本发明是一种内置预应力筋钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙及作法，属于建筑结构领域，是一种提高结构抗震性能和震后可部分恢复变形的新型钢—混凝土组合剪力墙及其制作方法。
背景技术：
我国高层和超高层建筑发展很快，8度区300米以上的超高层建筑、7度区400米以上的超高层建筑采用钢-混凝土组合剪力墙核心筒的工程已较普遍。钢-混凝土组合剪力墙包括了将型钢、钢管、钢板、斜撑等钢材与混凝土在剪力墙的不同部位进行不同组合的多种形式，可以将钢板等钢结构内藏于剪力墙中。在剪力墙两侧增加钢管混凝土边框柱等，这样能够有效地提高剪力墙的抗震性能，改善角部混凝土易开裂、易碎等缺点，但是，一般的钢管混凝土边框组合剪力墙混凝土开裂较早，混凝土破碎受损后残余变形较大难以恢复，承载力降低，震后墙体受损修复较难，增加剪力墙的可恢复性可以有效的提高剪力墙使用寿命和震后修复。
在墙体中增加预应力筋可以使结构具有一定的可恢复性，一般自复位剪力墙在墙体中添加预应力筋将墙体与基础连接，通过在剪力墙底部的两端脚部、中部位置设置竖向耗能部件或将中部设置为正常连接等其他连接方式进行改进，这样可以减少墙体的残余变形，但是抗侧力不足。目前，国家规范对建筑的要求越来越严格，现在正向着自恢复的要求发展，并且高层建筑也越来越多，对剪力墙的性能要求越来越高，因此急需研发一种新型具有一定可恢复功能并具有较好抗震性能的钢-混凝土组合剪力墙。
技术实现要素：
本发明针对解决在地震中不可恢复和剪力墙的承载力、延性、抗震耗能能力不足的问题。将钢管混凝土边框混凝土组合剪力墙和预应力筋结合，并在墙体中布置钢板，提供了一种结构抗震性能较好，具有一定可恢复性能的新型钢—混凝土组合剪力墙，主要用于高层建筑或大型复杂多层建筑的剪力墙结构或筒体结构。
本发明采用的技术方案如下：
内置预应力筋钢管混凝土边框内藏钢板剪力墙，其特征在于：包括钢管混凝土边框柱(1)、预应力筋(2)、钢板(3)和钢筋混凝土剪力墙；墙体截面为工字型，在钢筋混凝土剪力墙体两端设置钢管混凝土边框柱(1)；预应力筋(2)内置于钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙的边框柱中；在剪力墙内部布置平行于墙体方向钢板(3)；在钢管混凝土边框柱(1)和钢板(3)之间焊接；钢板(3)的两侧对称布置由水平分布钢筋(6)和竖向分布钢筋(7)组成的钢筋网，并用拉接钢筋(8)穿过钢板(3)预留圆孔将两侧的钢筋网拉接起来；墙体的上、下位置设置上边框梁(9)和下边框梁或基础梁(10)；将钢管混凝土边框柱(1)、上边框梁(9)、下边框梁或基础梁(10)及钢筋混凝土剪力墙体浇捣混凝土成形；成型后，采用后张法将预应力筋张拉至设计预应力值，并用锚具(4)固定，即构成内置预应力筋钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙。
进一步，钢板(3)、水平钢筋(6)和钢管混凝土边框柱(1)之间均采用焊接，钢筋网和钢板(3)之间的空隙要保证混凝土的浇筑不受影响。
进一步，钢管混凝土边框柱(1)在墙体厚度方向的尺寸大于墙体厚度，截面形式为圆形、矩形或多边形，边框柱内部采用单腔体钢管混凝土柱或者采用多腔体钢管混凝土钢管混凝土边框柱(1)上端下端分别伸入上边框梁(9)和下边框梁或基础梁(10)。
进一步，所述预应力筋(2)为无粘结或部分粘结的预应力钢绞线或预应力螺纹钢筋，直接采用成品无粘结预应力钢绞线，或者在普通钢绞线外套波纹管等隔绝混凝土和钢绞线的粘结的方法，布置在钢管混凝土边框柱(1)内部，在边框柱内均匀布置1根或多根预应力筋，预应力钢绞线的张拉控制应力值不应小于0.4倍的预应力筋极限强度标准值；预应力螺纹钢筋的张拉应力控制值不宜小于0.5倍预应力螺纹钢筋屈服强度标准值。
