专利名称：一种钢管轻骨料混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑领域的一种建筑结构体系，更具体而言是指一种钢管轻骨料混凝土(LWAC)柱-扁梁-剪力墙结构体系。
背景技术：
随着我国高层建筑的发展，越来越多的地方已经或正在计划建高层、超高层建筑， 钢管混凝土柱成为许多高层、超高层建筑的选择，采用钢管混凝土柱可提高柱子的极限承载能力和塑性变形能力，可以减少柱的截面积，增大建筑使用空间。但对于超高层建筑，采用钢管混凝土柱、普通混凝土梁和剪力墙，建筑的自重仍较大，地震效应较大。如果能在钢管混凝土柱、梁和剪力墙中采用轻骨料混凝土，以降低建筑自重，减少梁、剪力墙及基础的配筋量，减少在地震荷载作用下的地震作用(地震作用是与建筑的总重量成正比)，这将进一步突破高层建筑发展的瓶颈，推动高层建筑结构技术的进步。目前申请号200610151188. 5张素梅等人发明的钢管约束型钢高强混凝土柱，可提高柱极限轴压比，具有良好的抗震性能。申请号200910086837. 1于清、宋天诣发明的混合式-混凝土组合框架结构体系，该结构通过在采用钢管轻骨料混凝土梁和柱减轻了结构自重，另外通过钢管外层设置混凝土以及构造钢筋和箍筋，提高了结构耐火性能和承载力。 申请号86106474刘建群发明的预应力钢管混凝土柱，该专利主要通过对混凝土柱核心区混凝土施加预应力从而达到提高钢管混凝土柱轴向抗压承载力的目的。现有专利及文献均没有关于钢管LWAC柱-扁梁-剪力墙结构体系的报道。轻骨料混凝土由于密度小、保温性能好、抗震性能好，适用于高层及大跨度建筑， 目前国内外已有轻骨料混凝土的许多理论研究成果和丰富的工程应用经验，并取得了显著的技术效益、经济效益和社会效益。轻骨料混凝土中的轻骨料包括陶粒、火山渣(浮石)、煤矸石等，其中陶粒包括页岩陶粒、粉煤灰陶粒及粘土陶粒。陶粒的生产能够减少对自然环境的破坏，促进资源的循环利用，这主要是因为生产陶粒的原材料可以是页岩、工业废料、燃料废渣以及河流湖泊中的淤泥等，来源十分广泛，有效减少人类对自然资源的过度开采和利用。陶粒混凝土具有许多优点和特殊的功能，如陶粒混凝土质轻、环保、节能等，虽然单价偏高，但其能减轻建筑自重，减少梁、柱、基础的配筋，提高建筑的抗震性能，在合理设计情况下，能获得较好的综合经济效益。在建筑物的总高度受限制，又要增加层数，或者层高一定，要增加建筑室内净高时，采用常规的框架结构体系已不能满足要求，这时采用扁梁结构体系是解决此类问题的有效方法之一。扁梁结构体系具有降低建筑总高或增加室内净高，避免管道穿梁等优点。多年来，国内外专家学者对扁梁结构体系进行了多方面的科学研究，例如扁梁在荷载作用下的受弯性能、扁梁与柱节点内外核心区的受力机理，以及扁梁和柱的受力性能和抗震特性等。因为扁梁结构体系的受力特性和优点，在结构设计中采用扁梁较容易实现 “强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的抗震设计理念，再加上目前国家对建筑物高度的限制，因此近年来扁梁作为一种新的结构体系在建筑结构中获得广泛的应用。
剪力墙结构体系有很好的侧向刚度和承载力，而且有很好的整体性和空间作用， 能很好抵抗地震作用，广泛应用于高层建筑。在对建筑高度的追求和对净高的要求下，考虑上述钢管混凝土结构体系、轻骨料混凝土结构体系、扁梁结构体系与剪力墙结构体系的优点，本发明提出将轻骨料混凝土 (LffAC)用于钢管混凝土柱、扁梁和剪力墙中，将钢管LWAC柱、配筋LWAC扁梁、配筋LWAC剪力墙结合形成一种新型的结构体系，充分发挥各自的优点和功能。在相同承载力的情况下减少柱截面面积，扩大建筑使用面积；在保证相同净高的情况下大幅降低建筑物的层高，在相同建筑总高情况下增加建筑层数，方便施工，缩短施工周期；采用轻骨料混凝土，可减少建筑总自重，减少梁、剪力墙和基础的配筋，并增强剪力墙保温、隔热、隔音和防火性能；采用的剪力墙具有较大的抗侧刚度，可弥补扁梁结构抗侧刚度低的缺点。本专利提出的新型结构体系，具有很好的经济、社会和环保效益。
发明内容
