钢管4定位往上搭建，再浇筑现浇混凝土3，以此重复进行，直至所有层钢框架-型钢混凝土剪力墙结构均安装完毕。

进一步的，方钢管4的长度需考虑嵌入预制墙片部分、楼板厚度和空腔二长度共三部分，以防浇筑现浇混凝土3后方钢管4不能较好的插入空腔二6。

预制混凝土剪力墙片中间部分上端设计方钢管4，下端设计为空腔二6，代替了竖向钢筋，大大节省了钢材用量且减少了施工量。

如图2所示，一种部分预制空腔剪力墙，应用于高层建筑剪力墙结构体系，有效节省施工成本，且施工便利。

如图3所示，根据已完成的下层剪力墙伸出的工字型钢一2和方钢管4定位本层剪力墙片，将预制剪力墙片1套入工字型钢一2和方钢管4中，再与楼板一同浇筑现浇混凝土3，待混凝土达到一定强度后重复此步骤直至所有层钢框架-型钢混凝土剪力墙结构安装完毕。通过将预制墙片1套入工字型钢一2和方钢管4中可省去大量绑扎钢筋与支模板的工作量，缩短项目工期。

如图4所示，一种本发明剪力墙的水平连接，在需要较长剪力墙时，采用一字形水平连接。

如图5所示，一种本发明剪力墙的水平连接，剪力墙位于墙角处时，采用L字形水平连接。

如图6所示，一种本发明剪力墙的水平连接，剪力墙应用于T形时，采用T字形水平连接。

如图7所示，在空腔一5的两端为箱型钢管一12，其四个角布置纵筋10与之形成边缘约束构件，改善剪力墙的受力性能，空腔一5内与楼板一同浇筑现浇混凝土3

如图8所示，一种部分预制空腔剪力墙，墙片主体为预制混凝土7，墙两端设置空腔一5，空腔一5内布置工字型钢一2，装配后浇筑现浇混凝土3，墙中间设置嵌入式方钢管4，墙面两侧设置横向分布钢筋9和竖向分布钢筋8。

如图9所示，工字型钢一2和方钢管4上焊接栓钉，可提高各自与混凝土的连接性能和结构整体性；另选的，工字型钢一2可采用蜂窝钢，可有效节约钢材，降低成本。箱型钢管一12和箱型钢管二13缩口的开口大小分别略大于工字型钢一2和方钢管4以防止制造误差而导致工字型钢一2和方钢管4分别不能插入空腔一5和空腔二6内；预制剪力墙片中间部分的上端和下端分别采用方钢管4和空腔二6设计构造，与方钢管贯穿设计相比，大大节省钢材并减少了现场施工量。

如图10所示，靠近空腔二6且在灌浆孔15一侧的竖向分布钢筋8应缩短至空腔二6底部之上，以给焊接在空腔二6上的注浆孔15钢管留出足够的空间。

如图11所示，泡沫板和箱型钢管一12组成空腔一5，泡沫板在混凝土达到一定强度后用松香水溶解。可选的，空腔一5中间部分亦采用方钢管，两端焊接锥形钢套筒。空腔一5内浇筑现浇混凝土3，随楼板一同浇筑，空腔二6内用灌浆料14填充。

如图12所示，连接件大钢板上焊接栓钉，小钢板之间连接采用螺栓23。四种连接件应用于不同形状的水平连接，包括：预制波纹腹板箱型连接件一16的两个腹板的小钢板方向均与大钢板平行；预制波纹腹板箱型连接件二17的两个腹板的小钢板方向均与大钢板成45°角；预制波纹腹板箱型连接件三18的两个腹板的小钢板方向分别为与大钢板成45°角和135°角；预制波纹腹板箱型连接件四19的两个腹板的小钢板方向分别为与大钢板成45°角和平行。

如图13所示，连接件型钢上均焊有栓钉，以加强型钢与现浇混凝土之间的整体性。

如图14所示，连接件小钢板之间采用螺栓23连接，确保连接件在现浇混凝土浇筑前的水平连接。