混凝土剪力墙竖向连接节点及其制造安装方法

1.本发明属于工业化建筑结构领域，具体涉及一种干式全装配工业化混凝土剪力墙竖向连接节点及其制造安装方法。


背景技术：

2.建筑工业化是一种应对建筑行业劳动力短缺、工作环境差、生产效率低和单位能耗高等问题的有效解决方案。装配式钢筋混凝土结构又是实现建筑工业化的重要途径之一，具有质量可控、绿色环保、装配率高和施工便捷等显著优点，但是目前发展不成熟，亟待理论实践创新。装配式混凝土剪力墙的竖向连接节点是结构中极为关键的部位，也是薄弱环节，显著影响结构的安全性、使用性和耐久性。相对于需要二次浇注混凝土的湿式连接方案，干式全装配剪力墙竖向连接方案更契合建筑工业化本质，预制率和装配效率更高的优点。干式全装配剪力墙竖向连接方案是建筑工业化发展的重要方向，发展前景良好。
3.目前，干式全装配混凝土剪力墙竖向连接方案主要有灌浆套筒连接、焊接连接和螺栓连接三种形式。灌浆套筒连接为隐蔽式钢筋连接方法，较易出现灌注不密实现象，且尚缺乏有效检测手段，可能给剪力墙留下安全隐患。焊接连接方法要求专业化施工队伍，对工人技能要求高，由于现场施焊条件差，导致焊接质量较难保证，且易出现冷脆问题，影响结构抗震性能。相对而言，螺栓连接的安装便捷，技术成熟且可靠性高，主要问题在于制造精度要求较高，同时现有的螺栓连接构造较复杂，耗钢量较大，性能有削弱，且对截面形式敏感度高，亟待发展和创新。
4.目前的已经公开的现有技术中，一种装配式剪力墙节点连接结构，公开了一种装配式剪力墙节点连接结构。旨在解决现有的剪力墙的装配易导致剪力墙存在安全隐患的问题。本实用新型的装配式剪力墙节点连接结构包括：两对立设置的剪力墙，两剪力墙分别内嵌有t型连接件，所述两t型连接件镜像对立设置，两t型连接件借助于紧固件并通过中间连接件连接，本实用新型还包括用以增加节点整体性和安全性的由箍筋和横向钢筋捆扎形成的暗梁，本实用新型中间连接件可以外接楼板或其他外接结构，通过本实用新型可实现剪力墙和楼板等其他外接结构的连接，本实用新型的节点连接结构，降低了剪力墙的连接难度，提高了施工效率，保证了剪力墙结构的强度和变形能力，提高了连接节点的安全性。但是这种剪力墙节点连接结构具有以下缺点：1.节点处二次浇筑混凝土，是典型的现浇整体式，需要现场进行湿作业；2.节点处不仅需要紧固螺栓而且绑扎钢筋形暗梁，工艺复杂且钢筋密集；3.剪力墙纵向钢筋与t型板未充分连接，传力途径不直接，影响力学性能。
5.目前的已经公开的现有技术中，一种干式连接的装配式rc剪力墙结构，包括上连接钢板、上rc剪力墙、与上连接钢板相匹配的下连接钢板、下rc剪力墙和将上连接钢板与下连接钢板固定连接的高强螺栓和螺丝，所述上连接钢板和下连接钢板分别设有与上、下rc剪力墙连接的浇筑端和将上连接钢板和下连接钢板固定的连接端，所述上连接钢板和下连接钢板的浇筑端内焊接有剪力键，所述上连接钢板和下连接钢板分别与上rc剪力墙和下rc剪力墙内分布钢筋的端部焊接后，采用混凝土分别浇筑上连接钢板和上rc剪力墙成整体、
下连接钢板和下rc剪力墙成整体，再通过高强螺栓和螺丝将上连接钢板与下连接钢板固定为一整体。本实用新型构造简单、施工快速方便、节约成本、自身具有较大抗剪承载力、变形能力和抗震性能，自重小，施工速度快、安装精度高，工程应用前景广泛。但是，这种装配式rc剪力墙结构具有以下缺点：1.竖向连接钢板的截面及搭接模式，导致整体耗钢量加大，影响经济性；2.竖向钢板搭接，节点中空在竖向压力下易屈曲，影响节点受压承载力；3.节点的构造形式对制造和安装的精度要求很高，影响制造成品率和安装效率。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种干式全装配工业化混凝土剪力墙竖向连接节点及其制造安装方法，以解决背景技术中所提出的缺陷或问题。
