CN102296724B - 斜置双层折板钢板剪力墙 - Google Patents

斜置双层折板钢板剪力墙 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑构件,具体为斜置双层折板钢板剪力墙,框架柱和框架梁连接构成方形的框架,框架内有与框架柱和框架梁相连接的内填板,框架柱包括平行的第一框架柱和第二框架柱,所述内填板为折板结构,其槽长方向与框架柱的柱向夹角为30°~60°,内填板为梯形、V形或者槽形折板,可直接采用压型钢板,本发明的另一种结构,内填板采用两个,斜向交叉设置,效果更佳,本发明克服了薄钢板剪力墙因过早屈曲而不能充分发挥钢材的强度和延性的缺点,提高了钢板剪力墙的面外稳定性和承载力,充分发挥了钢材抗拉强度高的优势,有效地解决了整体失稳问题,减小了用钢量,具有稳定性高、成本低廉的特点。

Description

斜置双层折板钢板剪力墙
技术领域
[0001] 本发明属于建筑构件技术领域,涉及多高层钢结构建筑中的水平抗侧力构件,具体涉及一种斜置双层折板钢板剪力墙。
背景技术
[0002] 通过研究国内外的震害资料,发现设置了钢板剪力墙(Steel Plate Shear Wall,简称SPSW)的多高层结构具有很好的抗侧力能力,地震对主要受力构件的危害影响较小。钢板剪力墙作为主要的抗侧力构件一直广泛的应用于多高层钢结构体系中,它不但有较大的初始侧向刚度,还具有良好的能量耗散能力。对于这样一个具有广阔发展前景的高层抗侧力体系,关于它的研究工作一直从未停止,也取得了良好的成果。
[0003] 薄钢板的屈曲临界荷载很低,在屈曲时,板上的应力远没有达到钢材的屈服强度,我国《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)附录四规定在钢板剪切屈服前不允许发生屈曲,即以弹性屈曲强度作为钢板剪力墙的设计极限状态。这样设计出来的钢板剪力墙不但厚重,不能充分发挥钢材的优势,而且势必造成钢材的浪费。
[0004] 薄钢板剪力墙结构已经在国内外开始应用于实际工程。为了防止内嵌薄钢板过早的屈曲,主要有两种方法 来提高薄钢板剪力墙的面内稳定性:一种是设置加劲肋(如十字形、井字形、对角交叉形等),另外一种是组合钢板墙(在钢板一侧或两侧覆盖钢筋混凝土墙板)。这两种方法虽然对防止薄钢板剪力墙过早屈曲都能起到一定的效果,但是从实际应用的角度来看,制作安装工序复杂,增加材料用量,成本提高。
发明内容
[0005] 为了克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种斜置双层折板钢板剪力墙,克服了薄钢板剪力墙因过早屈曲而不能充分发挥钢材的强度和延性的缺点,提高了钢板剪力墙的面外稳定性和承载力,充分发挥了钢材抗拉强度高的优势,有效地解决了整体失稳问题,减小了用钢量,具有稳定性高、成本低廉的特点。
[0006] 为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
[0007] 斜置双层折板钢板剪力墙,框架柱I和框架梁2连接构成方形的框架,框架内有与框架柱I和框架梁2相连接的内填板3,框架柱I包括平行的第一框架柱11和第二框架柱12,所述内填板3为折板结构,其槽长方向与框架柱I的柱向夹角为30°〜60°。
[0008] 所述内填板3为梯形、V形或者槽形折板,可直接采用压型钢板。
[0009] 本发明斜置双层折板钢板剪力墙的另一种结构,框架柱I和框架梁2连接构成方形的框架,框架内有与框架柱I和框架梁2相连接的内填板3,框架柱I包括平行的第一框架柱11和第二框架柱12,内填板3由完全相同的第一折板31和第二折板32组成,第一折板31由相互间隔的第一凸起311和第一凹槽312连接组成,第二折板32由相互间隔的第二凸起321和第二凹槽322连接组成,其特征在于,第一凸起311与第一凹槽312的长度方向与第一框架柱11的柱向夹角相等且为30°〜60°,第二凸起321和第二凹槽322与第二框架柱12的柱向夹角相等且为30°〜60°,第一折板31的凹槽一面与第二折板32的凹槽一面相触,第一凹槽312与第二凹槽322通过连接件6连接。
[0010] 效果最佳的一种情况,第一凸起311的长度方向与第一框架柱11的柱向夹角和第二凸起321与第二框架柱12的柱向夹角相等。
[0011] 为使加工工艺更加简单,加工速度更加快捷,可直接使用成形的标准板材,所述第一折板31和第二折板32使用压型钢板,可为为V形、波形、肋形、加劲型、双曲波形、燕尾槽形或者双向加劲型,第一凸起311和第二凸起321为压型钢板的波峰,第一凹槽312和第二凹槽322为压型钢板的波谷。
[0012] 所述的连接件6为铆钉或者螺栓。
[0013] 采用全角焊缝将框架梁2和内填板3连接,或者借助于角钢5,采用角焊缝加螺栓4将框架梁2和内填板3连接;采用全角焊缝将框架柱I和内填板3连接,或者借助于角钢5,采用角焊缝加螺栓4将框架柱I和内填板3连接。
[0014] 所述第一凸起311、第一凹槽312、第二凸起321和第二凹槽322的宽度相等,此时更加便于加工。
[0015] 所述第一折板31和第二折板32的板厚均匀,范围为2mm〜12臟,第一凹槽312与第一凸起311的连接坡度为90°或者任意锐角,最好是30°〜60°,尤其60°时效果较佳。
[0016] 本新型发明的理论依据是:国内外的研究资料表明,四周有刚强约束的薄钢板剪力墙屈曲以后还能继续承受荷载,主要原因是,薄钢板屈曲时,钢板上的应力远没有达到材料的屈服强度,在钢板平面内,形成了沿着对角线分布的拉力带,凭借此拉力带继续抵抗水平荷载。并且已有学者简化出了钢板剪力墙的拉杆模型,这些模拟内填板的拉杆都是沿着对角线斜置在框架内部。本发明就是基于这些理论,将压型钢板沿着对角线双向斜置在框架内部,使其纵向沿着拉力带分布,这样就能使压型钢板处于一种有利的受拉力状态,不但提高了承载力,还能增强整体稳定性,防止面外失稳。并且可以节约钢材,降低成本,具有很好的发展前景。
