【技术领域】
本发明属于抗震建筑领域，尤其涉及一种钢框架内嵌预制复合墙及其施工方法。
背景技术：
随着我国城市规模的不断扩大，大批既有建筑面临拆迁，由此产生的建筑垃圾体量巨大，中国科学院研究报告显示，我国每年产生建筑垃圾达24亿吨左右，占城市垃圾总量的40％。2019年中央政府工作报告中，将“加强固体废弃物和城市垃圾分类处置”作为加强污染防治和生态建设，大力推动绿色发展的重要一环。建筑垃圾中废弃砖材约占30％～50％。
玄武岩纤维是以火山岩为原料经1500度高温熔融后拉制而成的连续纤维，被称为21世界无污染的“绿色工业原料”，矿产资源丰富，生产过程无污染能耗低，属于典型的硅酸盐纤维，与水泥基混凝土具有天然的相容性，具有高抗拉强度、良好的延性与耐久性以及低廉的价格等优点，能够提高再生混凝土的强度、限制早期裂缝的形成与发展、提高变形能力。
钢框架结构平面布置灵活、构造简单、易于施工，适用于各类用途的多高层建筑，但纯钢框架结构体系抗震防线单一，变形呈现剪切型，结构损伤以结点区变形为主，同时，结构其抗侧力构件主要是线型的梁柱，抗侧刚度小，延性较差，地震时非结构构件和建筑装饰容易遭受损坏。
钢框架结构抗震性能的优劣主要与结构的整体承载能力、塑性变形能力、耗能能力、冗余度有关，常用抗侧力墙板包括rc剪力墙和钢板剪力墙。rc剪力墙整体性好，刚度大，但rc剪力墙与钢框架延性严重不匹配，其变形能力较差；在循环荷载作用下，普通rc剪力墙受拉区极易产生裂缝，同时受压区会出现局部压溃现象，承载后期墙体刚度和承载力严重退化，造成抗侧力墙板较早退出工作，且墙体震后不易修复；同时布置rc剪力墙使得结构质量和刚度增加，导致结构所受地震作用相应增大。钢板剪力墙承载力高，具有较强的耗能能力，但钢板剪力墙较薄，为防止钢板剪力墙发生屈服，需加厚钢板或设置横、纵向加劲肋，导致经济效果不佳，制造和施工工序多，增加施工难度，同时，钢板剪力墙防火、防腐蚀性能差，需要额外防护措施。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种钢框架内嵌预制复合墙及其施工方法，以提高钢框架结构抗震性能，形成结构多道抗震防线，同时提高建筑垃圾资源利用率。
本发明采用以下技术方案：一种钢框架内嵌预制复合墙，包括钢框架以及位于钢框架内的预制墙，预制墙用于吸收并耗散地震能量，预制墙由框体、位于框体内的多个条状的加强体、填充在多个加强体之间的加气砖构成，加强体和框体均由掺加有废弃砖粒和纤维的混凝土浇灌而成；
钢框架为长方形或正方形，由水平设置的上部横梁、下部横梁和竖向设置的两个柱子相互首尾相接构成；框体由水平设置的两个水平体和竖向设置的两个竖向体相互首尾相接构成；上部横梁和下部横梁分别与两个对应的水平体通过预埋的钢板和螺栓连接。
进一步地，多个加强体相互平行或相互交叉设置。
进一步地，相互平行的多个加强体水平向设置或竖直向设置，每个加强体的两个自由端均与框体相连接。
进一步地，相互交叉的两个加强体之间的夹角为直角，多个加强体相互交叉设置形成网状的加强体。
进一步地，相互交叉的多个加强体包括竖向设置的加强体和水平向设置的加强体，每个加强体的两个自由端均与框体相连接。
进一步地，预制墙的上端和下端均通过第一钢板和第二钢板相互配合分别与钢框架的上部横梁和下部横梁相互固定连接，第一钢板为t形，第一钢板的横向段分别预埋在钢框架的上部横梁和下部横梁内，预埋在上部横梁的第一钢板的竖向段竖直向下设置，预埋在下部横梁的第一钢板的竖向段竖直向上设置；
