本发明属于结构领域，特别涉及一种预约束块材墙及其体系及验算方法和施工方法。
背景技术：
1、在建设工程中，结构墙是建筑结构的重要组成部分。结构墙经常采用钢筋混凝土墙，为混凝土与钢筋组成。这需要用到大量的石、砂、水泥材料。据统计，我国建设用石占混凝土质量近1/2，其使用遍及建筑、交通和铁路等众多行业。据测算，现全国每年仅建设用石量约为40多亿吨，是消耗自然资源最大的材料。目前合乎钢筋混凝土结构所要求的天然砂石已经难以满足工程需要，在实际工程中大量使用机制砂和机制石，通常采用振动给料机、颚式破碎机、制砂机、振动筛和胶带传输机等设备对天然石进行加工，把天然石块粉碎成小粒径石子或砂。在这个过程需要消耗较高的电力、运输、人工，而且产生许多粉尘。这对我们资源和环境带来较大的压力。如何在结构墙中减少水泥、小粒径砂、石的应用，对我国工程建设和节能环保有着重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种预约束块材墙及其体系及验算方法和施工方法，解决了结构墙中使用过多水泥、小粒径砂、石的问题，并解决了块材与钢筋与聚合物协同受力的问题。本发明通过结构墙内置预约束块材，有效减少水泥、小粒径砂、石用量，减少水化热、减少粉尘；通过约束笼提升块材和聚合物的连接和受力，实现墙的力学性能。本技术具有性能可靠、构造简单、施工快捷、绿色环保等优势。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
3、一种预约束块材墙，包括预约束块材、聚合物和墙钢筋；预约束块材包括块材和约束笼；块材内置在约束笼中；约束笼包括笼架和约束笼孔洞；墙钢筋包括墙竖向钢筋和墙水平钢筋；墙水平钢筋和墙竖向钢筋间隔布置，形成墙钢筋网；预约束块材被墙钢筋网包围；聚合物填充预约束块材内的间隙；聚合物包裹墙钢筋网，并填充预约束块材和墙钢筋网之间的间隙。
4、优选的，墙钢筋网之间设置有拉结筋；拉结筋连接墙钢筋网；拉结筋沿着墙钢筋网的竖向和横向间隔布置，形成竖向连通的空间；竖向连通的空间内放置有预约束块材。
5、优选的，块材为石块、钢筋混凝土块、混凝土块或水泥砂浆块；聚合物为水泥浆、水泥砂浆或混凝土；约束笼在端部封闭；约束笼孔洞的尺寸小于该处块材的尺寸；笼架包括侧壁架和端部封闭件；端部封闭件为侧壁架延伸形成或为专用的端部封闭件；专用的端部封闭件与侧壁架连接为一体；约束笼孔洞处有聚合物，使约束笼内的聚合物和约束笼外的聚合物连接为一体。
6、优选的，约束笼为两端封闭；约束笼为约束筋笼或网格笼；约束筋笼的笼架由约束筋组成；约束筋为钢筋或钢丝或frp筋；网格笼的笼架由金属网或带孔洞的钢板组成。
7、优选的，约束筋包括纵向筋、横向筋和/或斜向筋；约束筋笼的端部封闭件由纵向筋或斜向筋在端部固定连接或弯折形成或为独立的端部封闭件；独立的端部封闭件与纵向筋或斜向筋固定连接。
8、优选的，笼架有多个子空间；子空间相互独立，内放置有块材。
9、优选的，预约束块材有多个；预约束块材沿着墙的横向间隔布置，聚合物充满预约束块材之间的间隙。
10、优选的，墙钢筋网内部设有钢骨；钢骨为型钢或者钢构件；钢骨和预约束块材、墙钢筋网之间有间隙；聚合物填充预约束块材、钢骨和墙钢筋网相互之间的间隙。
11、优选的，一种预约束块材墙的连接体系，包括有预约束块材墙和梁；预约束块材墙与梁固定连接；墙梁节点区无预约束块材；预约束块材墙对应梁处有暗柱。
12、优选的，一种预约束块材墙的抗剪承载力验算方法，具体步骤如下：
