CN103696511A - 一种可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙 - Google Patents

Abstract

本发明涉及结构工程技术领域，具体是涉及一种可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙。该可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙包括内嵌钢板、混凝土盖板、边缘构件、纵向加劲肋，纵向钢板条、横向钢板组。混凝土盖板、纵向钢板条、横向钢板组均与内嵌钢板固定相连，相当于在水平向和竖向都对内嵌钢板增加了一道面外约束；同时纵向钢板条和横向钢板组将大块的内嵌钢板分成了小的区格，可以提高钢板剪力墙的承载能力，并有效防止内嵌钢板的面外屈曲。因而本发明钢板剪力墙的耗能能力、侧向刚度及延性性能均得到大幅提高，并可作为结构中的承重构件，分担结构中其他承重构件的负担。

Description

一种可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，具体是涉及一种具有较大抗侧刚度、较高后期承载能力、较强耗能能力，并可作为结构中竖向承重构件的钢板剪力墙。

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结构，其具有较好的延展性和延性、较大的侧向刚度、较强的耗能能力，抗震性能出众。美国、日本等发达国家已率先将其应用于实际工程，近年来，我国的部分高烈度地区也逐渐开始应用，如：天津的津塔、上海锦江饭店等。早期的钢板剪力墙设计以弹性屈曲荷载作为承载能力极限状态，导致钢板很厚或者加劲肋非常密集，造成材料的极大浪费，大幅增加了建造成本。然而对薄钢板而言，虽然研究表明薄钢板发生面外屈曲以后仍具有较高的承载能力，其抗侧力主要来源于薄钢板屈曲后形成的拉力带，但是拉力带的存在使得薄钢板剪力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着较大的声响，给人的心理带来恐慌。

传统的防屈曲钢板剪力墙一般利用混凝土盖板作为约束钢板面外屈曲的外部构件，通过螺栓将钢板和混凝土盖板紧密相连，二者之间不留空隙，能提高剪力墙的抗侧刚度。但由于内嵌钢板的屈曲从一开始便受到混凝土盖板的约束，使混凝土盖板一直处在受弯状态之中，对混凝土盖板造成了过重的负担，混凝土盖板可能过早的发生破坏，对内嵌钢板的约束作用随之减弱。再者由于传统防屈曲钢板剪力墙采用的内嵌钢板较薄，在受力时一般仅考虑剪切力对其性能的影响，尽量避免其承受竖向荷载，以免造成钢板剪力墙的过早破坏，故无法分担结构中承重构件的负担，对整个结构体系的贡献有限。

发明内容

本发明目的在于，提供一种具有较大抗侧刚度、较高后期承载能力、较强耗能能力，并可作为结构中竖向承重构件的钢板剪力墙。

本发明通过以下技术方案实现该目的：

一种可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙，包括内嵌钢板、混凝土盖板、边缘构件、纵向加劲肋，纵向钢板条、横向钢板组；所述边缘构件包括边缘梁、边缘柱，所述内嵌钢板与边缘梁固定相连；所述混凝土盖板的数量为2，纵向加劲肋的数量为4，纵向钢板条的数量至少为2，横向钢板组的数量至少为6；所述混凝土盖板、纵向加劲肋、纵向钢板条、横向钢板组均对称固定于内嵌钢板两侧，且均与内嵌钢板（直接或间接）相连；其中，位于同一侧的两根纵向加劲肋分别设置于内嵌钢板的两端，混凝土盖板、纵向钢板条、横向钢板组均设置于位于同一侧的两根纵向加劲肋之间；所述横向钢板组由设置于同一侧的、于同一水平面上的横向钢板组成，所述横向钢板条设置于纵向加劲肋与相邻纵向钢板条之间、以及两相邻纵向钢板条之间；所述混凝土盖板与内嵌钢板存在间隙；所述纵向钢板条、横向钢板组均设置于内嵌钢板与混凝土盖板之间。

