配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究

配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江省建工集团2003年12月9日研究工作报告技术报告综合效益分析配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究研究工作报告砌体大国－粘土实心砖－耗煤＋毁坏耕地。国家墙体材料革新与建筑节能‘九五’计划和2010年发展规划混凝土小砌块-替代粘土砖配筋混凝土小砌块剪力墙结构：取材广泛施工方便造价低廉强度高+延性好+抗震性能配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究课题组简介配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究研究内容及成果简介已取得研究成果从基本材料性能、基本构件性能到结构体系抗震、建筑施工工艺全过程：1.配筋混凝土砌块砌体高层结构抗震性能研究2.配筋砌块砌体剪力墙抗剪静动力性能研究3.配筋砌块砌体剪力墙砌块连梁的抗震性能研究4.砌块空腔墙体与约束配筋砌块结构的抗震性能研究5.高强砌块灌芯砌体基本力学性能6.混凝土砌块砌体轴压应力应变曲线试验研究相关课题正在进行深化研究，向更高领域迈进！配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究研究内容及成果简介1.配筋混凝土砌块砌体高层结构抗震性能研究配筋混凝土砌块剪力墙竖向荷载＋水平荷载破坏状态机理主要因素对承载力影响实际工程弹塑性地震反应时程分析配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究研究内容及成果简介2.配筋砌块砌体剪力墙抗剪静动力性能研究砌块强度20MPa剪跨比大于1.0水平钢筋和竖向钢筋剪力墙抗剪－低周反复荷载试验竖向荷载、剪跨比、水平配筋－破坏形态、强度、刚度、延性性能、能量耗散能力与钢筋混凝土剪力墙相近骨架三折线－抗震性能配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究研究内容及成果简介3.配筋砌块砌体剪力墙砌块连梁的抗震性能研究16片配筋砌块砌体剪力墙砌块连梁伪静力试验破坏状态、承载力、变形能力、滞回曲线、刚度退化、延性结果表明：与钢筋混凝土连梁有相似之处三种破坏形式－剪切型、弯剪型、弯曲型破坏形式受跨高比影响较大－跨高比增大－剪切型－弯曲型跨高比2.0有无腹筋连梁：箍筋提高承载能力、改变破坏形式滞回曲线：较好的抗震性能，破坏滑移。配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究研究内容及成果简介4.砌块空腔墙体与约束配筋砌块结构的抗震性能研究多层带构造柱空腔墙砌块房屋非线性时程分析：层间剪切模型弹塑性时程分析程序动力响应:位移、速度、加速度、层间剪力、地震力底层薄弱环节：构造柱数量、位置、配筋应加强材料强度变化－层间位移值增大－变化幅度不应过大多条地震波计算结果表明：满足7度区设防要求“小震不坏，大震不倒”配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究研究内容及成果简介5.高强砌块灌芯砌体基本力学性能附加元件－27个标准件轴压试验：应力应变全过程曲线初裂系数、极限强度、峰值应变、弹性模量开裂荷载与极限荷载之比：未灌芯砌体－74.7%灌芯率为33%－44%灌芯率为66%－53.5%。抗压强度计算公式、影响因素试验装置分析－全曲线条件：附加元件刚度、应力速率、表面平整度配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究研究内容及成果简介6.混凝土砌块砌体轴压应力应变曲线试验研究35个全部灌芯标准件抗压试验:高强混凝土砌块灌芯砌体的抗压强度抗剪强度应力－应变曲线弹性模量平均强度计算公式砌块和灌芯混凝土材料强度合理匹配配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究研究方法1．采用调研、结构试验、电算分析相结合更准确把握技术问题的实质，减少试验工作量。2．发挥我校学科齐全优势，各学科配合、联合攻关。3．对于尺寸较大的试验采用模型砌块。4．