13、步骤1，确定块材几何尺寸、强度及在约束笼中的布置；确定约束笼的布置；确定预约束块材墙的横截面面积，确定块材横截面面积；确定墙水平钢筋和竖向钢筋的间距、横截面尺寸、强度参数；确定块材聚合物的强度参数；所述块材聚合物是聚合物与块材形成的混合物或聚合物与块材和约束笼形成的混合物。
14、步骤2，可按照下式进行验算或按照现有设计规范进行详细计算：
15、受剪截面应符合下列条件：
16、当λ＞2.5时
17、
18、当λ≤2.5时
19、
20、λ＝mc/(vchw0)
21、式中：v——预约束块材墙斜截面的剪力设计值；
22、γre——构件承载力抗震调整系数；
23、η——预约束块材墙的抗剪承载力影响系数，η取0.4～1.0；
24、βc——块材聚合物强度影响系数：当块材聚合物强度等级不超过c50时，βc取1.0；当块材聚合物强度等级超过c40时，βc取0.7～1.0；
25、f′c——块材聚合物的抗压强度设计值；
26、bw——剪力墙截面厚度；
27、hw0——剪力墙截面有效高度；
28、
29、式中：方括号内的计算值小于时，应取等于
30、n——预约束块材墙轴向压力设计值，n大于0.2fcbwhw时，取0.2fcbwhw；
31、a——预约束块材墙全截面面积；
32、aw——t型或i型截面预约束块材墙腹板的面积；
33、λ——计算截面的剪跨比，λ小于1.5时应取1.5，λ大于2.2时应取2.2，计算截面与墙底之间的距离小于0.5hw0时，λ应按距墙底0.5hw0处的弯矩值与剪力值计算；
34、s——预约束块材墙水平钢筋间距；
35、fyh——预约束块材墙水平钢筋的抗拉强度设计值；
36、ash——预约束块材墙水平钢筋的全部截面面积。
37、公式中的强度参数按照现有国家标准取值或通过实验取值，几何参数按照实际尺寸或名义尺寸取值，重复步骤1～步骤2，预约束块材墙的内力和变形计算完毕，将抗剪承载力与结构依据实际工况荷载计算所得的最大剪力进行对比，大于最大剪力即可。
38、优选的，一种预约束块材墙的施工方法，施工步骤如下：
39、步骤一、准备墙钢筋、约束筋、块材的原材料、水、砂、石、水泥、添加剂、胶凝材料的掺和物(粉煤灰等)；
40、步骤二、加工约束筋至预定长度和形状，加工为约束笼；把块材原料分割为预定大小的块材；去除块材表面浮尘，并按粒径对块材进行分类；把块材放入约束笼，形成预约束块材；
41、步骤三、加工墙钢筋至预定长度和形状，绑扎为墙钢筋网，用拉结筋拉结钢筋网；
42、步骤四、支设墙模板；
43、步骤五、把预约束块材放置在墙钢筋网和拉结筋形成的竖向连通的空间中；
44、步骤六、按照设计要求，把水、砂、石、水泥、添加剂、胶凝材料的掺和物(粉煤灰等)搅拌为一体，形成聚合物；浇筑聚合物进入墙模板，使预约束块材、墙钢筋和聚合物混合为整体，聚合物包裹墙钢筋网；
45、步骤七，养护预约束块材聚合物到预定强度，使预约束块材、聚合物和墙钢筋形成整体。
46、与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
47、1、通过对墙的块材进行预约束，有效控制块材的接触方式和接触面积，使得聚合物充分填充块材之间空隙，与预约束块材体形成预约束块材聚合物填充墙，有效减少质量缺陷，提升施工质量，确保结构安全。
48、2、通过墙内约束笼以及控制块材的接触面积，提高块材与聚合物结合的强度和延性。
49、3、通过墙内块材设置，减少水泥的用量，减少砂石用量，施工过程中减低大体积墙的水化热，节能减排。
50、4、墙的预约束笼和块材可全部或部分进行预加工，施工效率高，工期短。
