CN103726591B - 一种剪力墙及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种剪力墙及其生产方法，所述剪力墙包括第一金属板、第二金属板及设置在所述第一金属板和第二金属板之间的芯材，所述第一金属板、第二金属板的外侧与金属框架连接使两者之间形成空腔，所述芯材填充进所述空腔中形成剪力墙。本发明的剪力墙通过设置高分子材料芯材与金属板结合，使得剪力墙具备良好的延性性能，并有效地提高结构的稳定承载能力，从而增强结构抵抗屈曲破坏的能力。相比于钢-混凝土组合剪力墙，本发明的剪力墙结构自重较轻，且省去了复杂的连接措施，大大降低了施工的难度。

Description

一种剪力墙及其生产方法

技术领域

本发明涉及土木建筑工程领域，尤其涉及一种剪力墙及其生产方法。

背景技术

目前，在土木工程的高层或超高层钢结构、组合结构中，常常设置剪力墙承担结构的水平荷载。作为高层结构中的重要抗侧力构件，在风或小震下剪力墙应具有较大的强度与刚度，而强震作用时则应先于主框架进入塑性状态，从而提高结构阻尼，消耗地震能量。以剪力墙组成的材料划分，主要分为钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙以及由钢板与钢筋混凝土板共同构成的组合剪力墙。

其中，钢板剪力墙的结构体系具有良好的延性和优越的耗能能力，具有相对较大的初始刚度，可以有效限制结构的水平侧移。此外，钢板剪力墙可以通过工厂预制、现场安装等工业化程序，提高施工速度与效率，节省施工费用，是一种有效、经济的抗侧力结构。但是，由于采用的钢板剪力墙厚度较薄，在地震中易过早发生面外失稳导致承载能力明显下降，在往复荷载作用下的耗能滞回环“捏缩”严重，若采用厚度较大的钢板又不够经济。因此，在实际工程中使用时往往通过在其两侧设置加劲肋的方式限制钢板的面外屈曲，现多数采用条形钢板沿纵向和横向直接焊接于钢板剪力墙两侧形成加劲网格，限制钢板的面外屈曲，但会使钢板剪力墙的成本显著增加，同时加大了施工工期与难度。

为了提高钢板剪力墙抗震性能，减轻钢板屈曲带来的结构整体耗能能力下降过快的问题，钢板和钢筋混凝土两种材料共同构成的组合剪力墙受到关注。其中，混凝土主要采用现场浇筑，通过在钢板上焊接栓钉或螺栓与钢板可靠连接，使得混凝土与钢板共同受力与变形，发挥混凝土有效的约束钢板屈曲。根据混凝土板与钢板间的位置不同，可分为钢板外包混凝土组合剪力墙和钢板内填混凝土组合剪力墙。

但是，由于现有的组合剪力墙为实现钢板与混凝土的可靠连接，必须在钢板上设置抗剪栓钉或螺栓，以保证钢板与混凝土连接，增加了施工难度与结构造价，而且一旦经受地震后，结构的修复难度大，造价高。

因此，现有的剪力墙技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种剪力墙及其生产方法，旨在解决现有的目前高层或超高层钢结构用剪力墙耗能能力不足、施工难度大或成本较高的问题。

本发明的技术方案如下：

一种剪力墙，其中，所述剪力墙包括第一金属板、第二金属板及设置在所述第一金属板和第二金属板之间的芯材，所述第一金属板、第二金属板的外侧与金属框架连接使两者之间形成空腔，所述芯材填充进所述空腔中形成剪力墙。

