专利名称：钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙的制作方法
技术领域：
本发明提供一种钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙，特别是它的目的是在满足承重抗震的性能要求下，减轻重量，以减少建筑整体的材料用量，降低建筑的制造成本。另外，这种剪力墙根据需要，可以在一定程度上，设计它的刚性、弹性和塑性的阶段性承载性能和变化性能，以提高建筑的抗震和抗风载的能力。
剪力墙是高层建筑体系的必要组成部分。钢筋混凝土剪力墙是当今建筑类型中性能价格比最优良剪力墙。但是，实心剪力墙钢筋混凝土剪力墙的沉重性，增加了钢筋混凝土建筑向高度发展的成本和技术困难，这是它的主要缺点之一。另外，实心钢筋混凝土剪力墙在能够承重的状态，往往，倾向于刚性，这对于承受强烈地震的破坏是不利的。
当前的剪力墙设计所依据的比较完善的理论是弹性理论和刚塑性理论，能够计算的形状主要是杆、刚架、桁架、板、板中的简单孔、等简单形状的受力、受力的变化过程和损坏的极限。由于对混凝土的承重性能认识得还不够全面，钢筋混凝土构件的基本性能的许多方面都建立在试验数据的基础上。
本发明是依据一些理论概念为基础进行推论，建立的概念型和基本制造方式的发明。因为，即便是以往的常规建筑设计的力学方法和计算解决问题的思路，也必须依托具体的工程实体。典型的经验公式，也要以众多具体类型的工程作为载体。它们的可操作性的应用实践，需要通过标准的试验获得数据，通过一般性的力学理论建立通用的经验公式。
钢筋混凝土剪力墙的承载能力、刚度和抗裂性，通常是用极限状态和极限分析理论进行设计和计算的。极限状态概念主要是依靠试验数据。极限分析理论主要有塑性铰线理论和薄膜效应理论。
塑性铰线理论认为，钢筋混凝土的结构杆件，在被破坏时，根据不同形状，会呈现出比较有规则的狭窄的屈服带。破坏首先在这些屈服带上发生。它也是有试验根据的。
薄膜效应的概念是，由已有的试验结果表明，在支撑边界受水平约束的条件下，混凝土板状结构构件的极限承载能力，将数倍于边界未受水平约束的板的极限承载能力。这种现象的原因是钢筋混凝土的板状结构，纯弯截面的中性轴，其位置在临界破坏时，非常接近于板的表面，因而，在纯弯矩的作用下，板中平面位于受拉区，它将产生拉变形。如果，这种中性轴不能离开板截面高度的中央，板将不能产生弯曲，这样不能产生变形破坏。而板的两个表面，由于边界条件的约束，支座的支撑，两个表面对应的拉压的反力正是在阻止中性轴的偏离。所以产生了比没有边界约束条件的板的自身拉压性能更大的承载能力。
虽然，钢筋混凝土剪力墙中，布置的钢筋的比率很低，一般在百分之五以下，但是，在建筑的极限分析的设计上，认为它们是刚塑性体。混凝土是刚性部分，钢筋是刚塑性部分。但是，钢筋的承重性能，要比混凝土高数倍，因而，可以认为，在普遍的情况下，钢筋在承重方面的重要性高于混凝土。这样，可以认为，钢筋和混凝土结合部分是钢筋混凝土结构的塑性、刚性和刚塑性的代表部分，钢筋混凝土结构的承载性能主要是由这部分承担的，所以，只要保留这部分的结构，去掉钢筋之间中间部位的纯混凝土部分，就会依然拥有主要的承载能力。如果，再加强对这部分结构的支持，这种结构的整体承载能力就会达到或超过实心钢筋混凝土剪力墙的承载能力。这是采用暗桁架结构的一个理由。
如果，认为钢筋是钢筋混凝土剪力墙的主要承载能力的因素，因而通过增加钢筋的用量，来提高承载能力，而增加了这种剪力墙的造价，也是没有实际价值的。所以，要在布筋率和用钢量相当的条件下提高这种剪力墙的性能，才能达到降低成本的目的。减少水平、垂直布筋的比率，增加其他方向的布筋，是一类方式。
