一种新型混凝土短肢剪力墙的制作方法

本发明属于建筑工程抗震技术领域，具体地说，涉及一种新型混凝土短肢剪力墙。

背景技术：

随着我国国民经济的高速发展和城市化进程的不断加快，人们对住宅平面与空间的要求越来越高，以往普通框架结构露梁露柱和缺乏美观性，以及普通剪力墙结构设置不灵活已渐渐不能满足现代人们对住宅全方面的要求，于是在原有剪力墙的基础上，逐步演变形成了新型的建筑结构——短肢剪力墙。短肢剪力墙一般是指截面厚度不大于300mm，墙肢截面高度与厚度之比介于4-8之间的剪力墙。短肢剪力墙具有结构布置灵活、建筑功能易于满足、造价相对较低、墙体易于开洞，能较好满足建筑采光通风等优点，越来越深受房地产开发商和用户的青睐。当前，各国结构抗震设计方法多采用“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防准则。在抗震设防内，地震作用往往不至于导致短肢剪力墙结构房屋失去承载力，但往往易使房屋结构耗能较低且易产生较大的残余变形，变形的出现严重影响建筑的美观性和耐久性，也不易于震后修复。如何找到一种恰当的办法来改善短肢剪力墙的耗能，成为了地震工程研究者们亟待解决的问题。

基于上述情况，亟需设计一种能够解决上述问题的新型短肢剪力墙。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型混凝土短肢剪力墙，其独特的结构特征以及新型材料的使用，可以吸收地震能量和减小震后结构的残余变形。

本发明所述的新型混凝土短肢剪力墙包括基础梁、顶梁、位于基础梁和顶梁之间的双排钢筋网、多个用于拉接双排钢筋网的拉结筋和设在墙肢端部和墙肢转角处的暗柱，所述暗柱由暗柱纵筋和暗柱箍筋组成，双排所述钢筋网均由纵向分布钢筋和横向分布钢筋组成；在双排钢筋网之间设有呈x形布置的斜向暗支撑，所述斜向暗支撑由两个倾斜方向相反的形状记忆合金束组成，两个所述形状记忆合金束均绑扎在前排钢筋网的纵向分布钢筋上，两个所述形状记忆合金束的两端均通过夹具固定在基础梁和顶梁中。

进一步地，两个所述形状记忆合金束均由四根形状记忆合金丝组成。

进一步地，所述形状记忆合金丝为镍钛合金丝。

进一步地，所述镍钛合金丝为室温下呈奥氏体相的镍钛合金丝。

进一步地，墙肢截面形状为一字形、l形或t形。

本发明还提供一种用于建造所述新型混凝土短肢剪力墙的方法，所述方法包括：

(a)固定基础梁；

(b)设置暗柱纵筋和纵向分布钢筋，所述暗柱纵筋和纵向分布钢筋均伸入到基础梁中；

(c)设置横向分布钢筋，形成钢筋网，设置暗柱箍筋，形成暗柱；

(d)配置顶梁；

(e)在前排纵向分布钢筋上绑扎两个形状记忆合金束，并将两个形状记忆合金束的两端用夹具固定在基础梁和顶梁中，形成x布置的斜向暗支撑；

(f)设置拉结筋；

(g)预留保护层厚度并设置模板；

(h)浇筑混凝土养护至成型。

本发明的有益效果：

本发明所述的新型混凝土短肢剪力墙结构合理、材料新颖、性能优越，其自复位能力可以有效地减小结构震后的构件损伤以及修复费用。

本发明所述新型混凝土短肢剪力墙的建造方法操作简单，形状记忆合金束的引入没有给建造引入不必要的麻烦，可以在工业上得到大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例1所述l形混凝土短肢剪力墙的腹板配筋示意图；

图2为本发明实施例1所述l形混凝土短肢剪力墙的墙肢截面示意图；

图3为本发明实施例2所述t形混凝土短肢剪力墙的腹板配筋示意图；

图4为本发明实施例2所述t形混凝土短肢剪力墙的墙肢截面示意图。

图中：

基础梁1；顶梁2；钢筋网3；纵向分布钢筋3.1；横向分布钢筋3.2；拉结筋4；暗柱5；暗柱纵筋5.1；暗柱箍筋5.2；形状记忆合金束6；夹具7。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过和具体实施对本发明作进一步的详细描述。

