CN103015622A - 装配式复合剪力结构墙板 - Google Patents

Abstract

一种装配式复合剪力结构墙板，属于建筑物结构构件，包括钢筋混凝土板和两个第一支撑杆，两个第一支撑杆左右对称交叉连接，两个第一支撑杆间的连接点与四个端点间的杆外分别套有第一稳定管，两个第一支撑杆左、右端之间分别连接第二支撑杆，两个第二支撑杆外分别套有第二稳定管，两个第一、二支撑杆、第一、二稳定管均浇筑于钢筋混凝土板内，各第一、二支撑杆两端分别伸出钢筋混凝土板上、下面后与连接件连接，各第一支撑杆两端连接的两个连接件分别与钢架上、下横梁连接。本发明装配简单，传力效率更高、抗侧力强的同时节省用钢量，支撑杆不易出现屈曲、耗能效果好，在性能及结构上与框架结构横梁的匹配性好，成本低，承载力强且不易被破坏。

Description

装配式复合剪力结构墙板

技术领域

本发明涉及一种建筑物结构构件，尤指一种多层及高层楼房使用的装配式复合剪力结构墙板。

背景技术

高层钢结构设计中，传统的抗侧力体系一般有四种：纯抗弯钢框架、支撑钢框架、框剪结构钢框架加钢筋混凝土剪力墙及筒中筒结构-外框钢框架加钢筋混凝土核心筒。首先，纯抗弯钢框架完全依赖梁柱节点的刚性连接来抵抗风、地震作用的水平力，当建筑结构超过20层后，需要非常大的梁柱截面控制结构侧移，因此其经济性很差；其次，当建筑结构达到40层时，支撑钢框架被证明是有效的抗侧力体系，但缺点是支撑在往复荷载作用下易发生屈曲，而要避免该现象，支撑必须做得相当粗壮，不仅导致较大的地震作用，而且导致结构在某个方向的侧移刚度不便自由调整。近年来提出的防屈曲支撑可较好地抑制支撑屈曲并解决刚度可调的问题，但精致的构件制作导致高昂的价格，经济性同样不佳；目前超高层结构设计中流行的框剪及筒中筒体系自身就存在着缺陷，即钢筋混凝土剪力墙或核芯筒与钢框架的延性及刚度严重不匹配。强震作用下，由于作为第一道抗震防线的钢筋混凝土剪力墙或核心筒承担了85％的水平地震力，很快因开裂、压碎而导致刚度及延性急剧退化，不利于后期地震能量的消耗。此外，混凝土剪力墙或核心筒承担了相当大的重力荷载，这进一步降低了混凝土的延性。

针对混凝土剪力墙延性及耗能不足的缺点，20世纪70年代发展起来了一种新型的抗侧力体系-钢板剪力墙，以下简称钢板墙，钢板墙由内嵌钢板及边缘构件梁、柱组成。其包括非加筋厚钢板墙、加筋钢板墙、非加筋薄钢板墙、两侧开缝钢板墙、低屈服点钢板墙、开洞钢板墙、压型钢板墙、竖缝钢板墙、组合钢板墙、防屈曲钢板墙及两侧开缝组合钢板墙。与纯抗弯钢框架比较，采用钢板墙可节省用钢量50％以上。与普通支撑钢框架相比，相同的用钢量，即使在假定支撑不屈曲的条件下，支撑所能提供的抗侧刚度最多与钢板墙持平，但不必担心钢板墙的墙板屈曲会导致承载力与耗能能力的骤降，尽管墙板屈曲后的滞回曲线会有不同程度的捏缩，但总是优于支撑屈曲后，其拉压不对称造成耗能能力的急剧下滑；与精致的防屈曲支撑比较，钢板墙不但相对便宜，且制作和施工都比较简单，因而其市场前景更佳；钢板墙弥补了混凝土剪力墙或核心筒延性不足的弱点；钢板墙的墙板厚度较钢筋混凝土墙要小很多，故能有效降低结构自重，减小地震响应，压缩基础费用；相对现浇钢筋混凝土墙，钢板墙能缩短制作及安装时间。