剪力墙在承受剪应力的时候，它的压力方面承受剪应力的能力，比拉力方面承受剪应力的能力一般来说要更强。这是钢筋和混凝土的材料的拉压比的性能造成的。所以，在一定的布筋率的条件下，适当增加拉筋比率，减少压筋比率，是增加剪力墙整体承载性能的可能方式。但是，单纯减少压筋，会减少剪力墙的竖向塑性，增加竖向的脆性折断的缺点。针对这种弱点，以矩形剪力墙为例，增加矩形的对角线的和斜向的承载力的布置，可以增加钢筋混凝土板的水平和垂直承载能力的联系，增加受拉性能与受压性能的相互支持，因而，能增加整体的承载能力。
根据以上的考虑，本发明对于实心板式剪力墙进行了改革。它用轻型夹心模具，将剪力墙内部构成由钢筋和混凝土组成的暗桁架结构，在保证承载性能的同时，以减轻剪力墙的重量。一般来说，钢筋混凝土结构剪力墙的布筋方式，多采用水平垂直式的方式，整体上形成的是矩形框架组。它们是几何可变结构。支撑它们不改变形状的部分，是框架中间的纯混凝土部分。当去掉纯混凝土部分，它们的承载能力会显著降低。但是，如果增加斜向的或对角线型的支撑杆，它们就可以形成几何不变结构，因而增强了它们的承载能力。另外，前面讲到，增加矩形的对角线的和斜向的钢筋混凝土杆件的布置，可以增加钢筋混凝土的水平和垂直钢筋混凝土杆件之间的承载能力的联系，增加受拉性能与受压性能的相互支持。所以，去掉桁架中间的混凝土部分之后，只要合理地安排各个杆件的承载能力，就可以保证剪力墙整体的承载能力。
根据塑性铰线理论，板状结构的破坏是从有规律的屈服带开始的。这里，把屈服带的损坏类型假定为各向同性的破坏，对于任何一点，任何方向的布置钢筋的增强作用都相同。因而，顺着这些屈服带布筋，是最简便和经济的方式。根据剪力墙的形状和开口方式，连梁和多墙肢的典型形式，经过试验，获得屈服带的典型规律。经过设计计算，而延屈服带安排钢筋和暗桁架的结构，是增加这种剪力墙承载能力的另一种措施。
对应板的概念，夹心模相当于开孔，而且是开了许多孔，和有尖角的口。这样根据板的受力概念，应力将集中于最为薄弱的部分。而多孔的问题，在力学的计算上，是难以解决的问题。改变看问题的角度，是简化复杂的必要手段。如果对应桁架的概念，就可以不考虑开口的问题，只要考虑钢筋混凝土杆件的承载能力，就可以达到整体承重抗震的性能的目的。夹心模暗桁架剪力墙的暗桁架部分的设计计算，就是按桁架的概念进行考虑的。
参照密肋板楼盖，它去掉了钢筋受拉的中间部分的混凝土，并不影响它主要依靠钢筋的受拉部分的性能。剪力墙是以板面方向承受剪力的，它的抗拉性能更强，这种性能本身就较少地依赖拉力部分的混凝土。而这部分的混凝土，也是拉力的负担。剪力墙的钢筋之间的中间部分的混凝土，除了承受拉力之外，还承受着压力。但是，剪力墙除了在特殊的外在破坏力作用的情况下，正常的工作载荷低于极限载荷，仅仅凭借没有中间的混凝土支撑的钢筋于混凝土结合部分的桁架承压承拉能力，完全可能胜任这种任务。在高裂度地震和超负荷强大的风雪载荷的特殊的外力作用的情况下，轻度损坏已经不可避免，而去掉各个钢筋混凝土结合部之间中间的纯混凝土部分，还可以设计成增加剪力墙的塑性的暗桁架，增加建筑物的整体延性，有益于减少整体的严重破坏。
箍筋在增加钢筋混凝土结构的塑性方面起着重要作用。它可以改良和提高钢筋混凝土结构在初期破坏的塑性变形的延性阶段的承载性能。只要在相对于两个墙面的钢筋的布置结构上合理安排箍筋，就可以保证钢筋混凝土暗桁架的承载性能。另外，对角线和斜向布置的钢筋混凝土暗桁架，也相当一种特殊的箍筋的配置方式。它对钢筋混凝土这种不均匀材料的整体结构的承载性能，能够产生整体均衡协调的作用。
为了获得薄膜效应的承载性能，保证剪力墙的整体强度，使它不仅是个桁架，而且，也是一种板的结构，于是，在桁架的作为墙面的两面，构筑了两个板状面。因为，剪力墙在设计计算理论上，是被假定为一个平面的薄板的，它有对应板中平面平行压坏和弯曲破坏两种可能。前者参考塑性铰线理论，可以通过延屈服带布置暗桁架的方式，得到一定程度的解决。而这两个墙面，就是参考薄膜效应理论，通过它们在弯曲时产生的相对的拉力和压力，对中性轴向板表面偏移的阻止，来获得由抗弯曲的性能产生的板的承载力。
