CN101126253A - 分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙，属于结构工程技术领域。其特征在于：所述剪力墙由内嵌钢板单元、外围约束单元及边缘构件组成；所述外围约束单元由若干块分区的混凝土盖板及型钢加劲肋组成；所述边缘构件由边缘柱和边缘梁组成；所述各分区块之间采用竖向型钢加劲肋及横向型钢加劲肋；所述内嵌钢板与各分区内混凝土盖板之间通过穿透二者的螺栓或预应力螺栓连接；所述内嵌钢板与竖向型钢加劲肋及横向型钢加劲肋之间通过螺栓或预应力螺栓连接。本发明提供的钢板剪力墙是高层建筑钢结构或其它结构的一种新型抗侧力构件，它具有抗震性能好、延性高、耗能滞回环饱满、制作施工简便等特点，是一种优越的抗震耗能构件。

Description

分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙
技术领域
本发明涉及一种新型抗侧力、分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙，属于结构工程技术领域。
背景技术
在钢板剪力墙的发展初期，钢板墙以弹性屈曲荷载作为承载能力极限状态，因而早期设计的钢板墙一般很厚或加劲肋非常密集。虽然这种厚钢板剪力墙或加劲钢板墙具有良好的耗能能力、较大的刚度及抗剪承载力，但其最大的缺点是浪费材料、造价昂贵，同时刚度过大会使得钢框架先于钢板墙破坏，这是抗震设防原则不允许的；从经济性考虑，薄钢板墙是设计工作者首选的抗侧力构件，其抗侧力主要来源于钢板屈曲后形成的拉力带。然而由于采用薄钢板带来的这种屈曲后拉力带的存在，使得薄钢板墙的滞回曲线存在严重的捏拢现象，同时钢板屈曲时也伴随较大的声响；为了解决薄钢板墙存在的上述问题，本申请人在中国专利(ZL200410091547.3)提出了防屈曲钢板墙的新结构并付诸于实施。从防屈曲钢板墙的实施效果来看，采用一块预制的混凝土盖板作为薄钢板墙两侧或单侧的约束构件，在正常墙面尺寸下其制作与施工存在一定的难度。这是因为正常墙面面积太大，采用一块预制混凝土盖板，在制作、运输及施工过程中易于开裂，现场也不容易安装。
鉴于上述已有技术存在的各种问题，本申请提出了分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙，它是将一面墙分成若干区块，在每一区块内实现抑制钢板墙屈曲的目的。区块之间，设置无粘结的型钢加劲肋，实现在区格边框处加劲的目的。这样的分区，不仅降低了预制混凝土盖板的厚度，达到了抑制钢板屈曲的目的，同时也克服了屈曲声响，提高了耗能能力，特别是克服了大块混凝土盖板制作与安装的困难。
发明内容
发明的目的在于提供一种具有较大的抗侧刚度，同时能在大震作用下有效消能的钢板剪力墙。
本发明提出的分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述剪力墙由内嵌钢板(2)单元、外围约束单元及边缘构件组成；所述外围约束单元由若干块分区的混凝土盖板(3)及型钢加劲肋组成；所述边缘构件由边缘柱(1)和边缘梁(9)组成；所述在各分区块之间的位置处采用竖向型钢加劲肋(4)及横向型钢加劲肋(5)给予加强；所述各分区块内混凝土盖板(3)采用一般混凝土板；所述内嵌钢板(2)与各分区内混凝土盖板(3)之间通过穿透二者的螺栓或预应力螺栓(7)连接；所述内嵌钢板(2)与竖向型钢加劲肋(4)及横向型钢加劲肋(5)之间通过螺栓或预应力螺栓(7)连接；所述在混凝土盖板(3)、竖向型钢加劲肋(4)及横向型钢加劲肋(5)上分别开大圆孔(6)以便螺栓(7)穿过且有足够的滑移空间；所述在混凝土盖板开孔位置预埋一般槽形钢予以加强，并在加强槽钢的相应位置也开大圆孔(6)；所述在螺栓或预应力螺栓(7)的螺母与大圆孔之间布设钢垫片(8)；所述外围约束单元的各分区内的混凝土盖板(3)、型钢加劲肋、边缘构件三者之间相互预留一定间隙(10)。
在上述分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙中，所述钢板剪力墙分为大震滑移的分区无粘结防屈曲钢板墙和完全滑移的分区无粘结防屈曲钢板墙两种。
在上述分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙中，所述外围约束单元为两侧或单侧设置。
在上述分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙中，所述剪力墙是将一面剪力墙分成若干区块，在每一个分区块内，所述外围约束单元采用混凝土盖板抑制钢板的屈曲，达到提高钢板墙的耗能能力及降低屈曲噪音的目的。
在上述分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙中，所述剪力墙面分区后，分区位置的外围约束单元采用型钢加劲肋，所述型钢加劲肋为帽形、箱形或其它截面形式的冷弯薄壁型钢。