但是上述各类钢板墙仍然存在：

(1)非加筋厚钢板墙的耗钢量太大，调整刚度不便，应用受到限制；

(2)加筋钢板墙由于内嵌钢板较薄，施工起来容易烧穿，大量焊接部位不可避免地存在裂纹、夹杂等缺陷，在往复荷载作用下，裂纹易迅速扩展并很快发生脆性断裂，降低了墙板的延性；焊接产生的残余应力和面外变形影响到墙板的力学性能，特别是对抗侧刚度的削弱较大；加筋肋易发生局部屈曲并降低加筋肋的加筋效率，而且反复局部屈曲加速了加筋肋的断裂，最终失去加筋作用；

(3)非加筋薄钢板墙在水平荷载作用下，非加筋薄钢板始终伴随较大的类似击鼓的屈曲声响，同时产生面外变形，其在较大风荷载或地震作用过程中，舒适度不理想，使用性不佳；

(4)两侧开缝钢板墙是其只在上、下边与框架梁相连，而在左、右两侧与框架柱之间留出一定的距离，但是墙板与柱子脱开后，侧移刚度和承载力都有较大幅度下降，这是因为墙板拉力场完全锚固在梁上，墙板两侧一部分区域不能发挥作用；

(5)低屈服点钢板墙的屈服强度不到Q235钢的一半，而伸长率则是Q235钢的2倍多，其抗剪滞回环也呈饱满的梭形，基于此，该钢板墙主要被做成耗能器元件使用；

(6)开洞钢板墙与两侧开缝及低屈服点钢板墙的原理相同，开洞钢板墙也是以牺牲墙板的承载力、刚度及耗能能力为代价来保护柱子的，此外，在墙板上开洞增加了墙板的制作工序、费用有所增加；

(7)压型钢板墙做的薄时，其破坏形式表现为折屈破坏，折屈后很快失去承载能力，呈现很强的脆性破坏特征；

(8)竖缝钢板墙是将整块钢板分割成一系列柱状板条，板条类似受弯小柱一样工作，从而将墙板的变形由剪切转化为弯曲来提高墙板的延性，但是板条在屈曲之前，类似于柱子的受力特性，失稳后抗侧刚度减弱，由于墙板受到分割，拉力场的路径不通畅，难以形成完整的拉力场，因而提供的承载力有限；

(9)组合钢板墙是在钢板一侧或两侧现浇钢筋混凝土，两种材料通过内嵌钢板上预置的剪力钉组成一体，钢板外包混凝土墙板，该结构如果混凝土与钢板是整浇在一起的，即使混凝土板与框架留有间隙，内嵌钢板的面内变形也必然引起混凝土参与受力开裂。剪力钉周围的混凝土也由于往复荷载作用逐渐被压碎，导致混凝土与钢板不断脱离。失去混凝土板保护的内嵌钢板后期表面与非加筋钢板墙一样，不但屈曲声响巨大，拉力场的形成对边柱的稳定也非常不利；

(10)防屈曲钢板墙由内嵌钢板和两侧预制混凝土板及边缘梁柱组成，内嵌钢板通过鱼尾板与周边框架梁柱构件牢固连接，该墙板在使用过程中实现了保护混凝土盖板的功能，克服了非加筋薄板滞回曲线的捏缩，耗能能力显著增强。但在制作、施工和安装方面仍存在不便：与框架柱仍要连接使连接面较长，带来大量的焊接工作量；同时钢板与混凝土板存在着大面积的螺栓配合面也带来一定的制作与装配难度。

(11)两侧开缝组合钢板墙是将内嵌钢板与框架柱的连接省去，以消除墙板对柱子抗震性能的不利影响，其次是在内嵌钢板的两侧也覆盖预制混凝土板，抑制内嵌墙板的屈曲，但是墙板与柱子脱开的构造使得墙板对平面外整体稳定比较敏感，在其两侧开缝处，内嵌钢板易发生整体失稳。