本发明目的在于提供一种钢管轻骨料混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系，该结构体系充分发挥轻骨料混凝土自重小等优点；将它与扁梁结构和剪力墙结构相结合，不但降低了层高，而且还提高了结构的抗侧刚度，其经济、社会和环保效益显著。本发明的技术方案在于一种钢管轻骨料混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系，包括钢管混凝土柱、钢筋混凝土梁和钢筋混凝土剪力墙，其特征在于所述钢管混凝土柱为采用轻骨料混凝土浇筑而成的钢管轻骨料混凝土柱，所述钢筋混凝土梁为采用轻骨料混凝土浇筑而成的配筋轻骨料混凝土扁梁，所述钢筋混凝土剪力墙为采用轻骨料混凝土浇筑而成的配筋轻骨料混凝土剪力墙。在一较佳实施例中，所述的轻骨料混凝土的干表观密度低于1950kg/m3，每立方材料各组分用量为水泥砂轻骨料粉煤灰硅灰水高效减水剂=400 500kg 600 800kg 400 800kg 0 200kg 0 60kg :100 200kg 0 15kg。上述的轻骨料包括陶粒、火山渣(浮石)、煤矸石等，其中陶粒可采用页岩陶粒、粉煤灰陶粒及粘土陶粒中的一种或几种。扁梁结构体系的抗侧刚度较低，而剪力墙结构的抗侧刚度大，将两者相结合和进行互补，可以减少建筑层间位移和顶点位移。本发明的钢管LWAC柱-扁梁-剪力墙结构体系汇集了钢管混凝土柱结构体系、扁梁结构体系、轻骨料混凝土结构体系和剪力墙结构体系四者的优点，还具有一些独特的力学性能和使用性能
1.在高层、超高层建筑中，当普通钢管混凝土柱无法满足其受力性能和抗震性能时，需要在钢管混凝土柱中配置钢筋(纵筋和箍筋等)或采用双层钢管等，这会延长施工周期，增大施工难度。将钢管混凝土柱、扁梁及剪力墙中的混凝土改用轻骨料混凝土后，结构自重可以降低20% 40%，由于地震作用和上部结构的自重成正比，当采用本专利提出的新型结构体系时，由地震产生的水平剪力大大降低。另外，轻骨料混凝土的弹性模量低，结构自重小， 结构周期变长，与钢管普通混凝土结构相比，钢管轻骨料混凝土结构变形能力增强，延性更好，抗震性能更好。采用钢管轻骨混凝土柱，通过减少建筑自重可达到减少柱截面积、或者避免在钢管混凝土柱中配置钢筋，或者采用双层钢管混凝土柱等，这样可以减少施工工序，缩短施工周期，节约成本。2.采用钢管LWAC柱、配筋LWAC扁梁和配筋LWAC剪力墙减轻了结构自重，减少梁、 剪力墙和基础的配筋，降低了传给基础的荷载，从而降低了基础造价，并可进一步减少钢管 LffAC柱截面尺寸，增加建筑使用面积。3.扁梁能有效地减少楼盖结构层高和建筑总高，从而减小风荷载和地震力对结构内力产生的不利影响，同时还能减少结构竖向构件的材料成本，节约造价。在总高不变的情况下，可以增加建筑层数。4.扁梁结构能够给建筑空间带来良好的效果，相对于普通钢筋混凝土梁，扁梁由于梁高较低，有利于室内空间的安排和布置，使得建筑空间宽敞舒适、美观大方。5.扁梁结构结构抗侧刚度较低，剪力墙结构抗侧刚度较大，将两者相结合，可以取长补短，使本专利提出的新型结构体系应用于超高层建筑成为可能。6.配筋LWAC剪力墙传热系数是配筋普通混凝土剪力墙的1/2 1/3，热工性能 (保温和隔热性能)好，隔音和防火性能好，舒适度好，节能效果明显。7.所采用的轻骨料混凝土中的骨料，可以采用页岩、工业废料、燃料废渣以及河流湖泊中的淤泥等作为原料来进行生产，废物循环利用，可有效减少人类对自然资源的过度开采和利用，环保效益明显。
图1是本发明钢管轻骨料混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系的平面示意图。图2是扁梁截面宽度小于钢管LWAC柱直径的平面示意图。图3是图2中的A-A剖视图。图4是扁梁截面宽度等于钢管LWAC柱直径的平面示意图。图5是图4中的B-B剖视图。图6是扁梁截面宽度大于钢管LWAC柱直径的平面示意图。图7是图6中的C-C剖视图。图中1钢管LWAC柱，2扁梁，3扁梁，4扁梁，5剪力墙，6纵筋，7附近箍筋，8牛腿。