7.为实现上述发明目的，本发明的实施例提供一种干式全装配工业化混凝土剪力墙竖向连接节点，其特征在于，包括上部预制混凝土剪力墙体、下部预制混凝土剪力墙体和钢管混凝土组合连接件；所述上部预制混凝土剪力墙体和下部预制混凝土剪力墙体均由钢筋骨架和浇筑混凝土构成；所述钢管混凝土组合连接件由多个基本独立连接单元构成，每一所述基本独立连接单元包括上部连接单元、下部连接单元、连接上部连接单元与下部连接单元的高强螺栓连接副，所述上部连接单元包括上部连接端板及固定在上部连接端板上的上部钢管混凝土段；所述下部连接单元包括下部连接端板及固定在下部连接端板下方的下部钢管混凝土段；所述高强螺栓连接副用于固定连接上部连接端板与下部连接端板，多个所述基本独立连接单元组成一个整体连接截面；所述上部预制混凝土剪力墙体的钢筋骨架、下部预制混凝土剪力墙体的钢筋骨架与分别与上部钢管混凝土段、下部钢管混凝土段固定连接。
8.进一步的，所述上部预制混凝土剪力墙体的钢筋骨架包括若干上部剪力墙纵向钢筋和若干上部剪力墙横向钢筋；所述下部预制混凝土剪力墙体的钢筋骨架包括若干下部剪力墙纵向钢筋和若干下部剪力墙横向钢筋。
9.优选的，所述上部剪力墙纵向钢筋焊接固定在上部钢管混凝土段的外侧壁；所述下部剪力墙纵向钢筋焊接固定在下部钢管混凝土段的外侧壁。
10.进一步的，所述上部钢管混凝土段或下部钢管混凝土段均包括一截面为圆形的柱状钢管及浇筑在柱状钢管内的混凝土；所述上部连接端板和下部连接端板上均开设预留有螺栓孔。
11.进一步的，所述上部剪力墙纵向钢筋、下部剪力墙纵向钢筋均采用双面焊接于上部钢管混凝土段、下部钢管混凝土段外侧。
12.进一步的，所述上部连接端板或下部连接端板上可通过加焊垫板调节上部剪力墙纵向钢筋与柱状钢管侧壁的相对位置或下部剪力墙纵向钢筋与柱状钢管侧壁的相对位置。
13.优选的，所述上部钢管混凝土段的柱状钢管外侧、下部钢管混凝土段的柱状钢管外侧与上连接端板或下连接端板之间分别均匀布置有多个加劲肋。
14.进一步的，所述上部预制混凝土剪力墙体底部距离上部连接端板的高度大于等于高强度螺栓长度；所述下部预制混凝土剪力墙体底部距离下部连接端板的高度大于等于高
强度螺栓长度。
15.本发明的实施例另外还提供一种干式全装配工业化混凝土剪力墙竖向连接节点的制造安装方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：按剪力墙连接节点处截面形式和尺寸，优化分割为一个或多个基本独立连接单元；s2：按设计要求选择柱状钢管规格后，切割设计长度作为上部钢管混凝土段或下部钢管混凝土段的钢外壁；s3：切割钢板制成基本独立连接单元的上部连接端板和下部连接端板；s4：依据高强螺栓设计的规格和布置，在步骤s3所制备的上部连接端板和下部连接端板开设螺栓孔；s5：将步骤s2已切割制成的柱状钢管的底部，通过焊接固定于上部连接端板或下部连接端板，并在柱状钢管侧壁和上部连接端板或下部连接端板间焊接多个加劲肋；s6：按剪力墙连接节点处截面形式，拼接基本独立连接单元的上部连接端板和下部连接端板后采用电焊进行固定；s7：将已焊接上部连接端板、下部连接端板的柱状钢管，按柱状钢管开口向上放置，并在内部浇筑普通或高性能混凝土；制成上部连接单元及下部连接单元；s8：按剪力墙纵筋配置需求的数量和位置，将上部剪力墙纵向钢筋、下部剪力墙纵向钢筋直接或间接（垫板调整）焊接于柱状钢管外侧；s9：绑扎上部预制混凝土剪力墙体或下部预制混凝土剪力墙体的钢筋骨架，包括所有纵向筋、分布筋、箍筋和拉筋；s10：将上部预制混凝土剪力墙体或下部预制混凝土剪力墙体的钢筋骨架、上部连接