上述介绍的钢板剪力墙或组合剪力墙在与框架结构连接时，由于连接面的长度相对较长，无论哪类钢板剪力墙，只要内嵌钢板存在拉力场效应，拉力场的开展及强度的分布就一定不均匀，对角拉力带最先屈服，此区域的螺栓或焊缝所受拉力最大，往中部逐渐变小，拉力场的分布不均匀，使均匀分布的螺栓连接面易发生解纽扣现象，从角部开始朝中部各个爆破，且相对较长的螺栓连接面配合精度要求过高加工难度大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种装配式复合剪力结构墙板，其可以实现装配式结构的目的，其装配简单，传力效率更高、抗侧力强的同时节省用钢量，不易出现屈曲、耗能效果好，在性能及结构上与钢框架结构的匹配性好，成本低，承载力强且不易被破坏。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：一种装配式复合剪力结构墙板，包括钢筋混凝土板，其中还包括两个第一支撑杆，两个所述第一支撑杆左右对称交叉连接在一起，两个所述第一支撑杆之间的连接点与四个端点之间的杆外面分别套置有第一稳定管，两个所述第一支撑杆的左端之间和右端之间分别连接竖直向第二支撑杆，两个所述第二支撑杆的外面分别套置有第二稳定管，两个所述第一、二支撑杆及两个第一、二稳定管均浇筑于钢筋混凝土板内，各所述第一、二支撑杆的两端分别伸出钢筋混凝土板的上、下面后与连接件连接，各所述第一支撑杆两端连接的两个连接件分别与框架结构上、下横梁连接。

本发明装配式复合剪力结构墙板，其中各所述第一稳定管上靠近两个第一支撑杆连接点的一端前、后面分别通过钢板焊接在一起，两个所述钢板分别与两个第一支撑杆的前、后面焊接在一起。

本发明装配式复合剪力结构墙板，其中各所述第一、二稳定管的外面分别套有若干个钢筋，所述钢筋浇筑在钢筋混凝土板内。

本发明装配式复合剪力结构墙板，其中各所述第一支撑杆的两端与两个连接件之间分别连接第一连接板，所述连接件为一对对称设置的连接卡，所述连接卡由C形槽板和垂直连接于C形槽板上、下面的上、下连接板构成，所述C形槽板上沿水平方向设置若干个第一螺孔，所述上、下连接板上分别沿水平方向均布有若干个第二、三螺孔，每对所述连接卡的C形槽板对称卡置于框架结构上横梁或下横梁上，并通过穿过第一螺孔上的螺栓固定在框架结构上横梁或下横梁上，每对所述连接卡的上连接板或下连接板和与之对应的第一连接板通过穿过第二螺孔或第三螺孔上的螺栓固定在一起。

本发明装配式复合剪力结构墙板，其中各所述第一、二稳定管的两端分别伸出钢筋混凝土板的上、下面。

本发明装配式复合剪力结构墙板，其中所述第一、二支撑杆的横截面为H型或十字型。

采用上述方案后，本发明装配式复合剪力结构墙板，通过在对角拉力带部位即与框架结构上、下横梁的上、下四个端点位置的连接上，采用集中加强其连接强度的方式，使其与框架结构上、下横梁配合面大大减小，大大降低了配合难度，同时使结构的传力效率更高，实现了装配式结构的目的；采用第一、二稳定管和钢筋混凝土的复合约束结构提高了单纯钢稳定管的刚性，且改善了对支撑杆整体的约束效果，使第一、二支撑杆无论受拉或受压均不易失稳能同时参与工作，提高了对结构提供抗侧的能力，解决了现有的薄钢板剪力墙、组合薄钢板剪力墙或是中心支撑，均难以避免在受压一侧产生屈曲后失去作用能力、使其强度下降的问题，达到了省钢的目的；由于第一、二稳定管能起到对第一、二支撑杆和稳定管外的钢筋混凝土的隔离作用，在第一、二支撑杆处于反复承载变形的工作中，使第一、二稳定管外包的钢筋混凝土板始终不会因第一、二支撑杆的变形而遭到破坏，而使由第一、二稳定管和钢筋混凝土板复合构成的约束结构，其约束能力可始终保持不下降，使本发明复合剪力结构墙板在反复加载的后期工作中，承载力不易下降，能保持后期有较好而稳定的耗能作用；在性能与结构的匹配上，本发明复合剪力结构墙板与钢框架-钢筋混凝土剪力墙相比，不存在由于钢筋混凝土剪力墙的刚度与钢结构框架不匹配的问题。与现有的薄钢板剪力墙、组合薄钢板剪力墙或是中心支撑相比，在调整刚度时，本发明复合剪力结构墙板同样因能较好的避免了受稳定因素的限制使其在设计各第一、二支撑杆强度时方便于调整，达到了利于调整抗侧刚度的目的。

