一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙及其连接方法

技术领域

本发明属于装配式建筑技术领域，更具体地说，涉及一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙及其连接方法。

背景技术

剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙。剪力墙是房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载(重力)的墙体，该墙体可防止结构剪切破坏。现有剪力墙一般为钢筋混凝土造，其目的是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，以承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力。目前，剪力墙在高层房屋中被大量运用，以保证建筑物安全。

目前预制钢筋混凝土剪力墙的水平连接方式多为预埋钢筋灌浆套筒或预埋环形钢筋并后浇混凝土方式进行连接。但由于密肋剪力墙实际受力部分为混凝土/钢肋，截面尺寸较小，无法直接沿用传统的连接方式。

经检索，中国专利公开号为CN 217105672 U的申请案，公开了一种新型装配式剪力墙水平节点连接结构。该申请案中，所述左预制密肋复合墙体的连接处通过两块H型钢与右预制密肋复合墙体保持连接，所述左预制密肋复合墙体的上侧设有一根全贯穿高强带肋预埋钢筋一，所述左预制密肋复合墙体的下侧两端均设有预留孔一，所述右预制密肋复合墙体的上侧设有一根全贯穿高强带肋预埋钢筋二，所述右预制密肋复合墙体的下侧两端均设有预留孔二。该申请案虽然能够提高节点处的刚性，但连接节点处的耗能性能有待进一步提高。

发明内容

1、要解决的问题

针对以上现有技术中存在的至少一些问题，本发明提出一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙及其连接方法，其目的在于提供一种力学性能优越同时连接简单的预制多层密肋剪力墙水平面内的扩展连接方式。

2、技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙，包括墙体以及用于墙体水平方向连接的水平拼接节点，所述的水平拼接节点包括T型钢以及拼接盖板，其中，所述的T型钢通过其腹板预埋在墙体的端部，该T型钢的翼缘上开设有供连接螺栓穿过的槽孔，相邻墙体上的T型钢的翼缘对齐后通过拼接盖板进行拼接安装，并后浇混凝土。

进一步地，所述T型钢的腹板两侧均设有栓钉，且两个T型钢之间形成的浇筑区域内设有第一钢筋骨架。

进一步地，所述墙体在竖向方向通过竖向拼接节点进行连接，所述的竖向拼接节点包括预埋在墙体中的波纹管、以及位于该波纹管内的第二钢筋骨架；通过向波纹管内后浇筑混凝土，完成上下墙体之间的连接。

进一步地，所述的第一钢筋骨架、第二钢筋骨架均包括箍筋和纵向钢筋，其中，所述第二钢筋骨架的箍筋的外侧设有连接增强件。

进一步地，所述的连接增强件设置在距离竖向拼接节点不小于300mm的范围内，且相邻的连接增强件间隔200mm。

进一步地，所述的连接增强件为钢条，且该钢条的最小边长不大于纵向钢筋与波纹管内壁之间间距的0.4倍。

进一步地，所述第二钢筋骨架的纵向钢筋的直径不大于22mm，箍筋的直径不小于10mm。

进一步地，所述的墙体与基础承台之间通过墙角拼接节点相连接，所述的墙角拼接节点包括预埋在墙体底部的连接型钢，以及预埋在基础承台内的地脚螺栓；所述的连接型钢通过其底部的底板与地脚螺栓进行连接。

进一步地，所述连接型钢的外周壁设有栓钉，且连接型钢与底板之间设有加劲肋。

本发明还提供一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙的连接方法，包括以下步骤，

S1、先将底层墙体吊装至预定位置，并连接基础承台内的地脚螺栓；

S2、将相邻墙体上的T型钢对齐，然后通过拼接盖板进行连接，在水平节点处形成组合H型钢构件；

S3、浇筑墙角节点处混凝土以及水平节点处混凝土，使得墙脚处形成预埋刚性墙脚，墙体水平扩展部位形成组合H型钢混凝土连接节点；

S4、在第一层墙板施工完毕后，吊装第二层墙板；

S5、墙板吊装到位后在预埋波纹管内插入第二钢筋骨架并灌入混凝土，浇筑结束后钢筋笼需高于第二层墙板顶面；

S6、依次进行后续标准层墙体的水平与竖向连接。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙，通过在墙体端部埋置带槽孔的T型钢，随后在现场进行拼接安装并后浇混凝土，可在密肋剪力墙间节点处形成组合H型钢混凝土构件，使得该节点在具有较高的刚度以及耗能能力的同时，还可有效减少现场湿作业，实现现场高效安装。另外，通过槽孔滑移节点以摩擦耗能，可进一步提高节点处的耗能性能。

