CN103216025A

CN103216025A - 一种用于高烈度地震区的波纹板剪力墙

Info

Publication number: CN103216025A
Application number: CN2013101121935A
Authority: CN
Inventors: 韦芳芳; 廖学坤; 瞿丽华; 吴欢; 赵海波
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2013-07-24

Abstract

本发明涉及一种用于高烈度地震区的波纹板剪力墙，包括左柱、右柱、上梁、下梁、波纹板；其中左柱与上梁、右柱与下梁各两两相连，组成框架结构，其特征在于波纹板在该框架结构内横向设置，即波纹板的波纹线边缘沿着该框架结构竖向设置；波纹板的上下两端通过焊接连接鱼尾板，波纹板的左右两侧通过焊接连接支撑板；波纹板的中部设置有至少1条横缝，横缝的长度小于波纹板的宽度；上梁和下梁分别通过焊接连接鱼尾板座和板座支撑，板座支撑位于鱼尾板座的两侧；鱼尾板与鱼尾板座通过摩擦型高强度螺栓连接，支撑板通过摩擦型高强度螺栓与板座支撑连接。本发明可与梁连接形成开缝波纹板剪力墙，其性能优越，满足我国高烈度地震区多高层建筑的抗震要求。

Description

一种用于高烈度地震区的波纹板剪力墙

技术领域

本发明属于建筑结构工程技术领域，特别是涉及一种用于高烈度地震区的波纹板剪力墙。

背景技术

中国专利申请200910082194.3公开了“一种波浪钢板剪力墙” ，该波浪钢板剪力墙由波浪钢板、过渡鱼尾板与边缘构件组成，其中，边缘构件梁柱与过渡鱼尾板通过焊接连接，波浪钢板与过渡鱼尾板之间焊接连接，由此形成与梁柱四边焊接的波纹钢板剪力墙。虽然该波浪钢板剪力墙对传统平钢板剪力墙进行了改进，发挥了波浪钢板的优点，提高了剪力墙结构的抗剪和抗疲劳性能，但是该方案存在的主要问题是：一是波浪钢板对自身的初始变形等缺陷很敏感，将降低其承载能力；二是对现有波浪腹板工形构件的试验结果表明，波浪板与翼缘处实施焊接，其焊缝容易发生撕裂破坏；三是波浪钢板与梁柱之间分别需要进行两次焊接，现场焊接工作量巨大，在边缘连接部位容易造成应力集中，必然导致反复荷载作用下整体结构的抗疲劳性能变差，在边缘连接部位形成薄弱部位，大大影响剪力墙结构的耗能能力；四是四边连接的钢板剪力墙需要梁柱为其提供可靠的锚固，当内填钢板强度充分发挥时，将导致柱翼缘发生很明显的屈曲，而柱子作为建筑的竖向承重构件，如果发生破坏将导致整个结构的倒塌。

如何克服现有技术的不足，已成为当今建筑结构工程技术领域中亟待解决的关键难题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种用于高烈度地震区的波纹板剪力墙，本发明可与梁连接形成开缝波纹板剪力墙，其性能优越、应用广泛，可满足我国高烈度地震区多高层建筑的抗震要求。

根据本发明提出的一种用于高烈度地震区的波纹板剪力墙，包括左柱、右柱、上梁、下梁、波纹板；其中左柱与上梁、右柱与下梁各两两相连，组成框架结构，其特征在于波纹板在该框架结构内横向设置，即波纹板的波纹线边缘沿着该框架结构竖向设置；波纹板的上下两端通过焊接连接鱼尾板，波纹板的左右两侧通过焊接连接支撑板；波纹板的中部设置有至少1条横缝，横缝的长度小于波纹板的宽度；上梁和下梁分别通过焊接连接鱼尾板座和板座支撑，板座支撑位于鱼尾板座的两侧；鱼尾板与鱼尾板座通过摩擦型高强度螺栓连接，支撑板通过摩擦型高强度螺栓与板座支撑连接。

本发明进一步的优选方案是：波纹板的中部设置有1条或几条横缝；支撑板的长度小于波纹板的高度，板座支撑的长度大于鱼尾板座的高度；支撑板的宽度小于上梁或下梁的宽度；鱼尾板座的厚度和鱼尾板的厚度均大于波纹板的厚度；板座支撑的厚度大于支撑板的厚度；波纹板左右两侧的支撑板之间的距离小于鱼尾板两侧板座支撑之间的距离。