本发明的进一步有益效果是：将各第一稳定管上靠近两个第一支撑杆连接点的一端前、后面分别通过钢板焊接在一起，两个钢板分别与两个第一支撑杆的前、后面焊接在一起，这样设计利于提高第一支撑杆的稳定，同时加强第一稳定管的约束能力。

本发明的进一步有益效果是：将各第一、二稳定管外面分别套有若干个钢筋，使钢筋浇筑在钢筋混凝土板内，其目的在于加强钢筋混凝土板自身的强度，同时钢筋混凝土板与各第一、二稳定管的有效结合，可以改善和加强各第一、二稳定管的稳定特性，以提高各第一、二稳定管的刚度达到提高其约束能力的目的，并相对减少第一、二稳定管的用钢量。

本发明的进一步有益效果是：通过在各第一支撑杆的两端连接第一连接卡，将连接部件设计为一对连接卡，这样设计目的是采用集中加强其连接强度的方式，使其与框架结构上、下横梁配合面大大减小，大大降低了配合难度：解决了现有框架结构-钢板剪力墙或组合剪力墙系统在与框架结构上、下横梁的连接方面只能通过焊接，而难以实现螺栓装配化问题，通过上连接板上的第二螺孔或下连接板上的第三螺孔，可将本发明装配式复合剪力结构墙板在竖向实现连通，以传递拉、压、剪力；同时通过C形槽板上的第一螺孔与各层框架结构上、下横梁实现连接，提供整体抗侧力，其易于装配。

本发明的进一步有益效果是：将各第一、二稳定管的两端分别伸出钢筋混凝土板的上、下面，目的是将位第一、二稳定管外的钢筋混凝土板与第一、二支撑杆形成隔离，以确保在第一、二支撑杆处于反复受拉、压发生变形时，避免稳定管外的钢筋混凝土板因第一、二支撑杆的变形遭到破坏，使钢筋混凝土板结构得到保护，使后期的性能不下降，并有效提高整体结构的使用寿命。

本发明的进一步有益效果是：将第一、二支撑杆的横截面设计为H型或十字型，其目的在于在其材料截面积相同的情况下，尽可能提高第一、二支撑杆自身的稳定性。

附图说明

图1是本发明装配式复合剪力结构墙板的立体图；

图2是本发明装配式复合剪力结构墙板的立体分解图(不含钢筋混凝土板)；

图3是本发明装配式复合剪力结构墙板的第一支撑杆与第一连接板之间的立体图；

图4是本发明装配式复合剪力结构墙板的实施例图。

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步的说明；

具体实施方式

请参阅图1至图3所示，本发明装配式复合剪力结构墙板，包括矩形钢筋混凝土板3和两个第一支撑杆4。第一支撑杆4的横截面为H型，也可以为十字型。两个第一支撑杆4左右对称交叉焊接在一起。两个第一支撑杆4之间的焊接点与四个端点之间分别套置有第一稳定管5。各第一稳定管5上靠近两个第一支撑杆4焊接点的一端的前、后面通过两块钢板10焊接在一起。两个第一支撑杆4的前、后面也分别焊接在该两块钢板10上。各第一支撑杆4的两端分别焊接一个第一连接板6。两个第一支撑杆4的端部之间焊接两个竖直向第二支撑杆7。第二支撑杆7的横截面为H型，也可以为十字型。两个第二支撑杆7的外面分别套置有第二稳定管8。两个第一支撑杆、两个第二支撑杆7、两个第一稳定管5和两个第二稳定管8均浇筑于钢筋混凝土板3内。各第一支撑杆4的两端、各第二支撑杆7的两端、各第一稳定管5的两端及各第二稳定管8的两端分别伸出钢筋混凝土板3的上、下面。各第一连接板6上分别连接一对连接卡9。各第一支撑杆4两端连接的两对连接卡9分别安装于框架结构上、下横梁1上。连接卡9由C形槽板12和垂直连接于C形槽板12上、下面的上连接板13和下连接板14构成。C形槽板12上沿水平方向均匀加工有若干个第一螺孔15。上连接板13上沿水平方向均匀加工有若干个第二螺孔16。下连接板14上沿水平方向均匀加工有若干个第三螺孔17。每对连接卡9的C形槽板12对称卡置于框架结构上横梁1的前、后面或框架结构下横梁1的前、后面，并通过穿过其上第一螺孔15的螺栓固定于框架结构上横梁1上或框架结构下横梁1上。位于框架结构上横梁1的每对连接卡9的下连接板14和与之对应的第一连接板6之间通过穿过第三螺孔17上的螺栓固定在一起。位于框架结构下横梁1上的每对连接卡9上的上连接板13和与之对应的第一连接板6通过穿过第二螺孔16上的螺栓固定在一起。各第一稳定管5的外面、各第二稳定管8的外面分别套有若干个钢筋11，各钢筋11均浇筑在钢筋混凝土板3内。浇筑于各第一稳定管5和第二稳定管8内的混凝土，也可以是其他填充材料。为防止在第一稳定管5内的第一支撑杆4和第二稳定管8内的第二支撑杆7在变形时使位于第一稳定管5和第二稳定管8内的混凝土或其他填充材料被破坏后脱落、漏出管外，可在各第一稳定管5、第二稳定管8、各第一支撑杆4、各第二支撑杆7的外端分别加封堵。