(2)本发明的一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙，通过在密肋墙各肋中部预埋波纹管，随后在现场插入特制的钢筋笼并后浇混凝土，可在剪力墙节点及墙体中形成波纹管钢筋混凝土叠合柱构件，通过波纹管及外侧钢筋混凝土提供侧向约束，提高了竖向拼接节点处的力学性能，使剪力墙竖向拼接节点及墙体本身具有较好的耗能能力。

(3)本发明的一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙，通过在密肋墙底部预埋连接型钢，并在基础承台处埋置地脚螺栓，现场连接时将连接型钢与地脚螺栓机械连接，优化了连接处的构造，将传统的钢筋绑扎搭接替换为地脚螺栓与连接型钢的机械连接，实现了预制多层密肋剪力墙与基础承台的高效现场安装；同时，通过后浇混凝土方式进一步保证了节点整体性及其强度。

附图说明

图1为本发明中水平拼接节点的结构示意图；

图2为本发明中“一字型”水平拼接节点处的放大示意图；

图3为本发明中“L型”水平拼接节点处的放大示意图；

图4为本发明中“T型”水平拼接节点处的放大示意图；

图5为本发明中竖向拼接节点处的结构放大示意图；

图6为本发明中第二钢筋骨架的结构示意图；

图7为本发明中墙角处的结构示意图；

图8为本发明中墙角处浇筑后的结构示意图；

图9为图8中的局部放大示意图；

图10为本发明中连接型钢的结构示意图；

图11为本发明中连接型钢的俯视图；

图12为水平地震荷载作用下水平拼接节点处纵剪力分布示意图；

图13为本发明中水平拼接节点处摩擦滞回耗能示意图；

图14为本发明中水平拼接节点处摩擦耗能滞回曲线。

图中：1、墙体；2、水平拼接节点；21、T型钢；22、拼接盖板；23、连接螺栓；24、槽孔；25、第一钢筋骨架；

3、竖向拼接节点；31、波纹管；32、第二钢筋骨架；321、箍筋；322、纵向钢筋；323、连接增强件；

4、墙角拼接节点；41、连接型钢；42、地脚螺栓；43、底板；44、加劲肋；

5、栓钉；6、基础承台。

具体实施方式

本发明的目的是提出一种预制多层密肋复合墙的水平、竖向以及墙角处的节点连接方式，使其可实现双向扩展，增加剪力墙布置的灵活性；同时，避免现场焊接，减少现场湿作业，实现现场高效安装。另外，还可加强密肋墙自身的耗能能力，使其有望应用于高层建筑中。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例作为预制多层密肋复合墙水平拼接节点的一种实施方式。首先，需要说明的，该节点可依据实际需求而形成不同的截面形成，下面列举了三种常用的截面形成，参考图2、图3、图4所示，分别为“一字型”连接节点、“L型”连接节点以及“T型”连接节点。为方便介绍，本实施例中以“一字型”连接节点的具体结构及其连接方式，进行详细的说明。

参考图1、图2所示，所述的水平拼接节点2包括T型钢21以及拼接盖板22。其中，所述的T型钢21通过其腹板预埋在墙体1的端部，且该T型钢21的翼缘上开设有供连接螺栓23穿过的槽孔24。

装配时，将相邻墙体1上的T型钢21的翼板对齐，然后利用连接螺栓23和拼接盖板22将两个翼板相连接，并后浇混凝土，从而完成墙体1的水平扩展，并在该节点处形成组合H型钢混凝土构件。优选地，所述的连接螺栓23为高强螺栓。

为防止后浇混凝土在地震荷载作用下发生严重开裂，影响构件整体承载力与耐久性。在混凝土浇筑区域需配置第一钢筋骨架25，该钢筋骨架的具体结构为现有技术，且其的尺寸与箍筋间距按国家规范执行，在此不再赘述。

同时，所述组合H型钢混凝土组合节点两侧T型钢与密肋墙以及与后浇混凝土间需设置抗剪栓钉5，栓钉5与混凝土间的连接需满足完全抗剪连接的要求，保证钢与混凝土间的协同工作。

本实施例的一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙，在密肋剪力墙制作时，槽孔24大小及间距可根据完全抗剪连接的要求进行设计，即螺栓的抗剪承载力需高于单边T型钢构件的抗拉/抗压承载力。其中，水平地震荷载作用下组合H型钢连接处的纵剪力分布可参考图12。

