[发明专利]一种钢管轻骨料混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系

说明书

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（LWAC）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。