单元、下部连接单元，卧式置于刷有脱模剂的专用模板内；s11：浇筑预制上部预制混凝土剪力墙体与钢管混凝土组合连接件的上部连接单元形成上部预制剪力墙、下部预制混凝土剪力墙体与钢管混凝土组合连接件的下部连接单元形成下部预制剪力墙，对于非矩形截面剪力墙可分区域分步浇筑；s12：专用养护设备中进行蒸压养护，养护达到混凝土设计强度后可脱模；s13：对步骤s11预制的上部预制剪力墙、下部预制剪力墙的钢材质外露部分，进行防腐和防火处理；s14：对步骤s13预制的上部预制剪力墙、下部预制剪力墙部件出厂验收合格后，从制造工厂运输至施工现场；s15：吊运步骤s13预制的上部预制剪力墙、下部预制剪力墙至预定位置，对齐上部预制剪力墙、下部预制剪力墙的上部连接端板、下部连接端板的螺栓孔后，使用高强螺栓连接副进行固定。
16.进一步的，若剪力墙连接节点设置在楼层之间时，采用防腐材料填充截面缩进部分，以达成墙面平整；若剪力墙节点设置在楼层位置时，可利用钢管混凝土间隙绑扎楼板钢筋。
17.本发明的上述技术方案的有益效果如下：（1）本发明为采用高强螺栓连接副连接的干式全装配混凝土剪力墙竖向连接节点，符合建筑工业化发展趋势，创造性在剪力墙竖向连接中引入钢管混凝土技术和单元化
拼装模式，有效简化了结构组成形式、增加节点力学性能、强化标准化制造，同时能灵活匹配不同墙截面形式和便于与周围楼板进行连接。
18.（2）本发明的干式全装配工业化混凝土剪力墙竖向连接节点符合建筑工业化发展趋势，具有结构简洁、组件规整、受力明确、设计灵活、性能可靠以及易维护和可拆卸的特征。
19.（3）本发明的干式全装配工业化混凝土剪力墙竖向连接节点中钢材焊接、混凝土浇筑和养护均在工厂内完成，安装现场无施工，且仅需紧固螺栓，因此质量可控、施工效率高、有效缩短工期和降低工程造价。
20.（4）本发明的干式全装配工业化混凝土剪力墙竖向连接节点采用钢管混凝土连接单元进行剪力墙的竖向连接，设计灵活，力学性能好，截面适应性强。
附图说明
21.图1为本发明一种干式全装配工业化混凝土剪力墙节点实施例的立体示意图；图2为本发明剪力墙节点实施例中钢管混凝土组合连接件立体示意图；图3为本发明上片剪力墙实施例中上部预制混凝土剪力墙体与钢管混凝土组合连接件的上部连接单元形成上部预制剪力墙内部结构立体示意图；图4为本发明剪力墙节点实施例中上部连接单元与上部剪力墙纵向钢筋连接的立体示意图；图5为本发明剪力墙竖向连接节点制造安装方法的实施工艺图。
22.附图标记说明：1、上部预制混凝土剪力墙体；2、下部预制混凝土剪力墙体；3、钢管混凝土组合连接件；4、上部钢管混凝土段；5、下部钢管混凝土段；6、上部连接端板；7、下部连接端板；8 、高强螺栓连接副；9、上部剪力墙纵向钢筋；10、上部剪力墙横向钢筋；11、螺栓孔；12、混凝土；13、加劲肋。
具体实施方式
23.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作为广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.如图1所示，一种干式全装配工业化混凝土剪力墙竖向拼接节点结构，包括:上部预制混凝土剪力墙体1、下部预制混凝土剪力墙体2和钢管混凝土组合连接件3。
27.如图2，所述钢管混凝土组合连接件3由多个基本独立连接单元构成，每一所述基
本独立连接单元包括上部连接单元、下部连接单元、连接上部连接单元与下部连接单元的高强螺栓连接副8 ，所述上部连接单元包括上部连接端板6及固定在上部连接端板6上的上部钢管混凝土段4；所述下部连接单元包括下部连接端板7及固定在下部连接端板7下方的下部钢管混凝土段5；所述高强螺栓连接副8 用于固定连接上部连接端板6与下部连接端板7，多个所述基本独立连接单元组成一个整体连接截面。所述高强螺栓连接副8穿过上部连接端部6及下部连接端板7将上部预制混凝土剪力墙体1和下部预制混凝土剪力墙体2固定。