进一步，所述锚具(4)分为固定端锚具和张拉端锚具，分别固定在钢管混凝土边框柱的两端，压在垫板上。
进一步，所述垫板(5)在钢管混凝土边框柱两端，垫在锚具下面，其长宽尺寸均大于钢管的尺寸，并在垫板上预留预应力筋通过的孔洞。
进一步，所述钢板(3)厚度应保证不会使混凝土浇筑质量降低，并在布置拉结筋的位置预留孔洞；所述组合墙体中的拉结钢筋(8)穿过钢板(3)预留的孔洞将墙板两侧的水平分布钢筋(6)和竖向分布钢筋(7)组成的钢筋网片拉结起来。
进一步，所述组合墙体的水平分布钢筋(6)与钢管混凝土边框柱(1)连接；竖向分布钢筋(7)上端下端分别伸入上边框梁(9)和下边框梁或基础梁(10)中进行的刚性连接；竖向分布钢筋(7)上端伸入上边框梁(9)中进行刚性连接，竖向分布钢筋(7)下端分别伸入下边框梁或基础梁(10)中进行刚性连接。
进一步，所述上边框梁(9)和下边框梁或基础梁(10)为钢筋混凝土梁，或为型钢混凝土梁，截面为矩形，混凝土现场浇筑。
制备所述的内置预应力筋钢管混凝土边框内藏钢板剪力墙的方法，其特征在于：制作顺序如下：
1)制作钢管混凝土边框柱(1)、钢板(3)、垫板(5)，在垫板(5)上预留穿过预应力筋的圆孔，在钢板(3)上预留穿过拉结筋的圆孔，将垫板(5)焊接在钢管混凝土边框柱(1)的上下两端，并将钢板和两侧的钢管混凝土边框柱焊接；
2)将预应力筋(2)穿过波纹管，通过钢管混凝土边框柱的内部，从垫板预留的孔洞穿出，并在下端用锚具(4)固定好；
3)绑扎混凝土下边框梁或基础梁(10)的钢筋，并将带有预应力筋的钢板-钢管混凝土边框、剪力墙竖向分布钢筋插入下边框梁或基础梁(10)的钢筋笼内，浇注下边框梁或基础梁(10)的混凝土，浇筑时保证预应力筋底部的锚具紧贴下部垫板，混凝土养护固结后，使下边框梁或基础梁(10)与钢板-钢管混凝土边框、剪力墙竖向分布钢筋的底部实现的刚性连接，预应力筋下部处于固定端；
4)制作水平钢筋(6)，并将水平钢筋与钢管混凝土柱焊接；用拉结钢筋(8)通过钢板预留的圆孔将钢板两侧的水平钢筋(6)和纵向钢筋(7)形成拉接起来；
5)制作上边框梁(9)，使其与钢管混凝土边框柱(1)、钢板(3)及墙板竖向分布钢筋(6)进行刚性连接；
6)在剪力墙墙板两侧通过水泥垫块留出混凝土保护层厚度，固定钢管混凝土边框柱中波纹管的位置，并使之保持垂直，之后支浇注混凝土用的模板；
7)浇筑钢管混凝土边框柱(1)、剪力墙墙板、上边框梁(9)的混凝土，浇筑过工程中放置预应力筋的波纹管中不能有任何混凝土，成型后脱模。
8)成型后，检查预应力筋是否保持无粘结，若存在部分粘结进行清理，确保无粘结后，采用后张法将预应力筋张拉至设计预应力值，并用锚具(4)固定，形成内置预应力筋钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙。
本发明是将预应力筋与钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙组合而成预应力与钢-混凝土组合结构的优势组合，采用将预应力筋布置在剪力墙受力较大的低部区域的钢管混凝土边框柱中的构造，在充分发挥内藏钢板混凝土组合墙板抗震能力的同时，也充分利用了预应力筋的的抗震耗能与可恢复的作用，避免了混凝土墙体开裂后，墙体承载力迅速降低。在该新型组合剪力墙的钢管混凝土柱中加设预应力筋后，具有以下受力和功能特点：由于预应力钢绞线或高强钢筋无粘结区段较长，即使大震下剪力墙底部的钢管混凝土边框接近屈服时，钢管混凝土边框内设置的无粘结预应力钢绞线或高强钢筋也仍处于弹性，震后易恢复功能好。在拉伸荷载下，首先由预应力筋承受拉力，直至钢管零应力状态才开始钢管和预应力筋共同承受拉力，钢管混凝土拉伸变形减小、钢管屈服延缓、杆件抗拉能力显著提高，当受拉荷载移除后，拉伸变形能够部分或全部恢复，从而使整个组合构件具有功能可恢复性。