本发明与现有技术相比其显著效果在于：一是延性好。由于在波纹板中设置有横缝，使得波纹板墙能够通过内部钢板的充分塑性变形而耗能，从而比现有四边连接的波浪钢板墙具有更加稳定的滞回耗能性能。二是通过适配横缝的数量，能够调节波纹板的高宽比，从而可调节开缝波纹板墙的延性和抗侧刚度。三是通过将波纹板横向设置，克服了波纹板无法承担由于整体结构竖向变形所产生的附加压力的不足，有效地解决了主体结构的竖向变形对钢板墙受力性能的不利影响，能够承担比一般钢板墙大得多的抗侧力。四是在波纹板左右两侧的支撑板，作为波纹板的平面外支撑，显著降小了波纹板的平面外变形，提高了承载能力。五是因波纹板墙只与梁相连，所以只对梁产生附加弯矩，不会导致柱的屈曲，容易保证塑性铰出现在梁端，符合“强柱弱梁”的抗震设计理念，从而解决了现有技术中边缘柱未能发挥其应有的承载作用的问题，并且加强了受力性能和抗疲劳性能。六是鱼尾板与鱼尾板座通过摩擦型高强度螺栓连接，可以避免梁与波纹板之间焊接撕裂的不足。七是本发明的结构设计，保证了部件焊接可在施工场地之外实现，现场施工时只需用摩擦型高强度螺栓连接即可，从而大大地减少了现场施工的工作量，加快了施工进程，避免了可能造成的工期延误的不足。本发明可取代平钢板剪力墙及四边焊接的波浪钢板剪力墙，本发明广泛用于多高层建筑的钢结构中，特别适用于对于延性和抗侧刚度要求均较高的高烈度地震区的多高层建筑。

附图说明

图1是本发明提出的一种用于高烈度地震区的波纹板剪力墙的示意图。

图2是本发明提出的梁与两边连接波纹板剪力墙的剖面图。

图3是本发明提出的波纹板边缘竖向支撑板示意图。

图4是本发明提出的波纹板的截面示意图。

图5是本发明的波纹板剪力墙与现有四边连接波浪钢板剪力墙的剪力-侧向位移曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

结合图1，本发明提出的一种用于高烈度地震区的波纹板剪力墙，包括左柱（1）、上梁（2）、波纹板（3）、右柱（4）、下梁（5）、鱼尾板座（6）、摩擦型高强度螺栓（7）、支撑板（9）、板座支撑（10）和鱼尾板（12），其中：左柱（1）与上梁（2）、右柱（4）与下梁（5）各两两相连，组成框架结构，波纹板（3）在该框架结构内横向设置，即波纹板（3）的波浪线边缘沿着该框架结构竖向设置；波纹板（3）的上下两端通过焊接连接鱼尾板（12），波纹板（3）的左右两侧通过焊接连接支撑板（9）；上梁（2）和下梁（5）分别通过焊接连接鱼尾板座（6）和板座支撑（10），板座支撑（10）位于鱼尾板座（6）的两侧；鱼尾板（12）与鱼尾板座（6）通过摩擦型高强度螺栓（7）连接，支撑板（9）通过摩擦型高强度螺栓（7）与板座支撑（10）连接。

本发明的具体制作与装配方法是：根据建筑布局以及结构承载力的要求，确定本发明的波纹板剪力墙的具体尺寸，根据其侧向承载力以及延性要求预先在波纹板（3）的中部设置1条或几条横缝（8），每条横缝（8）的长度小于波纹板（3）的宽度，结合图4，波纹板的形状为波凸形见图4-1、波齿形见图4-2、波浪形见图4-3或波折形见图4-4，波纹板（3）、支撑板（9）和鱼尾板（12）预先在施工现场外的加工厂焊接，支撑板（9）的长度小于波纹板（3）的高度，板座支撑（10）的长度大于鱼尾板座（6）的高度；鱼尾板座（6）厚度和鱼尾板（12）厚度均大于波纹板（3）厚度；如图2所示，梁上预先焊接好板座支撑（10）和鱼尾板座（6），并按设计要求在鱼尾板（12）、鱼尾板座（6）和支撑板（9）上开设摩擦型高强度螺栓孔洞（11），板座支撑（10）上开设摩擦型高强度螺栓孔洞（11），并与摩擦型高强度螺栓（7）连接；支撑板（9）的宽度小于上梁（2）或下梁（5）的宽度；板座支撑（10）厚度大于支撑板（9）厚度；波纹板（3）左右两侧的支撑板（9）之间的距离小于所述的鱼尾板（6）两侧板座支撑（10）之间的距离；现场施工时，如图3所示，鱼尾板（12）与鱼尾板座（6）通过摩擦型高强度螺栓（7）连接，支撑板（9）与板座支撑（10）通过摩擦型高强度螺栓（7）连接。

为进一步说明本发明的优越性能，本发明与现有技术的实施例对比如下：

对比墙1，现有的四边焊接的波浪钢板剪力墙：波浪钢板和梁柱都采用Q235钢，波浪钢板剪力墙跨度为3.8m，高度为3.3m，厚度为16mm；梁柱均为焊接工字钢，梁截面尺寸为300×300×12×16 mm，柱截面尺寸为350×350×16×16 mm。

对比墙2，本发明的波纹板剪力墙：波纹板（3）及左柱（1）、上梁（2）、波纹板（3）、右柱（4）和下梁（5）都采用Q235钢，波纹板（3）剪力墙跨度为3.7m（波纹板剪力墙两端与柱之间各留缝0.05米），高度为3.3 m，厚度为16mm（对比墙2中的波纹板截面尺寸与对比墙1中的波浪钢板截面尺寸相同）；各梁柱均为焊接工字钢，梁截面尺寸为300×300×12×16 mm，柱截面尺寸为350×350×16×16 mm，竖向支撑钢板的宽度为300mm，厚度为16mm，在波纹板剪力墙中间设置1条横缝（8），横缝（8）尺寸：长度为760mm、高度为20mm。