第二钢板为t形，第二钢板的横向段分别预埋在框体的两个水平体内，预埋在上部水平体的第二钢板的竖向段竖直向上设置，预埋在下部水平体的第二钢板的竖向段竖直向下设置；第一钢板和第二钢板的竖向段相互靠近、且通过螺栓相互连接。
进一步地，加强体和框体的混凝土中废弃砖粒作为再生粗骨料取代天然粗骨料粒的比率为30％～50％，废弃砖粒的粒径为5～22mm的连续级配，混凝土采用天然粗骨料粒，其粒径为5～32mm连续级配，纤维的添加量为0.3％～1％，其长度为6～20mm，单丝直径7～15μm。
进一步地，预制墙的宽度≤4.5m、重量≤60kn；竖向设置的两个加强体之间的间距≤900mm，水平设置的两个加强体之间的间距≤800mm。
一种钢框架内嵌预制复合墙的施工方法，由以下步骤组成：
在钢框架的上部横梁和下部横梁内分别预埋第一钢板，
在框体的两个水平体内分别预埋第二钢板，
在两个第一钢板和第二钢板的竖向段上均匀开设多个通孔，
将预制好的预制墙吊起来，使其位于钢框架内，
利用多个螺栓依次穿过第一钢板和第二钢板对应的通孔将预制墙和钢框架相互连接，
利用阻燃柔性填充材料将预制墙两侧与钢框架之间的缝隙填实。
进一步地，预制墙的预制过程由以下步骤组成：
按照预制墙中加强体和加气砖的位置在平台上进行标注，
在每个加强体标注的位置处、按照加强体的走向铺设多根钢筋，
在每个加强体对应的多个钢筋上设置多个箍筋，
将绑扎好的钢筋放入框体模具内，
在相邻的两簇钢筋之间放入对应大小的加气砖，
然后在铺设有钢筋的位置浇筑混凝土，并在框体模具内浇筑混凝土，冷却凝固即得；
其中，混凝土的配方按重量比为：水100-300份，普通硅酸盐水泥300-500份，中砂500-700份，天然粗骨料粒碎石500-650份，废弃砖粒再生粗骨料500-650份，粉煤灰30-50份，减水剂1-5份。
本发明的有益效果是：本发明可以提高建筑垃圾资源化利用率，并满足钢框架结构抗震的需求，本发明中将密肋复合墙通过可靠连接内嵌于钢框架中，并在再生砖粒骨料混凝土中掺加玄武岩纤维改善其力学性能，形成玄武岩再生砖骨料混凝土，全部或部分替换密肋复合墙框格混凝土，最终构建具有多道抗震防线的钢框架-纤维增强密肋复合墙。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的加强体的第二种形式的结构示意图；
图3为本发明的加强体的第三种形式的结构示意图。
其中：1.钢框架；2.框体；3.加强体；4.加气砖；5.第二钢板；6.第一钢板；7.上部横梁；8.下部横梁；9.水平体；10.竖向体；11.柱子。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明公开了一种钢框架内嵌预制复合墙，如图1所示，包括钢框架1以及位于钢框架1内的预制墙，钢框架1为长方形或正方形，包括上部横梁7、下部横梁8以及与上部横梁7和下部横梁8连接的两个柱子11，上部横梁7、下部横梁8和两个柱子11相互首尾连接构成钢框架1，钢框架1内填充有预制墙，并且预制墙的上端和下端通过第一钢板6和第二钢板5相互配合分别与钢框架1的上部横梁7和下部横梁8相互固定连接，通过将钢框架1与预制墙相互配合构成墙体可以满足钢框架1结构抗震的需求。
第一钢板6为t形，第一钢板6的横向段分别预埋在钢框架1的上部横梁7和下部横梁8内，预埋在上部横梁7的第一钢板6的竖向段露出上部横梁7并竖直向下设置，预埋在下部横梁8的第一钢板6的竖向段露出下部横梁8并竖直向上设置。