墙体两端的钢管混凝土柱可以有效的提高墙体的抗震性能，在钢筋混凝土剪力墙中增加钢板，并通过拉结筋将钢板与两侧钢筋混凝土墙体紧密连接，混凝土墙板可以有效的约束钢板的平面外屈曲，在地震荷载输入时，充分发挥钢材的变形耗能能力，有效提高整体构件的竖向承载力，钢板与钢筋混凝土墙体组合成一个整体，共同工作，优势互补。
本发明的内置预应力筋钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙在地震作用下具有一定的可恢复性。在地震能量输入时，钢筋混凝土墙板作为一道抗震防线开始发挥作用，钢管混凝土边框和内藏钢板延缓了混凝土墙体裂缝的出现，施加的预应力可以在一定程度上使墙体的变形恢复，有效减小整体结构的位移，提高了混凝土墙板竖向承载力和恢复力。随着输入能量的增大，混凝土墙体开裂，钢管混凝土边框接近屈服，钢管混凝土边框内设置的无粘结预应力筋也仍处于弹性，仍然可以约束墙体的位移。无粘结预应力筋与钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙之间具有良好共同工作性能,无粘结预应力筋在墙体受力过程中保持弹性，施加的预应力可约束墙体的变形，使墙体具有可恢复性，混凝土墙体的相对剪切滑移显著减小，开裂分散，承载力、延性和耗能能力比普通混凝土剪力墙和型钢混凝土剪力墙有明显提高，后期抗震性能相对稳定，无粘结预应力后张施工方便，可用于高层或大型复杂多层建筑中。
剪力墙作为建筑结构的核心抗侧力部件，提高了剪力墙的抗震能力，也就提高了结构整体的抗震能力与恢复力，当建筑物遭遇强烈地震时，可减轻其震害，震后可部分恢复。
附图说明
图1是内置预应力筋钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙立面示意图
图2是组合剪力墙墙体水平剖面示意图
图3是组合剪力墙边框柱处竖向剖面示意图
图4是组合剪力墙墙体竖向剖面示意图
附图代号说明：1-钢管混凝土边框柱，2-预应力筋，3-钢板，4-锚具，5-垫板，6-水平分布钢筋，7-竖向分布钢筋，8-拉结钢筋，9-上边框梁，10-下边框梁或基础梁。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：
内置预应力筋钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙一个结构单元的结构示意图如图1、图2、图3及图4所示。
内置预应力筋钢管混凝土边框内藏钢板剪力墙，由钢管混凝土边框柱1、预应力筋2、钢板3和钢筋混凝土剪力墙组成。主要特征为：墙体截面为工字型，预应力筋内置于钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙的边框柱中。
所述“钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力”是指由钢管混凝土边框柱1、钢板3、水平钢筋6与纵向钢筋7组合的钢-混凝土组合剪力墙。
所述“内置预应力筋钢管混凝土边框”是指预应力钢绞线2放置在钢管混凝土边框柱1中，形成组合钢管混凝土柱。
所述钢管混凝土边框柱1在墙体厚度方向的尺寸大于墙体厚度，截面形式可以为圆形、矩形和多边形等，边框柱内部可以采用单腔体钢管混凝土柱也可采用多腔体钢管混凝土，也可以在腔体内部添加适当的构造措施，例如在钢管内壁上焊接栓钉、添加竖向加劲肋等，上端下端分别伸入上边框梁9和下边框梁或基础梁10，钢材强度取q345。