这两个板状墙面的作用是对桁架结构的加强作用。它的承载用途可以设计在正常载荷的安全承载能力之外。正常工作载荷性能，可以由桁架部分承担。两个板状墙面只起延缓这种剪力墙从刚性和弹性的正常工作阶段向塑性的变形破坏阶段的转化的作用。而在严重外力破坏下，它又可以设计成容易产生脆性损坏的，而不影响桁架部分的延性。
根据薄膜效应的概念，剪力墙应当增加刚性弹性，而减少塑性，这样有益于增加薄膜效应产生的承载性能。这就需要相对地减少布筋率。而两个墙面的钢筋含量，是可以通过夹心模的薄厚、形状和位置进行调节的。这种要求也相当地增加了暗桁架的布筋率，对桁架的承载能力是有益的。
墙面的板状结构与暗桁架的关系，可以考虑为互相的增强的关系。由于桁架杆件构成的不同的几何形状，使这种增强是不均匀的。而调整夹心模相应侧面的形状，可以改良这种相互支持的平衡关系。
薄膜效应的产生，需要剪力墙具有较薄的厚度。厚度较大，在接近极限压力下，如果仍然不出现弯曲倾向，就不会产生薄膜效应。而这种要求，是与减轻建筑的重量的设计理念一致的。
塑性铰线理论，对于刚塑性体的钢筋混凝土结构，增加布筋率，对其刚塑性是有益的。对于薄膜效应理论，又需要减少按刚塑性力学概念计算所得的布筋率。而暗桁架又需要在不增大布筋率的条件下，减少水平和垂直的布筋，增加斜向和对角线的布筋，因而可以即协调它们的关系，又满足了各自的需要，达到增加剪力墙整体性能的结果。同时，夹心模暗桁架剪力墙在结构上，把布筋区域有所区分，桁架是高布筋区，板面是低布筋区，因而可以优化地结合前面两种理论揭示的效能。
这种剪力墙的设计思想，是以不同的特殊性的组合来克服简单的统一的缺点。因而，这种剪力墙在承载能力上是可以设计成为分结构功能的。它的翼缘处、与楼盖连接处和开口的墙肢边缘的实心的柱体和梁，是这种剪力墙的重要承载能力部分；然后是墙面增强的暗桁架结构，它们与梁柱分担主要载荷；再次是两个有薄膜效应墙面；再其次是墙面受到破坏时的产生了塑性变形的暗桁架部分的性能。如果不分功能结构，它就是一种具有板的形式特征的，由板增强的桁架。
建筑的极限破坏主要考虑的不是建筑的正常工作状态承受静载荷的能力，而是地震和风压振动造成的动载荷。建筑的整体的倒塌破坏状态前的安全性能，是由剪力墙端部相当的牢固的实心柱体、相对较弱的实心梁，塑性状态下仍然保持一定承载能力的剪力墙体部分维持的。
实心剪力墙的性质倾向于单一性的刚性，在强大破坏力的情况下，可能会出现反拱破坏和严重的刚性破坏。夹心模暗桁架剪力墙可以设计成阶段性的刚塑性的。在破坏力的初期阶段，它具有正常的承载能力，表现为刚性的；在破坏力初步超过正常承载能力的时候，薄膜效应的增强作用出现，继续维持刚性或弹性的承载能力；在严重的破坏力出现时，它向塑性转变，但是，由于多向布筋的增强方式，特殊箍筋的方式，在塑性阶段，它依然会有一定的承载能力。
由于剪力墙本身相当是轻型空心的，而各个连接部分的端部是实心的，这就等于相对增强了整体梁柱方面的强度，增加了建筑的承载性能。
另外，由于剪力墙减轻了自身和建筑的整体重量，因而减小了破坏时的内力的相互作用，这样，有利于在较低的成本下，增加建筑的剪力墙各个端部、有框式剪力墙相当的梁柱部分和框架-剪力墙结构的梁柱部分的抗震性能，而提高建筑的抗震等级。
这种结构的剪力墙的制造，是用普通模板、模具，夹心模，把布置好位置的钢筋浇筑成一体的。他可以整体现浇，也可以制成预制构件。
整体的钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙，就是通过将夹心模安装系捆在布置好承载结构的钢筋框架上，整体浇筑或手工砌抹制造出来的。这也是内部成型模具需要夹心的原因。
钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙可以使用普通模板进行浇筑。也可以用普通的预制件设备，稍加改进安装夹心模的工艺，进行制造。
为了保证混凝土结构的密实，夹心模与钢筋结构之间，设计有进行振捣的通道。
夹心模的制造方法是，用轻型材料，经过成型加工，配置柔性或刚性安装连接物，表面加防水材料层制成的。例如用膨胀珍珠岩和水泥，安装用柔性或刚性连接物，通过模具制成；或者，在制成模型形状后的泡沫玻璃纤维棉上，安装柔性或刚性连接物，涂覆水泥砂浆或石膏，等有机、无机胶联物制成。
由于夹心模是浇筑在剪力墙内部的，它们的成型后的位置，难以检测。它们又相当于在剪力墙中开口，它们的位置对剪力墙的承载能力至关重要。所以，夹心模的安装连接物，应当是能够牢固确定夹心模的位置的，本身固定后形成接近几何不变形状的类似箍筋作用的结构。
钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙在与其他方向的剪力墙结合的翼缘部分的端部，与楼盖(楼板)结合的端部的结构，是实心的结构，相当于实心的或明或暗的柱、梁。
墙肢开口的开口边缘，增加暗桁架的密度，以平衡整体墙面的强度。
翼缘的设计，根据这种剪力墙的特殊性能，经过试验，进行设计计算来确定。
本发明实现的方式是无论预制与现浇筑，都是可以在常规的模板的成型结构内部，根据试验数据和理论计算的设计要求，布置横竖向、斜向、对角线方向的钢筋与相应的箍筋，再在钢筋框架上安装夹心模，然后进行混凝土浇筑成型而完成的。
夹心模振捣尺寸、外形是根据暗桁架的尺寸、振捣通道的需要、两面板面的厚度和含钢筋量综合设计的。
夹心模的制造方法是，用轻型材料，经过成型加工，配置柔性或刚性安装连接物，表面加防水材料层制成的。例如用膨胀珍珠岩和水泥，安装用柔性或刚性连接物，通过模具制成；或者，在制成模型形状后的泡沫玻璃纤维棉上，安装柔性或刚性连接物，涂覆水泥砂浆或石膏，等有机、无机胶联物制成。
这种剪力墙的施工方式，除了要安置斜向或对角线方向的钢筋和严格地安装捆系夹心模之外，其他的施工方式，与常规的钢筋混凝土剪力墙的施工方式基本相同。因而，可以说，它仍然是一种容易施工的剪力墙制造方式。
发明的具体结构由以下的实施事例及附图给出。
图1是钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙的墙体内部的暗桁架结构示意图。
图2是本发明的带有两个墙面的包含了夹心模和暗桁架的整体示意图。图2-1是其两个板状墙面示意部分。图2-2是其暗桁架示意部分。图2-3是其在各个不同方向的剪力墙连接的翼缘部分的端部和与楼盖连接的端部，形成或明或暗的实心柱体和梁架的示意部分。
图3是在对应图1的暗桁架的相应结构的钢筋框架上安置了一个夹心模示例的示意图。图3-1是其钢筋架结构的示意部分。图3-2是夹心模的示意部分。图3-3是斜向钢筋的示意部分。图3-4是对角线方向的钢筋的示意部分。图3-5是其横竖布置的钢筋的示意部分。图3-6是夹心模的侧面的示意部分。
图4是夹心模的示意图。图4-1是夹心模的安装捆系物的示意部分。
下面结合各图详细说明钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙的结构细节和制造方式。
可以在通常的预制板模具内或通常的现浇筑模板内，按照设计要求，布置钢筋结构(图3)，在钢筋框架上，安装捆系夹心模，然后用混凝土进行浇筑，振捣，固化后取下预制板模具或外部模板，就形成了内部带有暗桁架(图1)的，具有两个墙面(图2-1)的钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙(图2)。
权利要求
