CN102425249B - 钢板剪力墙的洞口构造 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种钢板剪力墙的洞口构造，包括边框柱、边框梁和洞口边框柱，其中：边框柱竖向设置于钢板剪力墙的边缘；洞口边框柱竖向设置于洞口边缘；边框梁横向设置于钢板剪力墙的边缘，与边框柱、洞口边框柱固定连接，并在洞口边缘处固定有加强构件形成洞口连梁。本发明有效解决带洞口钢板剪力墙洞口角部应力集中容易出现撕裂的问题，在满足建筑功能要求的同时，结构合理，传力明确，施工简便，具有很强的实用性和可操作性。

Description

钢板剪力墙的洞口构造

技术领域

本发明涉及一种建筑领域的抗侧力构件，特别是涉及一种钢板剪力墙的洞口构造。

背景技术

钢板剪力墙是20世纪70年代发展起来的一种新型抗侧力构件，其主要作用是提供建筑结构的侧向刚度、抗剪强度和抗震延性。研究表明，钢板剪力墙可以充分发挥钢材延展性好、耗能能力强的特点，具有出色的抗震性能，是一种具有广阔应用前景的超高层建筑抗侧力构件。

超高层建筑核心筒剪力墙通常结合竖向交通井道与设备用房空间布置，墙体有时需要开设门洞，当采用钢板剪力墙结构时，洞口将对墙板的边界条件与受力状态产生显著影响。目前国内外尚未见到带洞口钢板剪力墙专门研究与应用的相关报道，缺少相关的结构设计规范，严重制约了这种高效能抗侧力结构的工程应用。

由此可见，上述现有的钢板剪力墙在结构上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种能够有效解决钢板剪力墙设置洞口的问题，对洞边进行补强，缓解洞口角部应力集中现象，避免钢板撕裂，确保开洞钢板剪力墙良好的抗震性能的新的钢板剪力墙的洞口构造，实属当前业界的重要研究课题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钢板剪力墙的洞口构造，使其能够有效解决钢板剪力墙设置洞口的问题，对洞边进行补强，缓解洞口角部应力集中现象，避免钢板撕裂，确保开洞钢板剪力墙良好的抗震性能，从而克服现有钢板剪力墙的不足。

为解决上述技术问题，本发明一种钢板剪力墙的洞口构造，包括边框柱、边框梁和洞口边框柱，其中：边框柱竖向设置于钢板剪力墙的边缘；洞口边框柱竖向设置于洞口边缘；边框梁横向设置于钢板剪力墙的边缘，与边框柱、洞口边框柱固定连接，并在洞口边缘处固定有加强构件形成洞口连梁。

作为本发明的一种改进，所述的洞口边框柱、边框梁均采用H型钢；加强构件的截面为倒“T”字形，固定在洞口上边缘，与边框梁形成截面为“王”字形的洞口连梁。

所述的洞口连梁上设有两条以上加劲肋，洞口边框柱在洞口连梁边缘的延长线位置设有加劲肋，边框梁在洞口边框柱边缘延长线上设有加劲肋。

所述的位于洞口连梁两侧对应的加劲肋宽度和为b_f-2t_l，厚度不小于0.75t_l和10mm，其中b_f为洞口连梁的翼缘宽度，t_l为洞口连梁的腹板厚度。

所述的洞口连梁与洞口边框柱连接时，洞口连梁的翼缘与洞口边框柱的翼缘之间采用坡口全熔透对接焊缝；洞口连梁的腹板与洞口边框柱之间采用角焊缝；加劲肋的三边与洞口连梁、洞口边框柱、边框梁采用双面角焊缝连接。