对比墙3，本发明的波纹板剪力墙：波纹板（3）及左柱（1）、上梁（2）、波纹板（3）、右柱（4）和下梁（5）都采用Q235钢，波纹板剪力墙跨度为3.7m（波纹板剪力墙两端与柱之间各留缝0.05米），高度为3.3 m，厚度为2mm（对比墙3中的波纹板截面尺寸与对比墙1中的波浪钢板截面尺寸相同）；各梁柱均为焊接工字钢，梁截面尺寸为300×300×12×16 mm，柱截面尺寸为350×350×16×16 mm，竖向支撑钢板的宽度为300mm，厚度为10mm，在波纹板剪力墙中间设置1条横缝（8），横缝（8）长度为760mm，高度为20mm。

对比墙4，本发明的波纹板剪力墙，波纹板（3）及左柱（1）、上梁（2）、波纹板（3）、右柱（4）和下梁（5）都采用Q235钢，波纹板剪力墙跨度为3.7m（波纹板剪力墙两端与柱之间各留缝0.05米），高度为3.3 m，厚度为12mm（对比墙4中波纹板截面尺寸与对比墙1中的波浪钢板截面尺寸相同）；各梁柱均为焊接工字钢，梁截面尺寸为300×300×12×16 mm，柱截面尺寸为350×350×16×16 mm，竖向支撑钢板的宽度为300mm，厚度为30mm，在波纹板剪力墙中间设置3条横缝（8），每条横缝（8）长度为380mm，高度为2mm。

图5是本发明的波纹板剪力墙与现有四边连接波纹板剪力墙的力-位移曲线。从图5中可以看出，当对比墙2的波纹板和对比墙1的波浪钢板取同样厚度时，对比墙2的承载能力为对比墙1的3.5倍，对比墙2中框架的最大侧向变形为对比墙1中框架的0.1倍，本发明的波纹板剪力墙大大提高了在地震作用下的承载力。从图5中还可以看出，当对比墙3和对比墙1取同样的承载能力，但是对比墙3中的波纹板（3）厚度只为对比墙1的1/8，同样承载力下对比墙3中框架的最大侧向变形为对比墙1中框架的1/4，本发明的波纹板剪力墙大大减小了框架在地震作用下的变形，保证了框架的安全。同时，为增加本发明的波纹板剪力墙的延性，在对比墙4中增加横缝（8）的数量，从图5中还可以看出，当对比墙4中增加横缝（8）数量时，虽然与对比墙1或对比墙3的承载能力相当，但对比墙4的延性大大提高，因此，可根据实际结构的承载力和延性的双重要求来确定横缝（8）的数量和大小。

本发明经反复试验验证，具有抗震性能好、抗侧能力高、延性高和抗疲劳性能好等诸多优越性能，且制作简单、施工效率高，是十分理想的抗侧力构件。

以上实施例仅为说明本发明的开缝波纹钢板剪力墙的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种用于高烈度地震区的波纹板剪力墙，包括左柱（1）、右柱（4）、上梁（2）、下梁（5）、波纹板（3），其中：左柱（1）与上梁（2）、右柱（4）与下梁（5）各两两相连，组成框架结构，其特征在于波纹板（3）在该框架结构内横向设置，即波纹板（3）的波纹线边缘沿着该框架结构竖向设置；波纹板（3）的上下两端通过焊接连接鱼尾板（12），波纹板（3）的左右两侧通过焊接连接支撑板（9）；波纹板（3）的中部设置有至少1条横缝（8），横缝（8）的长度小于波纹板（3）的宽度；上梁（2）和下梁（5）分别通过焊接连接鱼尾板座（6）和板座支撑（10），板座支撑（10）位于鱼尾板座（6）的两侧；鱼尾板（12）与鱼尾板座（6）通过摩擦型高强度螺栓（7）连接，支撑板（9）通过摩擦型高强度螺栓（7）与板座支撑（10）连接。

2.根据权利要求1所述的波纹板剪力墙构件，其特征在于波纹板（3）的中部设置有1条或几条横缝（8）。

3.根据权利要求1所述的波纹板剪力墙构件，其特征在于支撑板（9）的长度小于波纹板（3）的高度，板座支撑（10）的长度大于鱼尾板座（6）的高度。

4.根据权利要求1或3所述的波纹板剪力墙构件，其特征在于支撑板（9）的宽度小于上梁（2）或下梁（5）的宽度。

5.根据权利要求1或3所述的波纹板剪力墙构件，其特征在于鱼尾板座（6）的厚度和鱼尾板（12）的厚度均大于波纹板（3）的厚度。

6.根据权利要求1或3所述的波纹板剪力墙构件，其特征在于板座支撑（10）的厚度大于支撑板（9）的厚度。

7.根据权利要求1所述的波纹板剪力墙构件，其特征在于波纹板（3）左右两侧的支撑板（9）之间的距离小于鱼尾板（12）两侧板座支撑（10）之间的距离。