进一步的，所述混凝土盖板与纵向加劲肋的加强部分、边缘构件之间存在间隙。

进一步的，所述纵向钢板条的数量为2，横向钢板组的数量为6；各纵向钢板条均设置于同一侧两纵向加劲肋中间；位于同一侧的横向钢板组等距地设置于内嵌钢板的上部、中部、以及下部。

进一步的，所述纵向钢板条两端均与边缘梁固定相连。

进一步的，所述纵向钢板条、横向钢板组中每根横向钢板条的厚度均等于内嵌钢板与混凝土盖板之间的间距。

进一步的，所述纵向钢板条、横向钢板组中每根横向钢板条的宽度均为10～20mm。

进一步的，所述内嵌钢板与混凝土盖板之间的间距为3～30mm。

进一步的，所述混凝土盖板与边缘构件的间距为10～50mm。

进一步的，所述混凝土盖板与纵向加劲肋的加强部分的间距为10～50mm。

进一步的，所述内嵌钢板与至少一根边缘柱固定相连。

本发明通过在传统的钢板剪力墙两侧设置纵向加劲肋，并在同一侧的两纵向加劲肋之间设置纵向钢板条、横向钢板组、混凝土盖板；混凝土盖板、纵向钢板条、横向钢板组均与内嵌钢板固定相连，相当于在水平方向和竖直方向都对内嵌钢板增加了一道面外约束。而且纵向钢板条将内嵌钢板分成若干区块，在地震荷载、风荷载等水平荷载作用下，由于纵向加劲肋和纵向钢板条的存在，减小了水平方向上内嵌钢板的高厚比，使内嵌钢板在每一个区块内的受力特性接近厚板，从而大幅提高水平方向屈曲临界荷载；在竖向荷载作用下，每个区块的横向钢板条将内嵌钢板竖向稳定性计算的计算高度减小至少一半，屈曲临界荷载增加至少四倍，对内嵌钢板的水平向承载能力和竖向承载能力均进行了加强，有效防止内嵌钢板的面外屈曲。

另外，纵向钢板条和横向钢板组也起到了加劲肋的作用。同样可以提高钢板剪力墙的承载能力，并有效防止内嵌钢板的面外屈曲。因而本发明钢板剪力墙的耗能能力、侧向刚度及延性性能均得到大幅提高，并能够作为结构中竖向承重构件使用，分担结构中其他承重构件的负担。

所述混凝土盖板与内嵌钢板之间设置间隙，可避免内嵌钢板的屈曲从一开始就受到混凝土盖板的约束，进而防止混凝土盖板过早的发生破坏，提高剪力墙的抗侧刚度。

本发明提供的可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙可以作为高层建筑钢结构或其它结构的一种新型承载构件和耗能构件，其具有较大抗侧刚度、较高后期承载能力、较强耗能能力，并可作为结构中竖向承重构件，在地震作用下有效耗能。在风荷载和常遇地震作用下，本发明主要提供抗侧刚度，使结构反应始终处于弹性阶段；在罕遇地震作用下，本发明主要提供延性和耗能能力，并可以有效防止结构倒塌。

本发明滞回饱满，制作施工简易，是一种优越的耗能减震构件。即使相对于较薄的钢板剪力墙，也可以获得较高的耗能能力和延性，可有效降低结构的成本。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例的主视图。

图2为图1中钢板剪力墙的A-A截面视图。

图3为图1中钢板剪力墙的分解图（去除混凝土盖板）。

图4为图1中混凝土盖板的结构示意图。

附图标识说明：1-内嵌钢板，2-混凝土盖板，3-纵向加劲肋，4-纵向钢板条，5-边缘梁，6-边缘柱，7-横向钢板条，8-双向配筋。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步描述。

图1至3所示为本发明可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙其中一个实施例。

该可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙包括内嵌钢板1、混凝土盖板2、边缘构件、纵向加劲肋3，纵向钢板条4、横向钢板组。所述内嵌钢板1采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材。所述边缘构件包括边缘梁5、边缘柱6，所述内嵌钢板1位于上、下两边缘梁5之间，且与边缘梁5固定相连。