28.作为本发明进一步的实施例，所述上部钢管混凝土段4或下部钢管混凝土段5均包括一截面为圆形的柱状钢管及浇筑在柱状钢管内的混凝土；所述上部连接端板6和下部连接端板7上均开设预留有螺栓孔11。优选的，上部钢管混凝土段4或下部钢管混凝土段5的钢管采用圆形截面，能更好发挥外侧钢管对内部混凝土的约束作用，提高混凝土抗压性能。当上部钢管混凝土段4或下部钢管混凝土段5的柱状钢管内部浇筑高性能混凝土，达到提升剪力墙竖向节点的综合力学性能。柱状钢管内部浇筑混凝土12既可抑制钢管屈曲，又受到柱状钢管侧向约束，充分发挥钢管和混凝土性能，同时阵列式钢管混凝土有效形成剪力墙竖向节点的各受力纤维，大幅提升剪力墙节点的力学性能，达到连接截面减小承载力不降低的目的。从而依据钢结构基本理论和钢管混凝土原理，可计算确定钢管规格、混凝土指标和连接端板厚度等节点设计参数。在一定条件下，可优选高强混凝土材料和增加柱状钢管与上部连接端板6或下部连接端板7间加劲肋13，进一步提升剪力墙连接节点的力学性能。此外，作为本发明一种可替换的实施方式，可将柱状钢管底部焊接于上部连接端板6或下部连接端板7的基本独立连接单元替换为一次成型钢铸件，可将焊接产生的高温冷脆影响降至最低。
29.优选的，上部连接端板6或下部连接端板7的预留螺栓孔11应布置在上部钢管混凝土段4或下部钢管混凝土段5周边，且需满足距离钢板边缘的端距和螺栓之间的间距要求，同时需考虑高强螺栓施拧所需的操作空间。上部连接端板6、下部连接端板7的外轮廓不应超过上部预制混凝土剪力墙体1或下部预制混凝土剪力墙体2的外轮廓，以达成剪力墙连接处填充防腐材料后墙体表面的平整和截面的规整性。
30.作为本发明进一步的实施例，所述上部连接端板6或下部连接端板7上可通过加焊垫板调节上部剪力墙纵向钢筋9与柱状钢管侧壁的相对位置或下部剪力墙纵向钢筋与柱状钢管侧壁的相对位置。优选的，所述上部钢管混凝土段4的柱状钢管外侧、下部钢管混凝土段5的柱状钢管外侧与上连接端板或下连接端板之间分别均匀布置有多个加劲肋13。在弯曲拉应力较大的情况下，在柱状钢管与上部或下部连接端板7间焊接加劲肋13，用于改善钢管与端板的共同作用，提升节点的抗拉能力。
31.如图3和图4所示，所述上部预制混凝土剪力墙体1和下部预制混凝土剪力墙体2均由钢筋骨架和浇筑混凝土构成；所述上部预制混凝土剪力墙体11和下部预制混凝土剪力墙体2的构造，均符合预制钢筋混凝土剪力墙的基本要求，主要由混凝土和钢筋两种材料构成。优选的，所述上部预制混凝土剪力墙体1的钢筋骨架包括若干上部剪力墙纵向钢筋9和若干上部剪力墙横向钢筋10；所述下部预制混凝土剪力墙体2的钢筋骨架包括若干下部剪力墙纵向钢筋和若干下部剪力墙横向钢筋。
32.所述上部预制混凝土剪力墙体1的钢筋骨架、下部预制混凝土剪力墙体2的钢筋骨架与分别与上部钢管混凝土段4、下部钢管混凝土段5固定连接。具体的，所述上部剪力墙纵
向钢筋9焊接固定在上部钢管混凝土段4的外侧壁；所述下部剪力墙纵向钢筋焊接固定在下部钢管混凝土段5的外侧壁。上部剪力墙纵向钢筋9或下部剪力墙纵向钢筋采用焊接固定在上部钢管混凝土段4或下部钢管混凝土段5的柱状钢管的外侧壁是最简单和传力最直接的设计方案，较优的应用钢筋双面焊接原理来计算确定焊缝长度，相对于单面焊接一方面可有效减少焊缝长度，另一方面可以较少钢管用量，降低节点总体造价。
33.优选的，所述上部剪力墙纵向钢筋9、下部剪力墙纵向钢筋均采用双面焊接于上部钢管混凝土段4、下部钢管混凝土段5外侧。可减少钢筋与钢管的搭接长度，可进一步减少钢管埋置长度，降低用钢量。