本发明所述“室温”指的是温度由大约10℃到大约40℃。在一些实施例中，“室温”指的是温度由大约20℃到大约30℃；在另外一些实施例中，“室温”指的是20℃，22.5℃，25℃，27.5℃等等。

本发明所述“奥氏体相”和“马氏体相”为镍钛合金的两种可相互转化的状态，两种状态的发生机制是温度或者应力的改变。

本发明提供了一种新型的混凝土短肢剪力墙，它包括基础梁、顶梁、位于基础梁和顶梁之间的双排钢筋网、多个用于拉接双排钢筋网的拉结筋和设在墙肢端部和墙肢转角处的暗柱，所述暗柱由暗柱纵筋和暗柱箍筋组成，双排所述钢筋网均由纵向分布钢筋和横向分布钢筋组成；双排所述钢筋网均由纵向分布钢筋和横向分布钢筋组成；在双排钢筋网之间设有呈x形布置的斜向暗支撑，所述斜向暗支撑由两个倾斜方向相反的形状记忆合金束组成，两个所述形状记忆合金束均绑扎在前排钢筋网的纵向分布钢筋上，两个所述形状记忆合金束的两端均通过夹具固定在基础梁和顶梁中。本发明所述新型混凝土短肢剪力墙构造简单，施工方便，自复位能力强。本发明在双排钢筋网之间设置有斜向暗支撑，提高了短肢剪力墙的抗震耗能能力和承载力，限制了剪力墙底部的剪切滑移。将斜向暗支撑设置在前排钢筋网上，不仅施工方便，还符合房屋内墙在地震中受力更大的特性，进一步提高了抗震耗能。本发明所述斜向暗支撑采用形状记忆合金束支撑，自复位能力优于普通钢筋束。

根据本发明所述的实施方案，两个所述形状记忆合金束均由四根形状记忆合金丝组成。发明人试验发现，四根形状记忆合金丝可以有效对抗地震带给墙体的影响，同时不会对成本产生较大的提升。

根据本发明所述的实施方案，所述形状记忆合金丝为镍钛合金丝。由镍钛合金丝制得的斜向暗支撑在遭遇地震时可以吸收较多的地震能量，尽可能减小震后结构的残余形变。

根据本发明所述的实施方案，所述镍钛合金丝为室温下呈奥氏体相的镍钛合金丝。所述呈奥氏体相的镍钛合金丝通过施加外加荷载使其发生变形，随着外加荷载的继续作用，此时处于奥氏体状态下的材料会因应力诱发而产生不稳定的马氏体相变，发生显著的塑性变形，撤去外加荷载应力为零时其应变也恢复到零。在一实施例中，所述呈奥氏体相的镍钛合金丝可恢复应变可以达到8％，极限变形高达20％；在另一实施例中，所述呈奥氏体相的镍钛合金丝的屈服应力可达到500mpa，材料的极限强度超过1000mpa，明显高于普通钢筋。

根据本发明所述的实施方案，墙肢截面形状为一字形、l形或t形。优选地，为l形或者t形。

根据本发明所述的实施方案，所述夹具为两片中间带有螺旋圆孔的长方体钢块，通过对拉螺栓将暗支撑合金材料夹紧固定。

实施例1l形混凝土短肢剪力墙

如图1和图2所示的l形混凝土短肢剪力墙，其墙体厚度为100mm，墙肢高度为1400mm，墙肢两个方向宽度为650mm和325mm，轴压比0.2。

它包括基础梁1、顶梁2和位于设基础梁1和顶梁2之间的双排钢筋网3。每一钢筋网3均由纵向分布钢筋3.1和横向分布钢筋3.2组成，所述纵向分布钢筋3.1为直径为8mm的hrb400钢筋，每两根纵向分布钢筋3.1的间距为100mm，所述横向分布钢筋3.2为直径为6mm的hpb300钢筋，每两根横向分布钢筋3.2的间距为100mm，墙体两侧钢筋网3通过拉结筋4进行拉接固定。