与开发者联合推广使用配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究实践应用－配筋砌块砌体的高层结构设计上海18层上海18层配筋砌块住宅工程是我国首幢配筋砌体高层住宅，位于上海园南小区4街坊，该工程是一九九五年度上海市建委第一批科研项目之一，项目由上海住总（集团）总公司负责，由上海同济大学、哈尔滨工业大学等单位进行试验研究工作。工程为7度抗震设防，抗震墙采用190mm厚混凝土小型空心砌块配筋砌体。1996年工程项目进行试验研究，1998年建成。该工程填补了我国高层配筋混凝土砌块砌体建筑的空白，在工程建设期间恰逢第十一届砌体国际会议在上海召开，因此具有重大的国际影响意义。课题组成员姜洪斌作为主要参加者完成了该工程的全部试验研究工作，并做了工程施工调研工作，在此基础上提出了博士论文。配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究实践应用－配筋砌块砌体的高层结构设计阿继18层阿继13层大庆祥阁12层省委办公厅16层配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究技术报告一、前言二、结构体系及其特点三、课题主要研究成果与砌块结构工程实践四、各项研究工作介绍1.配筋混凝土砌块砌体高层结构抗震性能研究2.配筋砌块砌体剪力墙抗剪静动力性能研究3.配筋砌块砌体剪力墙砌块连梁的抗震性能研究4.砌块空腔墙体与约束配筋砌块结构的抗震性能研究5.高强砌块灌芯砌体基本力学性能6.混凝土砌块砌体轴压应力应变曲线试验研究五、哈尔滨阿继科技园18层高层住宅配筋砌块剪力墙结构设计六、高层建筑配筋混凝土小型砌块砌体结构施工技术七、发表相关学术论文情况配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究一、前言粘土实心砖－年6000多亿块、年耗煤7000万吨、毁坏大量农田耕地混凝土小型空心砌块－“国家墙体材料革新与建筑节能‘九五’计划和2010年发展规划”、替代粘土砖、“禁实”取材广泛、施工方便、强度高、解决争地矛盾墙体材料比例－美34%德39.8%日33%国外配筋砌块高层－美15层、美28层、加33层。混凝土砌块结构：无筋砌体、约束配筋砌体、配筋砌体－配筋率0.2%以上1.采用芯柱体系的多层砌块结构2.配筋砌块砌体剪力墙结构配筋砌块剪力墙结构适应了现代中、高层建筑，本课题的基本目标。1995年《混凝土空心砌块建筑技术规程》JGJ/T14-952001年《砌体结构设计规范》GB50003-2001配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究二、结构体系及其特点配筋砌块剪力墙：砌块＋竖向孔洞纵筋＋水平凹槽横筋＋芯柱混凝土收缩已完成40％－不需要构造钢筋。中部配置一排纵横钢筋－配筋率小得多配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究二、结构体系及其特点特点：1．不毁坏耕地、耗能较低2．节省模板用量3．外墙为复合保温4．自重轻、有利于地基处理和抗震5．施工速度快6．增加使用面积配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究三、课题主要研究成果与砌块结构工程实践《砌体结构设计规范》GB50003-2001科研工作：混凝土小型空心砌块砌体基本力学性能的试验研究；配筋砌块剪力墙抗弯性能试验研究；配筋砌块剪力墙抗剪性能试验研究；配筋砌块剪力墙砌块连梁的抗震性能试验研究；混凝土砌块空腔墙抗震性能试验研究；砌块房屋墙体变形裂缝机理及防治的试验研究。中高层结构设计：阿继科技园18层配筋砌块剪力墙高层住宅（已建成，哈市先锋路）；阿继科技园13层配筋砌块剪力墙住宅（已建成，哈市先锋路）；大庆祥缘阁12层配筋砌块剪力墙住宅（已建成，大庆发展路）；省委办公厅16层集资住宅楼（建设中，哈市大成街）。