在罕遇地震下该节点处可以通过槽孔24滑移节点以摩擦耗能，从而具有更好的耗能能力。结合图13、图14，可以看出，在T型钢21相连节点处采用多个槽孔24连接的构造，展现出了一定的耗能能力。当采用槽孔24进行连接时，整片墙体1的侧向刚度可能较小，在风荷载或多遇地震作用下外侧混凝土可能因变形不协调而开裂。此时可采用不设连接栓钉5或少设栓钉5的方式一定程度上释放混凝土内部的应力。除此之外，为避免外侧混凝土材料开裂，也可仅在节点外侧设置隔板，如、ALC板、加气混凝土砌块等。

本实施的一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙，通过在墙体1端部埋置带槽孔24的T型钢21，随后在现场进行拼接安装并后浇混凝土，可在密肋剪力墙间节点处形成组合H型钢混凝土构件。该节点具有较高的刚度以及显著的耗能能力，在多遇地震下剪力墙处于弹性阶段，限制结构的层间位移；在罕遇地震作用下主要依靠核心组合H型钢构件耗能，满足现行规范中“大震不倒”的要求。

实施例2

现有剪力墙的竖向连接方式大多采用预埋钢筋灌浆套筒并在现场进行拼接灌浆，但该方式在现场安装时易发生钢筋与套筒位置有偏差或灌浆不密实致使连接处强度较低等问题。针对该问题，在上述实施例的基础上，本实施例提供一种预制多层密肋复合墙竖向拼接节点3。

具体地，如图5所示，所述的竖向拼接节点3包括预埋在墙体1中的波纹管31、以及位于该波纹管31内的第二钢筋骨架32；通过向波纹管31内后浇筑混凝土，完成上下墙体1之间的连接。

如图6所示，所述的第二钢筋骨架32包括箍筋321和纵向钢筋322，其中，所述第二钢筋骨架32的箍筋321的外侧设有连接增强件323。

根据模型分析结果，在钢筋直径超过22mm时滞回曲线会出现明显“捏缩”，显著降低节点耗能能力，因此建议纵向钢筋322直径不宜大于22mm，以保证连接节点的耗能能力。同时，结合波纹管31直径限制(约为100mm左右)，纵向钢筋322优选为Φ14-Φ16钢筋，直径过大的话，钢筋笼内、外空间狭小，不便于混凝土浇筑。

所述的箍筋321也可通过其弯曲变形，增强钢筋-波纹管间相互作用，因此宜选用大直径箍筋，建议箍筋直径不小于Φ10。

另外，在距连接节点不小于300mm的范围内，每隔约200mm设置连接增强件323，该连接增强件323与箍筋321可通过焊接连接。这是因为混凝土肋的宽度正常在250mm左右，根据圣维南原理，连接节点处局部应力的影响区高度与截面宽度相等，也就为250mm左右。为增强节点域内性能，增强件设置范围不应小于250mm，但考虑施工质量等不利因素，这里增加到了300mm。同时，考虑增强件的锚固力成斜向45度传递，竖向影响范围也为200mm左右，因此增强件间隔200mm设置。

优选地，该连接增强件323可选用小钢条，且该钢条最小边长不大于纵向钢筋322与波纹管31内壁间距的0.4倍，以降低钢条附近的应力大小，减轻往复荷载作用下混凝土的损伤。

本实施例的一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙，所述波纹管31需提前预埋至混凝土肋中，波纹管31的外缘与肋中钢筋的距离不宜小于所浇筑混凝土骨料最大粒径的1.3倍；同时，波纹管31内浇筑的混凝土宜采用骨料公称粒径不超过16mm的细石混凝土，以保证混凝土浇筑质量。且所述波纹管31内后浇混凝土的标号宜高于预制密肋剪力墙的混凝土标号，以保证连接处的强度，使得所形成的波纹管叠合柱节点部分承载力应满足规范要求。

本实施例的一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙，所述波纹管31与外侧钢筋混凝土肋是在工厂内加工浇筑完成，在现场仅需插入特制的钢筋笼并浇筑混凝土即完成可靠连接。由于波纹管31纵向刚度较低，因此对轴向抗力的贡献较小。根据Von-Mises屈服准则，在极限状态下竖向应力较小，约束应力较大。因此，其对墙体本身及节点的力学性能具有显著的增强作用。由于波纹管31管壁一般较薄，在运输时易出现碰撞并引起局部屈曲，而外侧的钢筋混凝肋则可为波纹管31提供了一个有效支撑，使其方便运输并可与其余肋条共同工作。由此，波纹管31外侧的钢筋骨架的钢筋可采用较小尺寸的钢筋，只需达到运输安装过程中对核心波纹管的支撑及定位作用即可。核心波纹管钢筋混凝土部分主要用于承担竖向荷载及地震耗能，根据现有研究，波纹管31截面含钢率不宜低于1％，波纹管31内核心钢筋混凝土中钢筋配筋率不宜低于1％。