第二钢板5为t形，第二钢板5分别预埋在框体2的两个水平体9内，第二钢板5的横向段分别预埋在框体2的两个水平体9内，预埋在上部水平体9的第二钢板5的竖向段露出水平体9并竖直向上设置，预埋在下部水平体9的第二钢板5的竖向段露出水平体9并竖直向下设置。第一钢板6和第二钢板5的竖向段相互靠近、且通过螺栓相互连接，就可以将整个钢框架1和预制墙进行连接固定。
预制墙由框体2、位于框体2内的多个条状的加强体3、填充在加强体3之间的加气砖4组成，加强体3和框体2由掺加有废弃砖粒和纤维的混凝土浇灌而成，预制墙的上端和下端分别与钢框架1的上部横梁7和下部横梁8通过螺栓连接，预制墙用于吸收并耗散了大量地震能量，成为抵抗地震的第一道防线。
框体2为长方形或正方形，框体2和钢框架1结构相同，由四个条状的混凝体结构组成，四个混凝体结构相互首尾相接组成一个闭合的框体2，即由水平设置的两个水平体9和竖向设置的两个竖向体10相互首尾相接组成一个闭合的框体2，框体2用于对位于其内的加强体3和加气砖4进行约束，还用于与位于其外围的钢框架1进行固定。
框体2内设置有多个加强体3，多个加强体3的姿态可以相同也可以不同，即可以随意排列，当多个加强体3的姿态相同时，如图2所示，多个加强体3可以相互平行设置，多个加强体3也可以倾斜向上，以任意姿态位于框体2内，即每个加强体3与框体2的某一边成0-180°种的任一角度。
框体2内设置有多个加强体3，多个加强体3可以相互交叉，如图3所示，相互交叉的两个加强体3之间的夹角可以为除0°和180°的任一数值，对于抗震要求较高的建筑，相互交叉的两个加强体3之间的夹角为直角，多个加强体3相互交叉设置形成网状的加强体3，可以将多个加强体3平均分为水平向加强体3和竖直向加强体3，即水平向加强体3水平设置，竖直向加强体3竖向设置，每个加强体3的两个自由端均与框体2相连接。
加气砖4为蒸压加气混凝土砌块，加强体3和框体2的混凝土中废弃砖粒作为再生粗骨料取代天然粗骨料粒的比率为30％～50％，其中，废弃砖粒的粒径为5～22mm的连续级配，天然粗骨料粒的粒径为5～32mm连续级配，纤维的添加量为0.3％～1％，纤维的长度为6～20mm，纤维的单丝直径7～15μm，预制墙的宽度≤4.5m、重量≤60kn；当相互交叉的两个加强体3之间的夹角为直角时，竖向设置的两个加强体3之间的间距≤900mm，水平设置的两个加强体3之间的间距≤800mm。
本发明还公开了一种钢框架内嵌预制复合墙的施工方法，由以下步骤组成：
在钢框架1的上部横梁7和下部横梁8内分别预埋第一钢板6，
在预制墙的框体2的两个水平体9内分别预埋第二钢板5，
在两个所述第一钢板6和第二钢板5的竖向段上均匀开设多个通孔，
将预制好的预制墙吊起来，使其位于钢框架1内，
利用多个螺栓依次穿过所述第一钢板6和第二钢板5对应的通孔将预制墙和钢框架1相互连接，
利用阻燃柔性填充材料将所述预制墙两侧与钢框架1之间的缝隙填实。其中，
预制墙的预制过程由以下步骤组成：
按照预制墙中加强体3和加气砖4的位置在平台上进行标注，
在每个加强体3标注位置处、按照加强体3的走向铺设多根钢筋，
在每个加强体3对应的多个钢筋上设置多个箍筋，
将绑扎好的钢筋放入框体模具内，
在相邻的两簇钢筋之间放入对应大小的加气砖4，
然后在铺设有钢筋的位置浇筑混凝土，并在框体模具内浇筑混凝土形成框体，
冷却凝固即得；
其中，混凝土的配方按重量比为：普通硅酸盐水泥300-500份，水100-300份，中砂500-700份，天然粗骨料粒碎石500-650份，废弃砖粒再生粗骨料500-650份，粉煤灰30-50份，减水剂1-5份。