1.钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙，是无论预制与现浇筑，都是可以在常规的模具或模板的成型结构内部，根据试验数据和理论计算的设计要求，布置横竖向、斜向、对角线方向的钢筋与相应的箍筋，再在钢筋框架上安装夹心模，然后进行混凝土浇筑成型而完成的，其特征在于在带有斜向(图3-3)、对角线方向(图3-4)的钢筋与相应的箍筋的横竖方向布筋的钢筋框架(图3-1)上安装轻质夹心模(图3-2)，在浇筑混凝土后形成一种有两个板状墙面结构(图2-1)的、内部带有暗桁架结构(图2-2)的、在各个不同方向的剪力墙连接的翼缘部分的端部和与楼盖连接的端部为实心柱、梁结构(图2-3)的整体板状墙体(图2)。
2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙，其特征是在横竖布筋(图3-5)之外，还有斜向(图3-3)、对角线方向(图3-4)的钢筋布置。
3.根据权利要求1所述的钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙，其特征是在夹心模所占的空间之外，在各个不同方向的剪力墙连接的翼缘部分的端部和与楼盖连接的端部之间的内部区域(图2-3)，形成相对于树立于水平面的的墙面(图2-1)的水平的、垂直的、斜向的、对角线方向的钢筋混凝土结构的杆件的暗桁架(图2-2)。
4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙，其特征是在夹心模所占的空间之外，在各个不同方向的剪力墙连接的翼缘部分的端部和与楼盖连接的端部(图2-3)之间，与其内部区域的暗桁架的两侧形成板状结构的墙面(图2-1)。
5.根据权利要求1所述的钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙，其特征是两个墙面的钢筋含量，是可以通过夹心模(图3-2)的薄厚、形状和位置进行调节的。
6.根据权利要求1所述的钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙，其特征是两个墙面与暗桁架之间的互相支持的受力方式，可以通过调整夹心模的相应侧面(图3-6)，进行受力的平衡均匀性的调整。
7.根据权利要求1所述的钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙的夹心模，其特征是夹心模的制造方法是，用轻型材料，经过成型加工，配置柔性或刚性安装连接物(图4-1)，表面加防水材料层制成的，夹心模的安装连接物，应当是能够牢固准确地确定夹心模的位置的，本身固定后形成接近几何不变形状的定位作用的结构。
8.根据权利要求1所述的钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙，其特征是在各个不同方向的剪力墙连接的翼缘部分的端部和与楼盖连接的端部，形成或明或暗的实心柱体和梁架(图2-3)，在剪力墙开口或墙肢的边缘是实心的柱体和梁体。
9.根据权利要求1所述的钢筋混凝土结构夹心模暗桁架剪力墙，其特征是在其开口边缘，增加暗桁架的密度，以平衡整体墙面的强度。
全文摘要
本发明提供一种夹心模暗桁架钢筋混凝土剪力墙,它的目的是在满足承重抗震的性能要求下,减轻重量,以减少建筑整体的材料用量,降低建筑的制造成本。另外,这种剪力墙根据需要,可以在一定程度上,设计它的刚性、弹性和塑性的阶段性承载性能和变化性能,以提高建筑的抗震和抗风载的能力。
文档编号E04B2/76GK1253204SQ9912200
公开日2000年5月17日 申请日期1999年10月25日 优先权日1999年10月25日
发明者刘新方 申请人:刘新方