在上述分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙中，所述边缘构件、型钢加劲肋及各分区内混凝土盖板三者之间，相互均留有一定的间隙，其值大小取10～50mm，以保证在钢板墙受力过程中互相不致发生碰撞。
在上述分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙中，所述内嵌钢板与边缘构件的连接或者与周边构件全部连接，或者仅与横梁连接。
在上述分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙中，所述内嵌钢板与边缘构件采用焊接、螺栓连接或栓焊混合连接。
在上述分区无粘结防屈曲钢板剪力墙中，对于所述大震滑移的分区无粘结防屈曲钢板墙，螺栓施加一定的预应力，在约束单元和内嵌钢板之间产生一定的压紧力，在小震作用下既能给内嵌钢板提供强大的侧向支撑作用，保证内嵌钢板不发生整体或局部屈曲，而且外围约束单元与内嵌钢板之间通过接触磨擦共同受力；在大震作用下，所述内嵌钢板和外围约束单元之间的内力差超过它们之间的摩擦力，于是产生相对滑动；在保证内嵌钢板不发生面外屈曲的情况下，钢板充分发挥耗能作用。
在上述分区无粘结防屈曲钢板剪力墙中，对于所述完全滑移的分区无粘结防屈曲钢板墙，螺栓不施加预应力，无论在小震还是在大震作用下，外围约束单元与内嵌钢板之间始终可以相对滑移，约束单元对内嵌钢板仅提供面外约束，不参与面内受力；内嵌钢板提供面内刚度和耗能性能。
本发明通过在传统的薄钢板剪力墙两侧或单侧增设型钢加劲肋及分区混凝土盖板，可以有效的防止薄钢板墙面外屈曲，并克服了实际中采用整块混凝土盖板带来的制作与施工困难。这种钢板墙叫“分区无粘结防屈曲钢板剪力墙”，简称分区无粘结防屈曲钢板墙。分区无粘结防屈曲钢板墙既能提供较大的抗侧刚度，也能在大震作用下有效消能，并易于制作安装，这为其设置了绝佳的市场应用前景。这样，即使对于比较薄的钢板，也可以获得比较高的耗能性能和延性，同时也大大的降低了结构的成本。
本发明提供的分区无粘结防屈曲钢板剪力墙是高层建筑钢结构或其它结构的一种新型抗侧力构件，它具有抗震性能好、延性高、耗能滞回环饱满、制作施工简便等特点，是一种优越的抗震耗能构件。
附图说明
图1为本发明的防屈曲钢板剪力墙结构平面示意图。
图2为本发明的防屈曲钢板剪力墙各单元的分解示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
如图1-2所示，
1-边缘柱
2-内嵌钢板
3-外围分区混凝土盖板
4-外围竖向型钢加劲肋
5-外围横向型钢加劲肋
6-混凝土盖板及型钢加劲肋上预留的大圆孔
7-内嵌钢板与外围混凝土盖板及型钢加劲肋之间的连接螺栓
8-螺母与型钢加劲肋之间的钢垫片
9-边缘梁
10-外围约束单元(混凝土盖板及型钢加劲肋)与框架之间的预留缝隙
本发明的分区无粘结防屈曲钢板墙由内嵌钢板、外围分区混凝土盖板、外围型钢加劲肋及边缘构件组成；边缘构件由边缘柱1和边缘梁9组成；内嵌钢板2采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材；分区线位置采用竖向型钢加劲肋4及横向型钢加劲肋5；各分区内混凝土盖板采用一般混凝土板3；内嵌钢板2与各分区内混凝土盖板3之间通过穿透二者的螺栓或预应力螺栓7连接；内嵌钢板2与竖向型钢加劲肋4及横向型钢加劲肋5之间通过螺栓或预应力螺栓7连接；在混凝土盖板3、竖向型钢加劲肋4及横向型钢加劲肋5上分别开大圆孔6以便螺栓7穿过且有足够的滑移空间；在混凝土盖板开孔位置预埋一般槽形钢给予加强，并在加强槽钢的相应位置也开大圆孔6；螺栓或预应力螺栓的螺母与大圆孔之间布设钢垫片8；外围各分区内混凝土盖板、型钢加劲肋、边缘构件三者相互预留一定间隙10。
墙面分区后，分区线位置采用型钢加劲肋；每一个分区内，采用混凝土盖板抑制钢板的屈曲，以提高钢板墙的耗能能力；各分区内的混凝土盖板、型钢加劲肋以及边缘梁柱构件三者之间相互预留一定的间隙，目的是保证钢板墙面内变形时相互不致发生碰撞。通过高强度螺栓把混凝土盖板和型钢加劲肋与内嵌薄钢板分别连接，并采用在混凝土盖板与型钢加劲肋上开大圆孔的方法实现螺栓能够与它们相对滑移的目的，保证混凝土盖板与型钢加劲肋不参与内嵌钢板在面内的抗侧力作用，仅仅提供面外约束。高强度螺栓可以施加一定的预紧力，满足在小震下二者共同变形，协同抵抗外荷载；在大震下可以相对滑移，实现混凝土盖板始终不会开裂，给钢板提供持续的面外约束，其最终目的是克服其滞回曲线的捏拢现象，保证钢板发挥最佳的耗能能力。
分区无粘结防屈曲钢板墙的种类及受力机理：
大震滑移的分区无粘结防屈曲钢板墙：通过给螺栓施加一定的初始预拉力，实现在小震作用下，内嵌钢板单元和外围约束单元在接触面处不能相对滑移，二者共同受力。在大震作用下，内嵌钢板与外围约束单元开始滑移，外围约束单元退出面内受力，此后仅给内嵌钢板单元提供面外约束刚度。