所述的加强构件的翼缘宽度小于洞口边框柱的翼缘宽度。

所述的洞口连梁采用剪切屈服型设计，其净跨度a≤1.6M_lp/V_lp，其中，M_lp为洞口连梁塑性受弯承载力，V_lp为洞口连梁塑性受剪承载力。

所述的洞口连梁翼缘的自由外伸长度b₁与其厚度t_f之比符合：

其中f_y为钢材屈服强度。

所述的洞口连梁腹板高度h₀与其厚度t_w之比符合：

其中，N为轴力设计值，A为洞口连梁的截面积，f为钢材强度设计值，f_y为钢材屈服强度。

所述的洞口连梁两端上下翼缘、与洞口连梁同跨的边框梁上下翼缘设有水平侧向支撑。

采用这样的设计后，本发明有效解决带洞口钢板剪力墙洞口角部应力集中容易出现撕裂的问题，在满足建筑功能要求的同时，结构合理，传力明确，施工简便，具有很强的实用性和可操作性。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明钢板剪力墙的洞口构造的立面示意图。

图2是本发明钢板剪力墙的洞口构造的平面示意图。

图3是本发明钢板剪力墙的洞口构造的洞口连梁剖面示意图。

具体实施方式

请参阅图1、图2所示，本发明钢板剪力墙的洞口构造，包括边框柱1、边框梁2和洞口边框柱3。

其中，边框柱1例如可如图采用矩形钢管混凝土柱，设置在剪力墙两边，与钢板剪力墙高度相同并向上下延伸。

洞口边框柱3可采用H型钢，竖向设置于洞口边缘。

请配合参阅图3所示，边框梁2也可采用H型钢，横向设置于钢板剪力墙的边缘，与边框柱1、洞口边框柱3固定连接，并在洞口边缘处固定有加强构件4形成洞口连梁5。加强构件4优选截面为“⊥”形的钢构件，如图所示固定在洞口上方边缘，与原有H型钢边框梁2结合形成截面为“王”字形的洞口连梁5，并与竖向边缘构件洞口边框柱3相围合。

为了防止洞口边框柱3发生“内拉”现象，并对洞口连梁5形成有效的支撑作用，同时考虑洞口连梁5高度对洞口边框柱3净高的减小作用，洞口边框柱3的面内刚度应满足下式要求：

I_c≥0.00307t_wh_hol ⁴/L₁

式中，t_w为H型洞口边框柱3的腹板厚度，L₁为洞口边框柱3与同一侧钢板剪力墙边框柱1中心线之间的距离。h_hol为洞口边框柱3的等效高度，h_hol＝h-(h_link-h_b)，其中h，h_link，h_b分别为层高，洞口连梁5与边框梁2的高度。

为了控制连梁5的抗弯刚度不致过大，并避免与钢板墙边框梁2宽度协调困难的问题，可将洞口连梁5的下翼缘、即加强构件4的翼缘截面宽度适当减窄，使其小于洞口边框柱3的翼缘宽度，避免洞口边框柱3截面尺寸过大。

洞口连梁5宜设计为剪切屈服型，并避免与边框柱直接相连，此时其净跨度a应符合下式要求：

a≤1.6M_lp/V_lp

式中，M_lp为洞口连梁5的塑性受弯承载力，V_lp为洞口连梁5的塑性受剪承载力。

如未采用剪切屈服型设计，当a＜2.2M_lp/V_lp时，洞口连梁5的各翼缘均应满足下式要求：

$(\frac{M_{\mathrm{lb}}}{h_{\mathrm{lb}}}+\frac{N_{\mathrm{lb}}}{2})\frac{1}{b_f{t}_f}\≤f/{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{RE}}$

式中，γ_RE为洞口连梁5的承载力抗震调整系数、取0.75，M_lb为洞口连梁5的弯矩设计值，N_lb为洞口连梁5的轴力设计值，h_lb为洞口连梁5的梁段高度，b_f为洞口连梁5的翼缘宽度，t_f为洞口连梁5的翼缘厚度。

当a≥2.2M_lp/V_lp时，洞口连梁5的翼缘均应满足下式要求：

$\frac{M_{\mathrm{lb}}}{W_l}+\frac{N_{\mathrm{lb}}}{A_{\mathrm{lb}}}\≤f/{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{RE}}$