参见图2、图3，所述混凝土盖板2的数量为2，纵向加劲肋3的数量为4，纵向钢板条4的数量为2，横向钢板组的数量为6。所述混凝土盖板2、纵向加劲肋3、纵向钢板条4、横向钢板组均对称固定于内嵌钢板1两侧，具体的，纵向加劲肋3、纵向钢板条4、横向钢板组均与内嵌钢板1焊接固定，混凝土盖板2通过螺栓、螺母与内嵌钢板1固定相连。其中，位于同一侧的两根纵向加劲肋3分别设置于内嵌钢板1的左右两端；所述纵向钢板条4设置于位于同一侧的两根纵向加劲肋3的中间位置上，并且其上、下两端均与边缘梁5固定相连；位于同一侧的横向钢板组等距地设置于内嵌钢板1的上部、中部、以及下部，所述横向钢板组由设置于同一侧的、于同一水平面上的2根横向钢板条7组成，并且横向钢板条7均设置于纵向加劲肋3与相邻纵向钢板条4之间。

本实施例在内嵌钢板1中间位置设置纵向钢板条4，纵向钢板条4、纵向加劲肋3将内嵌钢板1分成两个区块。在各区块的上部、下部和中间位置固定横向钢板条7，并通过螺栓、螺母将混凝土盖板2固定，相当于在水平方向和竖直方向都对内嵌钢板1增加了一道面外约束。

在地震荷载、风荷载等水平荷载作用下，由于纵向加劲肋3和纵向钢板条4的存在，减小了水平方向上内嵌钢板1的高厚比，使内嵌钢板1在每一个区块内的受力特性接近厚板，从而大幅提高水平方向屈曲临界荷载。在竖向荷载作用下，每个区块的三条横向钢板条7将内嵌钢板1竖向稳定性计算的计算高度减小一半，屈曲临界荷载增加四倍。因而对内嵌钢板1的水平向承载能力和竖向承载能力均进行了加强，有效防止内嵌钢板1的面外屈曲。另外，纵向钢板条4和横向钢板条7也起到了加劲肋的作用，同样可以提高钢板墙的承载能力，并有效防止内嵌钢板1的面外屈曲。

而且混凝土盖板2可以较好的为内嵌钢板1提供面外约束，进而提高钢板墙的承载能力，并有效防止内嵌钢板1的面外屈曲，从而使钢板剪力墙的耗能能力、侧向刚度及延性性能均得到大幅提高，并能够作为结构中竖向承重构件使用，分担结构中其他承重构件的负担。

参见图1、图2，所述混凝土盖板2与纵向加劲肋3的加强部分、边缘构件、内嵌钢板1均存在间隙；所述纵向钢板条4、横向钢板组均设置于内嵌钢板1与混凝土盖板2之间。具体的，所述内嵌钢板1与混凝土盖板2之间的间距为3～30mm；所述混凝土盖板2与边缘构件的间距为10～50mm，混凝土盖板2与纵向加劲肋3的加强部分的间距为10～50mm。所述纵向钢板条4、横向钢板组中每根横向钢板条7厚度均等于内嵌钢板1与混凝土盖板2之间的间距，宽度均为10～20mm。同时混凝土盖板2通过螺栓、螺母与纵向钢板条4、横向钢板组紧密相连。

混凝土盖板2与内嵌钢板1之间设置间隙，可避免内嵌钢板1的屈曲从一开始就受到混凝土盖板2的约束，进而防止混凝土盖板2过早的发生破坏，提高剪力墙的抗侧刚度。而混凝土盖板2与边缘构件、纵向加劲肋3的加强部分之间设置间隙，可保证剪力墙在受力过程中混凝土盖板2与边缘构件、纵向加劲肋3的加强部分相互不致发生碰撞。所述纵向加劲肋3的加强部分是指纵向加劲肋3中与内嵌钢板1相垂直部分。