34.作为本发明进一步的实施例，所述上部预制混凝土剪力墙体1底部距离上部连接端板6的高度大于等于高强度螺栓长度；所述下部预制混凝土剪力墙体2底部距离下部连接端板7的高度大于等于高强度螺栓长度。上部预制混凝土剪力墙体1或下部预制混凝土剪力墙体2底部需距离上部连接端板6或下部连接端板7的高度不小于高强度螺栓长度，以保证高强度螺栓的安装和施拧空间。
35.作为一种优选的实施方式，上部钢管混凝土段4应伸入上部预制混凝土剪力墙体深度至少为上部剪力墙纵向钢筋9与上部钢管混凝土段4的焊接焊缝长度另加一个钢筋保护层厚度值。当节点位于楼层处时，钢筋可较易穿过各钢管混凝土段间的空间，极易布置楼板钢筋。
36.将按截面形状组合钢管混凝土阵列应用于混凝土剪力墙竖向连接，是本干式全装配工业化混凝土剪力墙竖向连接节点发明的核心创新。
37.本发明的实施例还提供一种干式全装配工业化混凝土剪力墙竖向连接节点的制造安装方法，如图5所示，包括以下步骤：s1：按剪力墙连接节点处截面形式和尺寸，优化分割为一个或多个基本独立连接单元；s2：按设计要求选择柱状钢管规格后，切割设计长度作为上部钢管混凝土段4或下部钢管混凝土段5的钢外壁；s3：切割钢板制成基本独立连接单元的上部连接端板6和下部连接端板7；s4：依据高强螺栓设计的规格和布置，在步骤s3所制备的上部连接端板6和下部连接端板7开设螺栓孔11；s5：将步骤s2已切割制成的柱状钢管的底部，通过焊接固定于上部连接端板6或下部连接端板7，并在柱状钢管侧壁和上部连接端板6或下部连接端板7间焊接多个加劲肋13；s6：按剪力墙连接节点处截面形式，拼接基本独立连接单元的上部连接端板6和下部连接端板7后采用电焊进行固定；s7：将已焊接上部连接端板6、下部连接端板7的柱状钢管，按柱状钢管开口向上放置，并在内部浇筑普通或高性能混凝土12；制成上部连接单元及下部连接单元；s8：按剪力墙纵筋配置需求的数量和位置，将上部剪力墙纵向钢筋9、下部剪力墙纵向钢筋直接或间接（垫板调整）焊接于柱状钢管外侧；s9：绑扎上部预制混凝土剪力墙体1或下部预制混凝土剪力墙体2的钢筋骨架，包括所有纵向筋、分布筋、箍筋和拉筋；s10：将上部预制混凝土剪力墙体1或下部预制混凝土剪力墙体2的钢筋骨架、上部
连接单元、下部连接单元，卧式置于刷有脱模剂的专用模板内；s11：浇筑预制上部预制混凝土剪力墙体1与钢管混凝土组合连接件3的上部连接单元形成上部预制剪力墙、下部预制混凝土剪力墙体2与钢管混凝土组合连接件3的下部连接单元形成下部预制剪力墙，对于非矩形截面剪力墙可分区域分步浇筑；s12：专用养护设备中进行蒸压养护，养护达到混凝土设计强度后可脱模；s13：对步骤s11预制的上部预制剪力墙、下部预制剪力墙的钢材质外露部分，进行防腐和防火处理；s14：对步骤s13预制的上部预制剪力墙、下部预制剪力墙部件出厂验收合格后，从制造工厂运输至施工现场；s15：吊运步骤s13预制的上部预制剪力墙、下部预制剪力墙至预定位置，对齐上部预制剪力墙、下部预制剪力墙的上部连接端板6、下部连接端板7的螺栓孔11后，使用高强螺栓连接副8 进行固定。
38.s16：若剪力墙连接节点设置在楼层之间时，采用防腐材料填充截面缩进部分，以达成墙面平整；若剪力墙节点设置在楼层位置时，可利用钢管混凝土间隙绑扎楼板钢筋。
39.本发明实施例所示的结构、比例、大小等，均仅以配合说明的形式加以说明，以供相关领域的人士阅读和了解，并非约束和限定本发明构造可实施的范围。任何不影响本发明所产生的功效的情况下的改进和润饰，均应包含于本发明所能涵盖的范围内。本说明中所采用的相关说明用词，亦是为了说明的简洁明了，任何无实质技术变更都应视为本发明可实施的范畴。