式中，γ_RE为洞口连梁5的承载力抗震调整系数，取0.75，W_l为洞口连梁5的抗弯截面系数，A_lb为洞口连梁5的截面面积。

在多遇地震作用效应组合下，洞口连梁5受剪承载力应满足下式要求：

V≤0.9×0.58h_l0t_lf/γ_RE

式中，h_l0为洞口连梁5的腹板高度，t_l为洞口连梁5的腹板厚度，f为钢材强度设计值，γ_RE为洞口连梁5的承载力抗震调整系数，取0.75。

在罕遇地震作用效应组合下，洞口连梁5的塑性受剪承载力V_lp与塑性受弯承载力M_lp由下式确定：

V_lp＝0.58f_yh_l0t_l或V_lp＝2M_lp/a的较小值。

式中，M_lp＝W_lpf_y，W_lp为洞口连梁5的塑性抵抗矩。

洞口连梁5翼缘的自由外伸长度b₁与其厚度t_f之比应符合下式要求：

其中f为钢材强度设计值，f_y为钢材屈服强度。

洞口连梁5的腹板计算高度h₀与其厚度t_w之比应符合下式要求：

其中，N为轴力设计值，A为洞口连梁的截面积，f_y为钢材屈服强度。

洞口连梁5与洞口边框柱3连接时，洞口连梁5的翼缘与洞口边框柱3的翼缘之间采用坡口全熔透对接焊缝；洞口连梁5的腹板与洞口边框柱3之间采用角焊缝，角焊缝强度应满足下式要求：

V_u＝1.3(2M_p/a)

式中，V_u为基于极限强度最小值的节点连接最大受剪承载力，M_p为洞口连梁5的截面全塑性受弯承载力。

此外，在洞口连梁5上、洞口边框柱3在洞口连梁5边缘的延长线上、边框梁2在洞口边框柱3边缘的延长线上均设置有加劲肋6，以增强边框梁2的局部稳定性。位于洞口连梁5两侧的加劲肋总宽度为b_f-2t_l，其厚度不小于0.75t_l和10mm，其中b_f为洞口连梁的翼缘宽度，t_l为洞口连梁的腹板厚度。

其中，洞口连梁5的加劲肋6为两条以上，设置位置满足以下条件：

当洞口连梁净跨度a＞2.6M_p/V_p在距洞口连梁5的两端1.5b_f的位置设置加劲肋，且各加劲肋6之间的间距不大于52t_w-h₀/5；

当a≤1.6M_p/V_p，加劲肋6的间距不大于30t_w-h₀/5；

1.6M_p/V_p＜a≤2.6M_p/V_p时，加劲肋间距应在上述两者之间，此处V_p为梁截面全塑性受剪承载力。

加劲肋6应在三边与洞口连梁5、洞口边框柱3、边框梁2采用双面角焊缝连接，其与腹板连接焊缝承载力不应低于A_stf，与翼缘连接焊缝承载力不应低于A_stf/4。此处，A_st＝b_st·t_st，b_st与t_st分别为加劲肋的宽度与厚度。

此外，还可在洞口连梁5的两端上下翼缘设置水平侧向支撑，其轴力设计值应至少为0.06fb_f·t_f，其中b_f、t_f分别为翼缘的宽度与厚度。水平侧向支撑可采用小型H型钢。

与洞口连梁5同跨的边框梁2上下翼缘也应设置水平侧向支撑，其轴力设计值应至少为0.02fb_f·t_f，其间距不大于

上述各参数数值的获取方法、结构的具体设置条件和调整方式，均可参照《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98，以及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中的相关规定。

本发明是根据建筑功能要求，在钢板剪力墙需要开设洞口的位置边沿安装洞口边框柱3和洞口连梁5。当钢板剪力墙上存在洞口时，墙板的边界条件与受力状态将发生显著变化。本发明采用常规构件形式对洞口进行构造加强，加工制作简单，安装焊接方便。洞口边框柱的作用是对洞口削弱的钢板墙进行补强，形成新的稳固的竖向边界支撑条件，抵抗钢板墙拉力场形成的反力，并提高洞口连梁的连接构造。钢板墙上、下层洞口之间的钢板墙与原边框梁形成洞口连梁，与洞口竖向边缘构件围合成洞口的边界，对钢板墙进行了有效的补强。由于洞口连梁高度大于原钢板墙的边框梁，故此具有较大的抗弯、抗剪承载力，可减小洞口对钢板墙侧向刚度的削弱。为了确保结构的侧向稳定性，在洞边楼板处应设置水平支撑，伸入到楼板内部。