钢板剪力墙的混凝土盖板与内嵌钢板间预留空隙的设计原则为：

1）确定钢板剪力墙的抗剪极限承载力计算公式：

F_v＝θ·a·t_p·f_v

其中a为内嵌钢板的横向宽度；t_p为内嵌钢板的厚度；f_v为内嵌钢板的剪切屈曲强度；θ为折减系数，一般取为0.7～0.9。

2）按中震考虑地震作用，考虑钢板剪力墙的各组件的相互作用计算结构内力；在小震作用下，考虑钢板剪力墙保持弹性状态；

3）钢板剪力墙的设计关键之一是计算内嵌钢板的厚度，原则是保证内嵌钢板在大震作用下能够进入屈服阶段并耗能，设计应保证内嵌钢板、混凝土盖板的破坏先于边缘框架，做到“强框架弱墙板”；在小震作用下，要能够满足钢板剪力墙承载力要求及弹性位移限值；

4）钢板剪力墙的设计关键之二是决定混凝土盖板的刚度，其原则是在大震作用下保证内嵌钢板始终不发生面外屈曲。

参见图1，所述内嵌钢板1还可以与其中一根边缘柱6或两根边缘柱6固定相连。

参见图3，所述纵向加劲肋3为角钢，所述纵向加劲肋3的加强部分为角钢中与内嵌钢板1相垂直的一边；所述角钢的另一边夹在混凝土盖板2与内嵌钢板1之间，其厚度等于混凝土盖板2与内嵌钢板1的间距。

参见4，所述混凝土盖板2内设置双向配筋8，以加强混凝土盖板2的刚度。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙，其特征在于：包括内嵌钢板、混凝土盖板、边缘构件、纵向加劲肋，纵向钢板条、横向钢板组；所述边缘构件包括边缘梁、边缘柱，所述内嵌钢板与边缘梁固定相连；所述混凝土盖板的数量为2，纵向加劲肋的数量为4，纵向钢板条的数量至少为2，横向钢板组的数量至少为6；所述混凝土盖板、纵向加劲肋、纵向钢板条、横向钢板组均对称固定于内嵌钢板两侧，且均与内嵌钢板相连；其中，位于同一侧的两根纵向加劲肋分别设置于内嵌钢板的两端，混凝土盖板、纵向钢板条、横向钢板组均设置于位于同一侧的两根纵向加劲肋之间；所述横向钢板组由设置于同一侧的、于同一水平面上的横向钢板组成，所述横向钢板条设置于纵向加劲肋与相邻纵向钢板条之间、以及两相邻纵向钢板条之间；所述混凝土盖板与内嵌钢板存在间隙；所述纵向钢板条、横向钢板组均设置于内嵌钢板与混凝土盖板之间。

2.根据权利要求1所述的可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙，其特征在于：所述混凝土盖板与纵向加劲肋的加强部分、边缘构件之间存在间隙。

3.根据权利要求1所述的可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙，其特征在于：所述纵向钢板条的数量为2，横向钢板组的数量为6；各纵向钢板条均设置于同一侧两纵向加劲肋中间；位于同一侧的横向钢板组等距地设置于内嵌钢板的上部、中部、以及下部。

4.根据权利要求1所述的可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙，其特征在于：所述纵向钢板条两端均与边缘梁固定相连。

5.根据权利要求1所述的可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙，其特征在于：所述纵向钢板条、横向钢板组中每根横向钢板条的厚度均等于内嵌钢板与混凝土盖板之间的间距。

6.根据权利要求4所述的可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙，其特征在于：所述纵向钢板条、横向钢板组中每根横向钢板条的宽度均为10～20mm。

7.根据权利要求1所述的可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙，其特征在于：所述内嵌钢板与混凝土盖板之间的间距为3～30mm。

8.根据权利要求2所述的可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙，其特征在于：所述混凝土盖板与边缘构件的间距为10～50mm。

9.根据权利要求8所述的可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙，其特征在于：所述混凝土盖板与纵向加劲肋的加强部分的间距为10～50mm。

10.根据权利要求1所述的可作为竖向承重构件的屈曲约束钢板剪力墙，其特征在于：所述内嵌钢板与至少一根边缘柱固定相连。

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