配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究四、各项研究工作介绍1、配筋混凝土砌块砌体高层结构抗震性能研究配筋混凝土砌块剪力墙－竖向荷载＋水平荷载：－破坏状态、机理、承载力主要影响因素弯曲墙片：高宽比1.29（1800×1400×190）9片剪切墙片：高宽比0.83（1000×1200×190）10片试件纵向配筋水平配筋轴向压力(KN)BM-1Φ14@400Φ12@200750BM-2Φ28+2φ8+Φ28Φ12@200750BM-34Φ16@400Φ12@200500BM-44Φ16@400Φ12@200900BM-54Φ16@400Φ12@200500BM-64Φ16@400Φ12@200750BM-74Φ16@400Φ12@200900BM-84Φ20@400Φ12@200750BM-9Φ22+2φ8+Φ22Φ12@200750试件纵向配筋水平配筋轴向压力(KN)BV-14Φ20φ8@200250BV-24Φ20φ10@200250BV-34Φ20Φ12@200250BV-44Φ20Φ12@200500BV-54Φ20Φ12@200750BV-64Φ20Φ12@200900BV-74Φ20Φ12@400250BV-84Φ20Φ12@400400BV-94Φ200250BV-104Φ200100配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究1、配筋混凝土砌块砌体高层结构抗震性能研究弯曲墙片破坏状态剪切墙片破坏状态配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究1、配筋混凝土砌块砌体高层结构抗震性能研究弯曲试件特征强度和位移试件纵向配筋配筋率ρv(%)竖向荷载(kN)竖向应力σ0(Mpa)开裂极限最终荷载(kN)位移(mm)荷载(kN)位移(mm)荷载(kN)位移(mm)BM-14Φ14（0.23）750（2.8）309.67.3388.333.2295.960.1BM-22Φ28+2φ8(0.47)750（2.8）320.08.0459.536.5406.050.0BM-34Φ16（0.30）500（1.9）240.47.8308.827.3235.860.5BM-44Φ16（0.30）900（3.4）301.06.6403.927.4371.652.6BM-54Φ16（0.30）500（1.9）270.59.8319.937.4223.565.7BM-64Φ16（0.30）750（2.8）298.48.6372.729.9310.045.3BM-74Φ16（0.30）900（3.4）305.310.0402.328.0322.455.8BM-84Φ20（0.47）750（2.8）306.16.8427.320.0317.155.8BM-92Φ22+2φ8(0.30)750（2.8）315.59.7410.532.3305.965.5说明：1.砌体平均抗压强度22.0Mpa。2.所有试件均配置水平钢筋Φ12@200。3.BM-5和BM-7砌体端部砂浆缝中配置环形箍筋。配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究1、配筋混凝土砌块砌体高层结构抗震性能研究抗弯承载力的计算公式表达基本假定：计算简图：平截面假定；钢筋应变与其所处的混凝土应变相同；不考虑混凝土砌体的抗拉强度；混凝土砌体的极限压应变0.003；钢筋实际应力fy’≤σs≤fy。Mp12ins1s2sisns1s2sisnucd1d2didncc'fcm=fm0.8=（a)墙立面（b)截面应变分布（c)截面应力分布lw配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究1、配筋混凝土砌块砌体高层结构抗震性能研究弯曲试件承载力计算试件纵向配筋配筋率ρv(%)竖向应力σ0(Mpa)中和轴高度c计算值(mm)试验值Mu(kNm)计算值M(kNm)Mu/MBM-14Φ14（0.23）750（2.8）239698.9604.01.16BM-22Φ28+2φ8（0.47）750（2.8）217827.1761.11.09BM-34Φ16（0.30）500（1.9）183555.8505.91.10BM-44Φ16（0.30）900（3.4）287727.0710.81.02BM-54Φ16（0.30）500（1.9）183575.8505.91.14BM-64Φ16（0.30）750（2.8）246670.9637.81.05BM-74Φ16（0.30）900（3.4）287724.1710.81.02BM-84Φ20（0.47）750（2.8）273769.1747.01.03BM-92Φ22+2φ8（0.30）750（2.8）214738.9639.91.15说明：1.砌体平均抗压强度22.0Mpa。2.试验值Mu为极限水平侧向承载力与试件高度的乘积。Mu/M平均值1.08配筋砌块剪力墙结构在高层建筑中的应用研究1、配筋混凝土砌块砌体高层结构抗震性能研究弯曲试件延性系数μΔ=ymμu=yu