安装时，首先安装钢板剪力墙的竖向边缘构件——边框柱1和水平边缘构件——边框梁2，构成钢板墙的外边框，梁柱节点均为刚性连接。确定洞口位置并安装洞口边框柱3和洞口连梁5。在洞口边框柱3和边框梁2相交的部位，应保证边框梁的连续性，相交处洞口边框柱3的翼缘相当于边框梁2的横向加劲肋。在洞口边框柱3与钢管混凝土边框柱1之间内嵌钢板墙，此时洞口边框柱3采用延迟安装工艺，不改变筒体角部钢管混凝土柱传递重力荷载的基本机制。洞口连梁5、洞口连梁加劲肋6可与边框梁2同时加工安装，减小现场焊接工作量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钢板剪力墙的洞口构造，其特征在于包括边框柱、边框梁和洞口边框柱，其中：

边框柱竖向设置于钢板剪力墙的边缘；

洞口边框柱竖向设置于洞口边缘；

边框梁横向设置于钢板剪力墙的边缘，与边框柱、洞口边框柱固定连接，并在洞口边缘处固定有加强构件形成洞口连梁。

2.根据权利要求1所述的钢板剪力墙的洞口构造，其特征在于：

所述的洞口边框柱、边框梁均采用H型钢；

加强构件的截面为倒“T”字形，固定在洞口上边缘，与边框梁形成截面为“王”字形的洞口连梁。

3.根据权利要求2所述的钢板剪力墙的洞口构造，其特征在于所述的洞口连梁上设有两条以上加劲肋，洞口边框柱在洞口连梁边缘的延长线位置设有加劲肋，边框梁在洞口边框柱边缘延长线上设有加劲肋。

4.根据权利要求3所述的钢板剪力墙的洞口构造，其特征在于所述的洞口连梁上的加劲肋在洞口连梁的腹板两侧对称设置，且对称的一对加劲肋宽度和为b_f-2t_l，厚度不小于0.75t_l和10mm，其中b_f为洞口连梁的翼缘宽度，t_l为洞口连梁的腹板厚度。

5.根据权利要求3所述的钢板剪力墙的洞口构造，其特征在于所述的洞口连梁与洞口边框柱连接时，洞口连梁的翼缘与洞口边框柱的翼缘之间采用坡口全熔透对接焊缝；洞口连梁的腹板与洞口边框柱之间采用角焊缝；加劲肋的三边与洞口连梁、洞口边框柱、边框梁采用双面角焊缝连接。

6.根据权利要求1所述的钢板剪力墙的洞口构造，其特征在于所述的加强构件的翼缘宽度小于洞口边框柱的翼缘宽度。

7.根据权利要求1所述的钢板剪力墙的洞口构造，其特征在于所述的洞口连梁采用剪切屈服型设计，其净跨度a≤1.6M_lp/V_lp，其中，M_lp为洞口连梁塑性受弯承载力，V_lp为洞口连梁塑性受剪承载力。

8.根据权利要求1所述的钢板剪力墙的洞口构造，其特征在于所述的洞口连梁翼缘的自由外伸长度b₁与其厚度t_f之比符合：

其中f_y为钢材屈服强度。

9.根据权利要求1所述的钢板剪力墙的洞口构造，其特征在于所述的洞口连梁腹板高度h₀与其厚度t_w之比符合：其中，N为轴力设计值，A为洞口连梁的截面积，f为钢材强度设计值，f_y为钢材屈服强度。

10.根据权利要求1所述的钢板剪力墙的洞口构造，其特征在于所述的洞口连梁两端上下翼缘、与洞口连梁同跨的边框梁上下翼缘设有水平侧向支撑。

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