相比于传统的波纹钢管套筒连接相比，本实施例所采用的连接方式在同一剪力墙纵向肋上仅需设置一个波纹管31。该波纹管31直径较大，便于插入第二钢筋骨架32，同时对精度的要求较低，便于施工；另外采用特制钢筋骨架增强了剪力墙竖向连接节点性能，其与波纹管31可协同工作，抗震性能良好。

实施例3

现有剪力墙的墙脚节点做法为：先将墙体钢筋伸入基础承台处，随后将其与承台钢筋笼绑扎在一起，最后浇筑剪力墙与基础承台的混凝土，使二者形成稳定连接。然而，对于预制多层密肋剪力墙而言，由于其在工厂预制，无法沿用目前现浇墙脚的做法。

因此，在上述实施例的基础上，本实施例提供一种预制多层密肋剪力墙墙角拼接节点4，用于完成墙体1与基础承台6之间的稳定、高效连接。

具体地，参考图7-图11所示，所述的墙角拼接节点4包括连接型钢41和地脚螺栓42。其中，所述的连接型钢41预埋在墙体1的底部，地脚螺栓42预埋在基础承台6内，连接型钢41通过其底部的底板43与地脚螺栓42进行连接。然后浇筑混凝土，以完成墙体1与基础承台6之间的连接。当然，所述的底板43上需开设供地脚螺栓42穿过的螺孔。

由于墙角拼接节点4处所受弯矩较大、底板43与型钢连接处局部应力较高。因此，所述连接型钢41上可焊接栓钉5，且底板43与连接型钢41相连处设置加劲肋44，以形成刚性墙脚连接，从而增强其性能。另外，后浇混凝土的强度标号不应低于承台混凝土的强度标号。

本实施例的一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙，在基础承台6浇筑时，需预埋地脚螺栓42，该螺栓的位置及数量与底板43上的的螺孔相对应。在现场安装时，先将预制密肋剪力墙吊装至相应位置，并将地脚螺栓42穿过底板43通过机械连接予以连接；随后，浇筑混凝土底板，使连接型钢41与基础承台6形成整体，增强节点的力学性能。

在预制及安装时需要注意的是：1)底板43上的的螺孔可采用大螺孔，其直径比螺栓公称直径大5mm左右，以避免施工误差所致的安装问题；2)连接型钢上应预设抗剪连接件(栓钉、槽钢或采用PBL剪力连接件)；3)地脚螺栓42及底板43的应符合《钢结构设计标准》GB50017的相关规定。

本实施例的一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙，通过在密肋墙底部预埋连接型钢41，并在基础承台6处埋置地脚螺栓42；将传统的钢筋绑扎搭接替换为地脚螺栓42与连接型钢41间的机械连接，优化了连接处的构造，实现了预制多层密肋剪力墙与基础承台的高效现场安装；同时，通过后浇混凝土方式进一步保证了节点整体性及其强度。

本实施例的一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙的连接方法，包括：

S1、先将底层墙体1吊装至预定位置并连接承台地脚螺栓42；

S2、将边缘T型钢构件与相邻墙体相连，在节点处形成组合H型钢构件；

S3、浇筑底板混凝土与节点处混凝土，墙脚处形成预埋刚性墙脚，墙体水平扩展部位形成组合H型钢混凝土连接节点；

S4、在第一层墙板(实际自然楼层根据设计所需会有所变化，一般为2-3层)施工完毕后，吊装第二层墙板；

S5、墙板吊装到位后在预埋波纹管内插入钢筋骨架并灌入混凝土，浇筑结束后钢筋骨架需高于第二层墙板顶面，高度需满足相关规范要求；

S6、依次进行后续标准层墙体的水平与竖向连接。

综上所述，本发明的一种钢-混组合连接的预制多层密肋复合墙及其连接方法，包括水平、竖向及墙脚节点形式，突破了传统剪力墙钢筋灌浆套筒节点及埋置环状钢筋对埋置深度要求高、构件尺寸需求大、灌浆后振捣不密实的缺点；充分发挥了钢结构快速装配、产品质量好、易组合的优势，最终形成了一系列现场连接高效、耗能能力墙的墙体连接节点形式，在高层装配式建筑结构中具有广阔的应用前景。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。