所述预应力筋2为无粘结或部分粘结的预应力钢绞线或预应力螺纹钢筋，可直接采用成品无粘结预应力钢绞线，也可在普通钢绞线外套波纹管等隔绝混凝土和钢绞线的粘结的方法，布置在钢管混凝土边框柱1内部，可在边框柱内布置1根或多根预应力筋，应采用对称布置，布置多根预应力筋时应在中间加设隔板，隔板厚度与钢管厚度一致，两预应力筋预留孔道的净间距不宜小于50mm，且不宜小于粗骨料粒径的1.25倍，两侧钢管混凝土柱内预应力筋布置应采用相同布置，预应力钢绞线的张拉控制应力值不应小于0.4倍的预应力筋极限强度标准值，不应大于0.75倍的预应力筋极限强度标准值；预应力螺纹钢筋的张拉应力控制值不宜小于0.5倍预应力螺纹钢筋屈服强度标准值，不应大于0.85倍预应力螺纹钢筋屈服强度标准值。
所述锚具4分为固定端锚具和张拉端锚具，分别固定在钢管混凝土边框柱的两端，压在垫板上，固定端采用挤压锚具，对于钢绞线张拉端采用钢制锥形锚，对于预应力钢筋采用螺母锚具。
所述垫板5在钢管混凝土边框柱两端，垫在锚具下面，其长宽尺寸均大于钢管的尺寸，厚度不宜小于20mm，钢材强度取q345，在垫板上预留预应力筋通过的孔洞，孔洞尺寸比预应力筋的直径大4mm以上。
所述钢板3与两边钢管混凝土边框柱1焊接，放置在钢筋混凝土墙体的中央，厚度应保证不会使混凝土浇筑质量降低，且宜与钢管厚度一致，在布置拉结筋的位置预留孔洞。
所述组合墙体的水平分布钢筋6与钢管混凝土边框柱1连接；竖向分布钢筋7上端下端分别伸入上边框梁9和下边框梁或基础梁10中进行可靠的刚性连接，各向分布筋配筋率应大于0.25％，钢筋直径不宜小于16mm，选用hrb400级热轧钢筋。
所述组合墙体中的拉结钢筋8穿过钢板3预留的孔洞将墙板两侧的水平分布钢筋6和竖向分布钢筋7组成的钢筋网片拉结起来。
所述上边框梁9和下边框梁或基础梁10为钢筋混凝土梁，或为型钢混凝土梁，截面为矩形，混凝土现场浇筑。
具体的，混凝土强度等级不应低于c40。
内置预应力筋钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙，制作顺序如下：
1)制作钢管混凝土边框柱(1)、钢板(3)、垫板(5)，在垫板(5)上预留穿过预应力筋的圆孔，在钢板(3)上预留穿过拉结筋的圆孔，将垫板(5)焊接在钢管混凝土边框柱(1)的上下两端，并将钢板和两侧的钢管混凝土边框柱焊接；
2)将预应力筋(2)穿过波纹管，通过钢管混凝土边框柱的内部，从垫板预留的孔洞穿出，并在下端用锚具(4)固定好；
3)绑扎混凝土下边框梁或基础梁(10)的钢筋，并将带有预应力筋的钢板-钢管混凝土边框、剪力墙竖向分布钢筋插入下边框梁或基础梁(10)的钢筋笼内，浇注下边框梁或基础梁(10)的混凝土，浇筑时保证预应力筋底部的锚具紧贴下部垫板，混凝土养护固结后，使下边框梁或基础梁(10)与钢板-钢管混凝土边框、剪力墙竖向分布钢筋的底部实现可靠的刚性连接，预应力筋下部处于固定端；
4)制作水平钢筋(6)，并将水平钢筋与钢管混凝土柱焊接；用拉结钢筋(8)通过钢板预留的圆孔将钢板两侧的水平钢筋(6)和纵向钢筋(7)形成拉接起来；
5)制作上边框梁(9)，使其与钢管混凝土边框柱(1)、钢板(3)及墙板竖向分布钢筋(6)进行可靠刚性连接；
6)在剪力墙墙板两侧通过水泥垫块留出混凝土保护层厚度，固定钢管混凝土边框柱中波纹管的位置，并使之保持垂直，之后支浇注混凝土用的模板；
7)浇筑钢管混凝土边框柱(1)、剪力墙墙板、上边框梁(9)的混凝土，浇筑过工程中放置预应力筋的波纹管中不能有任何混凝土，成型后脱模。
8)成型后，检查预应力筋是否保持无粘结，若存在部分粘结应适当进行清理，确保无粘结后，在施工中可在张拉端预留施工洞，为张拉设备提供足够的施工空间，使用后张法将预应力筋张拉至设计预应力值，并用锚具(4)固定，形成内置预应力筋钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙。
以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。