本发明可以提高建筑垃圾资源化利用率，并满足钢框架1结构抗震的需求，本发明中将密肋复合墙通过可靠连接内嵌于钢框架1中，并在再生砖粒骨料混凝土中掺加玄武岩纤维改善其力学性能，形成玄武岩再生砖骨料混凝土，全部或部分替换密肋复合墙框格混凝土，最终构建具有多道抗震防线的钢框架-纤维增强密肋复合墙。
本发明将普通钢框架1结构由单一防线提高至多道抗震防线，钢框架-纤维增强密肋复合墙构造上的特殊性及多种材料的使用与嵌套，使得复合墙包含多个抗侧力单元。在混合抗侧力体系中，主单元为钢框架1，次单元为纤维增强密肋复合墙；在纤维增强密肋复合墙中，主单元为加强体3和框体2，次单元为框体2约束作用下的填充加气砖4。混合抗侧力体系的破坏顺序依次是“加气砖4→加强体3和框体2→钢框架1”，便于实现抗侧力体系的分灾抗震设计。
本发明中纤维增强密肋复合墙作为钢框架1的抗侧力构件，为钢框架1提供侧向力及刚度。内填加气砖4在加强体3和框体2约束下的开裂与非弹性变形，吸收并耗散了大量地震能量，是抵抗地震作用的第一道防线，密肋墙中加强体3和框体2可以形成塑性铰的位置较多，有利于避免结构因少数构件的集中损伤而导致整体过早破坏。在加强体3和框体2局部损伤后，仍能对钢框架1形成一定的约束和支撑作用，退化后的混合抗侧力体系可视为内部具有一定赘余塑性铰约束的钢框架1结构，其抗震能力仍应强于普通钢框架1结构。
只有理论上加强体3和框体2完全破坏的状态下，两种结构的抗震性能才会接近，而在此之前，抗侧力体系已经经历了一个较长的加强体3和框体2反复屈服、耗散能量的过程，充分发挥了密肋复合墙的复合受力优势，极大增强了钢框架1结构的安全裕度。
本发明钢框架-纤维增强密肋复合墙采用嵌套式的构造形式，钢框架1主要承担竖向荷载，内填复合墙主要承担水平荷载，经过满足一定抗震性能要求设计的抗侧力体系，震后可以根据内填加气砖4、加强体3和框体2损坏情况进行整片墙的更换，或者进行局部损坏的更换，具有震后的可修复功能。
现有技术中的密肋复合墙仅在民用住宅领域得到应用，以代替传统砌体墙，而在大开间的商用建筑领域如办公楼、商场、宾馆等建筑则未曾涉及，而本发明将密肋复合墙与钢框架1相结合，扩展了密肋复合墙在工业与民用建筑中的应用范围。
由于再生粗骨料天然缺陷，再生砖骨料混凝土强度和刚度同普通混凝土相比略有下降，限制了其使用范围。为此，本发明将玄武岩纤维与再生砖骨料和混凝土相互配合浇筑得到密肋复合墙，并将其引入侧向刚度不足的钢框架1体系中，扩大了再生砖骨料混凝土材料的使用范围。
本发明采用再生砖骨料混凝土，生态节能、绿色环保；采用装配式生产，快速建造、便于灾后修复、更换，符合国家节能减排、绿色环保的理念，适应建筑工业化的发展要求。
1.一种钢框架内嵌预制复合墙，其特征在于，包括钢框架(1)以及位于钢框架(1)内的预制墙，所述预制墙用于吸收并耗散地震能量，所述预制墙由框体(2)、位于框体(2)内的多个条状的加强体(3)、填充在多个加强体(3)之间的加气砖(4)构成，所述加强体(3)和框体(2)均由掺加有废弃砖粒和纤维的混凝土浇灌而成；
所述钢框架(1)为长方形或正方形，由水平设置的上部横梁(7)、下部横梁(8)和竖向设置的两个柱子(11)相互首尾相接构成；所述框体(2)由水平设置的两个水平体(9)和竖向设置的两个竖向体(10)相互首尾相接构成；所述上部横梁(7)和下部横梁(8)分别与两个对应的水平体(9)通过预埋的钢板和螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的一种钢框架内嵌预制复合墙，其特征在于，多个加强体(3)相互平行或相互交叉设置。