如图4所示，为本发明装配式复合剪力结构墙板的实施例图，该实施例只以两层楼结构为例说明，更多层或高层楼结构的连接与之相同，各层楼的墙板连接与图1相同，该实施例是将两个位于框架结构上横梁1上的两对连接卡9的上连接板13与上层墙板下面的两个第一连接板6通过螺栓连接在一起，这样相邻楼层之间的墙板连接在一起，且力的传递是连续的。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种装配式复合剪力结构墙板，包括钢筋混凝土板(3)，其特征在于：还包括两个第一支撑杆(4)，两个所述第一支撑杆(4)左右对称交叉连接在一起，两个所述第一支撑杆(4)之间的连接点与四个端点之间的杆外面分别套置有第一稳定管(5)，两个所述第一支撑杆(4)的左端之间和右端之间分别连接竖直向第二支撑杆(7)，两个所述第二支撑杆(7)的外面分别套置有第二稳定管(8)，两个所述第一、二支撑杆(4，7)及两个第一、二稳定管(5，8)均浇筑于钢筋混凝土板(3)内，各所述第一、二支撑杆(4，7)的两端分别伸出钢筋混凝土板(3)的上、下面后与连接件连接，各所述第一支撑杆(4)两端连接的两个连接件分别与框架结构上、下横梁(1)连接。

2.如权利要求1所述的装配式复合剪力结构墙板，其特征在于：各所述第一稳定管(5)上靠近两个第一支撑杆(4)连接点的一端前、后面分别通过钢板(10)焊接在一起，两个所述钢板(10)分别与两个第一支撑杆(4)的前、后面焊接在一起。

3.如权利要求2所述的装配式复合剪力结构墙板，其特征在于：各所述第一、二稳定管(5，8)的外面分别套有若干个钢筋(11)，所述钢筋(11)浇筑在钢筋混凝土板(3)内。

4.如权利要求3所述的装配式复合剪力结构墙板，其特征在于：各所述第一支撑杆(4)的两端与两个连接件之间分别连接第一连接板(6)，所述连接件为一对对称设置的连接卡(9)，所述连接卡(9)由C形槽板(12)和垂直连接于C形槽板(12)上、下面的上、下连接板(13，14)构成，所述C形槽板(12)上沿水平方向设置若干个第一螺孔(15)，所述上、下连接板(13，14)上分别沿水平方向均布有若干个第二、三螺孔(16，17)，每对所述连接卡(9)的C形槽板(12)对称卡置于框架结构上横梁(1)或下横梁(1)上，并通过穿过第一螺孔(15)上的螺栓固定在框架结构上横梁(1)或下横梁(1)上，每对所述连接卡(9)的上连接板(13)或下连接板(14)和与之对应的第一连接板(6)通过穿过第二螺孔(16)或第三螺孔(17)上的螺栓固定在一起。

5.如权利要求1-4之一所述的装配式复合剪力结构墙板，其特征在于：各所述第一、二稳定管(5，8)的两端分别伸出钢筋混凝土板(3)的上、下面。

6.如权利要求5所述的装配式复合剪力结构墙板，其特征在于：所述第一、二支撑杆(4，7)的横截面为H型或十字型。

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