在墙肢的两端和转角处均设置暗柱5，所述暗柱5由暗柱纵筋5.1和暗柱箍筋5.2组成，所述暗柱5的纵截面为100mm×100mm的正方形结构，每一暗柱5配置四根直径为12mm的hrb400钢筋为暗柱纵筋5.1，所述暗柱箍筋5.2为直径为8mm的hrb400钢筋。

在双排钢筋网3之间设有x形斜向暗支撑，所述斜向暗支撑由两个形状记忆合金束6组成，每一个形状记忆合金束6中均包含四根直径为3mm的镍钛合金丝，所述镍钛合金丝的可恢复应变可以达到8％，屈服应力可为500mpa，极限强度超过1000mpa。本实施例所述的两个状记忆合金束6均绑扎在前排钢筋网3的纵向分布钢筋3.1上，两个状记忆合金束6的两端均通过夹具7固定在基础梁1和顶梁2中。

建造如图1和图2所示的l形混凝土短肢剪力墙的方法：

首先将基础梁1的纵筋和箍筋进行下料并固定，然后将暗柱纵筋5.1和纵向分布钢筋3.1分别插入基础梁1中并在基础梁1中进行临时的扎丝绑扎固定。将横向分布钢筋3.2从纵向分布钢筋3.1顶部按照设计间距依次向下套入并使用扎丝固定，形成钢筋网3；进行暗柱箍筋5.2的绑扎，形成暗柱5。绑扎顶梁2的钢筋。

在两排钢筋网3之间布置斜向暗支撑，即在前排纵向分布钢筋3.1上绑扎两个形状记忆合金束6，并将两个形状记忆合金束6的两端用夹具7固定在基础梁1和顶梁2中。进行拉结筋4绑扎。骨架完成后预留保护层厚度并设置模板，最后浇筑混凝土养护28天成型。

实施例2t形混凝土短肢剪力墙

如图3和图4所示的t形混凝土短肢剪力墙，除了在端部设置暗柱5外，还需在t形拐角处沿两个方向设置暗柱5。其余部分同实施例1。

对比例1不含斜向暗支撑的l形混凝土短肢剪力墙

根据实施例1所述的结构和方法建造对比例1，其中不设置斜向暗支撑6。

对比例2钢丝束斜向暗支撑的l形混凝土短肢剪力墙

根据实施例1所述的结构和方法建造对比例2，其中斜向暗支撑6采用钢丝束制备而成，所述钢丝束采用直径为3mm的钢丝(四根)组成。

对比试验：低周反复荷载试验

试验过程分三个阶段：

1.试验前预加载阶段：试验前，先预加反复荷载二次，竖向荷载加至预定荷载的50％，水平预加载值为试件计算开裂荷载的20％，主要目的是消除试件内部可能存在的不均匀性。

2.荷载控制阶段：首先根据设计的轴压比施加竖向荷载，并在试验过程中保持不变。然后施加往复的水平荷载，每级循环1次，每级荷载为10kn。根据试件底部端部边缘外侧钢筋达到屈服应变判定试件屈服，并记录相应的屈服位移。

3.位移控制阶段：试件屈服后改为位移控制，按屈服位移的倍数循环加载，每一级位移循环3次，当试件无法再承受荷载或水平荷载下降至最大荷载的85％左右时，试验结束。

表1：对比试验结果：

由表一的数据可以看出，实施例1的极限荷载较对比例1和对比例2分别提高了57.7％和29.5％，极限位移则分别提高了45.7％和26.4％。实施例1试验后的裂缝分布范围更广且更均匀，其中最大裂缝宽度和残余裂缝宽度均有显著减小。而实施例1的残余变形则缩小到了9mm，同比分别减少了51.4％和44.1％，说明加设镍钛合金丝组成的斜向暗支撑后，墙体的自复位功能良好。每一级荷载作用下，荷载位移曲线所围成的滞回环通常代表试件耗能的大小，本试验墙体滞回环更加饱满、面积更大，说明加设镍钛合金丝组成的暗支撑后墙体的耗能更好。

以上所述仅为本发明的典型实施例，并不以此限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。