[0017] 本发明的有益效果是:
[0018] 该新型钢板剪力墙的内填压型钢板沿着框架对角线斜置在框架内部,使压型钢板的纵向沿着拉力带方向受力,减小了剪力的影响,使压型钢板基本接近受拉状态,能够充分发挥钢材抗拉性能好的优势,节约了钢材。并且增强了结构的侧向刚度,内填板在拉力下也不容易出现失稳问题。另外,地震作用和风荷载等水平作用的方向具有随机性,因此,本发明将压型钢板双向双层斜置在框架内部,保证了框架-剪力墙结构反向受力时,也具有同样的受力性能。
[0019] 与现有技术相比,本发明的斜置双层折板钢板剪力墙内填板的破坏仅是因为材料强度不够而引起的,并且发生在局部,本发明还能很好的耗散地震能量,一般中等地震作用下,对构件的破坏较小,减小了震后修复工作量。满足抗震三阶段设计的“中震可修”,相当于增强了侧向刚度,内填板不易失稳,改善了一直以来薄钢板剪力墙屈曲先于材料屈服的缺陷,不仅满足了正常使用的要求,而且还充分发挥了材料的强度和延性,节约了钢材。另夕卜,由于具有了良好的延性,极大地提高了耗散地震能量的能力,也可减小震后修复工作量。该发明的所有构件都可以在工厂加工,然后在工地组装,施工工艺简单,造价低廉,便于推广应用。
附图说明
[0020] 图1是本发明双折板的结构示意图,虚线表示后排折板的放置方式;
[0021] 图2是本发明正面示意图;
[0022] 图3是本发明背面示意图;
[0023] 图4是本发明第一折板31的截面示意图;
[0024] 图5是本发明第二折板32的截面示意图。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
[0026] 如图1、图2和图3所示,本发明为斜置双层折板钢板剪力墙,框架柱I和框架梁2连接构成方形的框架,框架内有与框架柱I和框架梁2相连接的内填板3,框架柱I包括平行的第一框架柱11和第二框架柱12,内填板3由完全相同的第一折板31和第二折板32组成,第一折板31由相互间隔的第一凸起311和第一凹槽312连接组成,第二折板32由相互间隔的第二凸起321和第二凹槽322连接组成,其特征在于,第一凸起311与第一凹槽312的长度方向与第一框架柱11的柱向夹角相等且为30°〜60°,第二凸起321和第二凹槽322与第二框架柱12的柱向夹角相等且为30°〜60°,第一折板31的凹槽一面与第二折板32的凹槽一面相触,第一凹槽312与第二凹槽322通过连接件6连接。
[0027] 效果最佳的一种情况,第一凸起311的长度方向与第一框架柱11的柱向夹角和第二凸起321与第二框架柱12的柱向夹角相等。`
[0028] 所述第一折板31和第二折板32的板厚均匀,都为4mm,第一凸起311、第一凹槽312、第二凸起321和第二凹槽322的宽度相等,第一凹槽312与第一凸起311的连接坡度为60°,即:第一折板31与第二折板32连接后的横截面呈逐一连接的正六边形,类似蜂窝状。
[0029] 为使加工工艺更加简单,加工速度更加快捷,所述第一折板31和第二折板32直接使用了成形的标准板材压型钢板,其可为为V形、波形、肋形、加劲型、双曲波形、燕尾槽形或者双向加劲型,第一凸起311和第二凸起321为压型钢板的波峰,第一凹槽312和第二凹槽322为压型钢板的波谷。
[0030] 借助于大型有限元软件ANSYS,对一个单层单跨框架一剪力墙模型进行了分析,以此来体现本发明的优点。框架梁柱刚结,内填板嵌固在四周的梁柱上,结构底面为固定支座,梁腹板设置了侧向支撑,阻止其在平面外的变形。
[0031] 构件截面形式及主要尺寸:柱截面HW150X150X7X10mm;梁截面HN300X 150X6.5X9mm ;内填板分别是同厚度(2mm)的LXH = 1050X 1350mm的平钢板和斜置双层折板。梁、柱的钢材标号为Q345,板的钢材标号为Q235,在有限元分析中,所有梁、柱、板全部采用ShelllSl壳单元。通过弹性屈曲分析和考虑非线性的弹塑性屈曲分析,得到了一些主要的性能参数,如表I和表2,表I结构水平承载力的比较,表2为内填板面外变形的比较,
[0032] 表I结构水平承载力的比较[0033]
Figure CN102296724BD00061
[0034] 表2内填板面外变形的比较
[0035]
Figure CN102296724BD00062
[0036] 表I说明:平钢板剪力墙的内填板在很小的外力下,就会发生屈曲,而屈曲后还能承受荷载,有很高的屈曲后强度,最终使得结构的极限承载力达到462.2kN ;斜置双层折板钢板剪力墙需要高于平钢板10倍左右的弹性屈曲临界荷载,内填板才会屈曲,而这个弹性屈曲临界荷载主要由双层板中的受压折板来控制。在受拉板的影响下,当结构达到规范所规定的最大层间位移(L/50)时,承载力可提高到590.lkN。为了结构反方向受力时,能有同样优异的受力性能,所以必须设置双层板中的受压折板。总的来说,斜置双层折板钢板剪力墙的性能优于平板钢板剪力墙。
[0037] 表2说明:在受力初期,斜置双层折板钢板剪力墙的面外变形很小,面内稳定性在一定程度上优于平钢板。
[0038] 本发明的斜置双层折板钢板剪力墙内填板相当于增强了侧向刚度,内填板不易失稳,改善了一直以来薄钢板剪力墙屈曲先于材料屈服的缺陷,不仅满足了正常使用的要求,而且还充分发挥了材料的强度和延性,节约了钢材。另外,由于具有了良好的延性,极大地提高了耗散地震能量的能力,也可减小震后修复工作量。该发明的所有构件都可以在工厂加工,然后在工地组装,施工工艺简单,造价低廉,便于推广应用。