3.根据权利要求2所述的一种钢框架内嵌预制复合墙，其特征在于，相互平行的多个加强体(3)水平向设置或竖直向设置，每个加强体(3)的两个自由端均与框体(2)相连接。
4.根据权利要求2所述的一种钢框架内嵌预制复合墙，其特征在于，相互交叉的两个加强体(3)之间的夹角为直角，多个加强体(3)相互交叉设置形成网状的加强体(3)。
5.根据权利要求4所述的一种钢框架内嵌预制复合墙，其特征在于，相互交叉的多个加强体(3)包括竖向设置的加强体(3)和水平向设置的加强体(3)，每个加强体(3)的两个自由端均与框体(2)相连接。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种钢框架内嵌预制复合墙，其特征在于，所述预制墙的上端和下端均通过第一钢板(6)和第二钢板(5)相互配合分别与钢框架(1)的上部横梁(7)和下部横梁(8)相互固定连接，所述第一钢板(6)为t形，第一钢板(6)的横向段分别预埋在钢框架(1)的上部横梁(7)和下部横梁(8)内，预埋在所述上部横梁(7)的第一钢板(6)的竖向段竖直向下设置，预埋在所述下部横梁(8)的第一钢板(6)的竖向段竖直向上设置；
所述第二钢板(5)为t形，所述第二钢板(5)的横向段分别预埋在框体(2)的两个水平体(9)内，预埋在上部所述水平体(9)的第二钢板(5)的竖向段竖直向上设置，预埋在下部所述水平体(9)的第二钢板(5)的竖向段竖直向下设置；所述第一钢板(6)和第二钢板(5)的竖向段相互靠近、且通过螺栓相互连接。
7.根据权利要求6所述的一种钢框架内嵌预制复合墙，其特征在于，所述加强体(3)和框体(2)的混凝土中废弃砖粒作为再生粗骨料取代天然粗骨料粒的比率为30％～50％，所述废弃砖粒的粒径为5～22mm的连续级配，所述混凝土采用天然粗骨料粒，其粒径为5～32mm连续级配，所述纤维的添加量为0.3％～1％，其长度为6～20mm，单丝直径7～15μm。
8.根据权利要求7所述的一种钢框架内嵌预制复合墙，其特征在于，所述预制墙的宽度≤4.5m、重量≤60kn；竖向设置的两个所述加强体(3)之间的间距≤900mm，水平设置的两个所述加强体(3)之间的间距≤800mm。
9.一种钢框架内嵌预制复合墙的施工方法，其特征在于，由以下步骤组成：
在钢框架(1)的上部横梁(7)和下部横梁(8)内分别预埋第一钢板(6)，
在框体(2)的两个水平体(9)内分别预埋第二钢板(5)，
在两个所述第一钢板(6)和第二钢板(5)的竖向段上均匀开设多个通孔，
将预制好的预制墙吊起来，使其位于钢框架(1)内，
利用多个螺栓依次穿过所述第一钢板(6)和第二钢板(5)对应的通孔将预制墙和钢框架(1)相互连接，
利用阻燃柔性填充材料将所述预制墙两侧与钢框架(1)之间的缝隙填实。
10.根据权利要求9所述的一种钢框架内嵌预制复合墙的施工方法，其特征在于，所述预制墙的预制过程由以下步骤组成：
按照预制墙中加强体(3)和加气砖(4)的位置在平台上进行标注，
在每个加强体(3)标注的位置处、按照加强体(3)的走向铺设多根钢筋，
在每个加强体(3)对应的多个钢筋上设置多个箍筋，
将绑扎好的钢筋放入框体模具内，
在相邻的两簇钢筋之间放入对应大小的加气砖(4)，
然后在铺设有钢筋的位置浇筑混凝土，并在框体模具内浇筑混凝土，冷却凝固即得；
其中，所述混凝土的配方按重量比为：水100-300份，普通硅酸盐水泥300-500份，中砂500-700份，天然粗骨料粒碎石500-650份，废弃砖粒再生粗骨料500-650份，粉煤灰30-50份，减水剂1-5份。
技术总结