具体实施例方式为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明。本发明的钢管轻骨料混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系，包括钢管混凝土柱、钢筋混凝土梁和钢筋混凝土剪力墙5，其特征在于所述钢管混凝土柱为采用轻骨料混凝土浇筑而成的钢管轻骨料混凝土柱1，所述钢筋混凝土梁为采用轻骨料混凝土浇筑而成的配筋轻骨料混凝土扁梁2、3、或4，所述钢筋混凝土剪力墙为采用轻骨料混凝土浇筑而成的配筋轻骨料混凝土剪力墙。在本实施例中，所述的轻骨料混凝土的干表观密度低于1950kg/m3，每立方材料各组分用量为水泥砂轻骨料粉煤灰硅灰水高效减水剂=450kg :650kg :500kg 100kg :30kg :150kg 7. 5kg 轻骨料采用页岩陶粒，其主要作用是减轻结构体系的自重，具有显著的环保效益。轻骨料的强度低于石子，因此加入硅灰可以提高轻骨料混凝土的强度，这是由于硅灰粒径为100 200nm，二氧化硅含量98%以上，活性强，很容易与水泥水化产物氢氧化钙反应，生成C-S-H凝胶，填充混凝土内部的孔隙，从而提高了轻骨料混凝土的耐久性和强度。本发明钢管LWAC柱-扁梁-剪力墙结构体系如图1所示，图1中实体1表示钢管 LWAC柱，其余表示扁梁，阴影部分的扁梁，其下面布置有配筋LWAC剪力墙。虽然扁梁高度减小导致其承载力降低，但采用轻骨料混凝土后，结构自重降低，抗震性能变好，故也降低了分配到扁梁上的力。图2、3所示的扁梁截面宽度小于钢管LWAC柱的直径；图4、5所示的扁梁截面宽度等于钢管LWAC柱的直径；图6、7所示的扁梁截面宽度大于钢管LWAC柱的直径。钢管LWAC 柱与扁梁的节点构造见《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS^ :90)。钢管LWAC柱具体施工方法见《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS^ 90)； 配筋LWAC扁梁施工工序与普通钢筋混凝土梁相同。配筋LWAC剪力墙的施工工序与一般剪力墙的施工工艺相同。本发明不局限上述最佳实施方式，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种钢管轻骨料混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系，包括钢管混凝土柱、钢筋混凝土梁和钢筋混凝土剪力墙，其特征在于所述钢管混凝土柱为采用轻骨料混凝土浇筑而成的钢管轻骨料混凝土柱，所述钢筋混凝土梁为采用轻骨料混凝土浇筑而成的配筋轻骨料混凝土扁梁，所述钢筋混凝土剪力墙为采用轻骨料混凝土浇筑而成的配筋轻骨料混凝土剪力掉丄回O
2.根据权利要求1所述的钢管轻骨料混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系，其特征在于 所述的轻骨料混凝土的干表观密度低1950kg/m3，每立方材料各组分用量为水泥砂轻骨料粉煤灰硅灰水高效减水剂=400 500kg :600 800kg :400 800kg :0 200kg 0 60kg 100 200kg 0 15kg。
3.根据权利要求2所述的钢管轻骨料混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系，其特征在于 所述轻骨料主要包括陶粒、火山渣和煤矸石，其中陶粒采用页岩陶粒、粉煤灰陶粒及粘土陶粒中的一种或几种。
全文摘要
本发明涉及一种钢管轻骨料混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系，包括钢管混凝土柱、钢筋混凝土梁和钢筋混凝土剪力墙，所述钢管混凝土柱为钢管轻骨料混凝土柱，所述钢筋混凝土梁为配筋轻骨料混凝土扁梁，所述钢筋混凝土剪力墙为配筋轻骨料混凝土剪力墙。由于轻骨料混凝土(LWAC)的干表观密度比普通混凝土的要轻20%～40%，而强度可达到普通混凝土常用的强度等级。在高层结构中，该结构体系不仅具有柱断面尺寸小，材料用量少，建筑使用面积大等优点；而且可降低层高和建筑的总重量，且抗震效果明显；还可以提高结构刚度，减轻结构自重，提高墙体的保温和隔热性能，节能和保温效果明显。因此，该结构体系具有非常好的经济、社会和环保效益，适合于大规模推广应用。
文档编号E04B1/19GK102425232SQ201110438288
公开日2012年4月25日 申请日期2011年12月24日 优先权日2011年12月24日
发明者卢天明, 季韬 申请人:福州大学