Claims (5)

1.斜置双层折板钢板剪力墙,框架柱(I)和框架梁(2)连接构成方形的框架,框架内有与框架柱(I)和框架梁(2)相连接的内填板(3),框架柱(I)包括平行的第一框架柱(11)和第二框架柱(12),内填板(3)由完全相同的第一折板(31)和第二折板(32)组成,第一折板(31)由相互间隔的第一凸起(311)和第一凹槽(312)连接组成,第二折板(32)由相互间隔的第二凸起(321)和第二凹槽(322)连接组成,第一凸起(311)与第一凹槽(312)的长度方向与第一框架柱(11)的柱向夹角相等且为30°〜60°,第二凸起(321)和第二凹槽(322)与第二框架柱(12)的柱向夹角相等且为30°〜60°,第一折板(31)的凹槽一面与第二折板(32)的凹槽一面相触,第一凹槽(312)与第二凹槽(322)通过连接件(6)连接,第一凸起(311)的长度方向与第一框架柱(11)的柱向夹角和第二凸起(321)与第二框架柱(12)的柱向夹角相等,其特征在于,所述第一折板(31)和第二折板(32)为压型钢板,第一凸起(311)和第二凸起(321)为压型钢板的波峰,第一凹槽(312)和第二凹槽(322)为压型钢板的波谷。
2.根据权利要求1所述的斜置双层折板钢板剪力墙,其特征在于,所述压型钢板为V形、波形、肋形、加劲型、双曲波形、燕尾槽形或者双向加劲型。
3.根据权利要求1所述的斜置双层折板钢板剪力墙,其特征在于,所述的连接件(6)为铆钉或者螺栓。
4.根据权利要求1所述的斜置双层折板钢板剪力墙,其特征在于,采用全角焊缝将框架梁(2)和内填板(3)连接,或者借助于角钢(5),采用角焊缝加螺栓(4)将框架梁(2)和内填板(3 )连接;采用全角焊缝将框架柱(I)和内填板(3 )连接,或者借助于角钢(5 ),采用角焊缝加螺栓(4)将框架柱(I)和内填板(3 )连接。
5.根据权利要求1所述的斜置双层折板钢板剪力墙,其特征在于,第一凹槽(312)与第一凸起(311)的连接坡度的 范围是30°〜60°。
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