完全滑移的分区无粘结防屈曲钢板墙：在小震和大震作用下，内嵌钢板单元和外围约束单元在接触面处均能相对滑移，二者通过螺栓拧紧，但不施加初始预应力。外围约束单元仅提供平面外约束刚度，不参与其面内受力；
分区无粘结防屈曲钢板墙的构造及连接要求：
(1)边缘构件、型钢加劲肋及各分区混凝土盖板三者相互不接触，留有一定的间隙，其值大小取10～50mm；
(2)内嵌钢板与边缘构件(梁和柱)的连接分为两种，其一是与边缘构件全部连接，其二是仅与横梁连接；
(3)内嵌钢板与边缘构件(梁和柱)采用焊接、螺栓连接或栓焊混合连接，视设计而定。
分区无粘结防屈曲钢板剪力墙的截面尺寸确定：
(1)确定钢板墙的抗剪极限承载力计算公式：Fv＝0.8·a·tp·fv
其中a＝内嵌钢板的横向宽度，tp＝内嵌钢板的厚度，fv＝内嵌钢板的剪切屈曲强度
(2)确定外围约束单元的刚度，包括分区混凝土盖板的外观尺寸、盖板的厚度、配筋情况及型钢加劲肋的刚度：通过内嵌钢板与外围约束单元的整体屈曲分析决定外围约束单元刚度与内嵌钢板刚度的比值；在设计时，只要满足这一比值条件，可以认为约束单元的平面外约束刚度满足要求。
防屈曲钢板剪力墙的设计原则：
(1)地震作用计算：按中震考虑，并按照框架和墙板元计算结构的内力；在小震作用下，框架、钢板墙承载力及层间位移角满足设计要求；
(2)钢板墙的设计关键之一是决定内嵌钢板的厚度，其原则是要在大震作用下保证内嵌钢板进入屈服而耗能，避免钢板墙太强导致框架构件先行破坏；内嵌钢板要有一定的厚度，以便在小震作用下能满足构件承载力要求及弹性位移限值。
(3)钢板墙的设计关键之二是决定外围约束单元的刚度，其原则保证内嵌钢板始终不发生面外屈曲。

Claims (8)

1.分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述剪力墙由内嵌钢板(2)单元、外围约束单元及边缘构件组成；所述外围约束单元由若干块分区的混凝土盖板(3)及型钢加劲肋组成；所述边缘构件由边缘柱(1)和边缘梁(9)组成；所述各分区块之间的位置采用竖向型钢加劲肋(4)及横向型钢加劲肋(5)；所述各分区块内混凝土盖板(3)采用一般混凝土板；所述内嵌钢板(2)与各分区内混凝土盖板(3)之间通过穿透二者的螺栓或预应力螺栓(7)连接；所述内嵌钢板(2)与竖向型钢加劲肋(4)及横向型钢加劲肋(5)之间通过螺栓或预应力螺栓(7)连接；所述在混凝土盖板(3)、竖向型钢加劲肋(4)及横向型钢加劲肋(5)上分别开大圆孔(6)以便螺栓(7)穿过且有足够的滑移空间；所述在混凝土盖板开孔位置预埋一般槽形钢予以加强，并在加强槽钢的相应位置也开大圆孔(6)；所述在螺栓或预应力螺栓(7)的螺母与大圆孔之间布设钢垫片(8)；所述外围约束单元的各分区内的混凝土盖板(3)、型钢加劲肋、边缘构件三者之间相互预留一定间隙(10)。
2.根据权利要求1所述的分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，所述钢板剪力墙分为大震滑移的分区无粘结防屈曲钢板墙和完全滑移的分区无粘结防屈曲钢板墙两种。
3.根据权利要求1所述的分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述外围约束单元在内嵌钢板两侧或单侧设置。
4.根据权利要求1所述的分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述剪力墙是将一面剪力墙分成若干区块，在每一个分区块内，所述外围约束单元采用混凝土盖板抑制钢板的屈曲。
5.根据权利要求1或3所述的分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述剪力墙面分区后，分区位置的外围约束单元采用型钢加劲肋，所述型钢加劲肋为帽形、箱形或其它截面形式的冷弯薄壁型钢。
6.根据权利要求1所述的分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，所述边缘构件、型钢加劲肋及各分区内混凝土盖板三者之间，相互均留有一定的间隙，其值大小取10～50mm。
7.根据权利要求1所述的分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，所述内嵌钢板与边缘构件的连接或者与周边构件全部连接，或者仅与横梁连接。
8.根据权利要求1所述的分区块式无粘结防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，所述内嵌钢板与边缘构件采用焊接、螺栓连接或栓焊混合连接。
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