所述的剪力墙，其中，所述芯材的厚度大于2mm。

所述的剪力墙，其中，所述芯材为高分子聚合物弹性体，所述芯材填充前为液体状态，填充后固化。

所述的剪力墙，其中，所述高分子聚合物弹性体由聚氨酯组成。

所述的剪力墙，其中，所述第一金属板或第二金属板上设置有至少一个用于所述芯材灌注的灌注口，当所述芯材通过所述灌注口填充进所述空腔后，设置密封板密封所述灌注口。

所述的剪力墙，其中，所述第一金属板或第二金属板上还设置有至少一个排气口，当所述芯材通过所述灌注口填充进所述空腔后，通过所述密封板密封所述排气口。

所述的剪力墙，其中，所述第一金属板与所述第二金属板对应所述空腔的一面进行设置粗糙度的表面处理，其中，所述表面粗糙度达到Sa2.5级。

所述的剪力墙，其中，所述金属框架由金属梁和金属柱连接而成，所述金属梁为H型框架梁，所述金属柱为H型框架柱。

一种如上所述的剪力墙的生产方法，其中，所述方法包括以下步骤：

A、在所述第一金属板或第二金属板表面开设所述灌注孔和排气孔，并对两金属板对应所述芯材的一面进行设置粗糙度的表面处理；

B、将所述第一金属板和第二金属板通过焊接与所述金属框架连接形成所述空腔，将所述芯材通过所述灌注孔填充到所述空腔中；

C、使用所述密封板对填充完所述芯材的灌注孔进行密封，所述芯材固化后得到该剪力墙成品。

有益效果：本发明提供一种剪力墙及其生产方法。通过设置高分子材料芯材与金属板结合，使得剪力墙具备良好的延性性能，并有效地提高结构的稳定承载能力，从而增强结构抵抗屈曲破坏的能力。相比于钢-混凝土组合剪力墙，本发明的剪力墙结构自重较轻，且省去了复杂的连接措施，大大降低了施工的难度。

附图说明

图1为本发明具体实施例中的剪力墙的正视图。

图2为图1中剪力墙在A-A位置的截面图。

图3为图1中剪力墙在B-B位置的截面图。

图4为本发明具体实施例中的剪力墙的密封板密封灌注孔的示意图。

图5为本发明剪力墙的生产方法流程图。

具体实施方式

本发明提供一种剪力墙及其生产方法。，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2和图3所示的一种剪力墙，其中，所述剪力墙包括第一金属板1、第二金属板2及设置在所述第一金属板1和第二金属板2之间的芯材3，所述第一金属板1、第二金属板2的外侧与金属框架连接使两者之间形成空腔，所述芯材3填充进所述空腔中形成组合剪力墙。

较佳实施例中，所述第一金属板和第二金属板采用钢板。所述第一金属板和第二金属板的厚度相同，且厚度大于1mm。

较佳实施例中，所述芯材为高分子聚合物弹性体，进一步的，所述高分子聚合物弹性体由高分子材料组成，该选用的高分子材料需具备良好的抗压、抗拉、抗剪切能力及良好的延性，针对上述筛选条件，所述芯材优先聚氨酯。聚氨酯成分组成的芯材与钢板之间有良好的粘结性能所述芯材填充前为液体状态，填充后固化。从而将第一金属板和第二金属板粘结为一个整体，并使剪力墙具备良好的抗压、抗拉及抗剪切能力。为满足剪力墙的性能要求，较佳实施例汇中，所述芯材的厚度大于2mm。该厚度以上的芯材能够为剪力墙提供足够的抗压、抗拉和抗剪切力。

较佳实施例中的芯材材料聚氨酯是由多元醇组分和异氰酸酯组分在环境温度为20摄氏度的情况下，按照一定比例（较佳比例为1：1）充分混合反应后固化而成。固化后形成高强度嵌段聚合弹性体材料。本发明剪力墙中的聚氨酯材料的性能最低限值如表1所示。

表1聚氨酯材料性能最低限值

灌注寿命	360秒
		密度	1000kg/m3（室温）
延伸率	20%（室温）
		硬度	肖氏D65（室温）
强度	20Mpa

其中，所述灌注寿命指聚氨酯从液态到凝固所需的时间，所述室温为20±5摄氏度。

符合表1的参数的聚氨酯配方所制备的聚氨酯形成的芯材，其在抗压性、抗拉性及抗剪切性能上才能满足剪力墙的要求。该芯材通过空腔灌注并连接两侧钢板，能有效地提高结构的稳定承载能力，从而增强结构抵抗钢板屈曲破坏的能力。

如图4所示，所述第一金属板或第二金属板上设置有至少一个用于所述芯材灌注的灌注口5，当所述芯材通过所述灌注口填充进所述空腔后，设置密封板密封所述灌注口。另外，为保证灌注过程中空腔中气体的有效排除，所述第一金属板或第二金属板上还设置有至少一个排气口6，当所述芯材通过所述灌注口填充进所述空腔后，通过所述密封板密封所述排气口。防止芯材固化前从所述灌注口或排气口中溢出。较佳的是，所述密封板的材质为金属材质或与所述第一金属板/第二金属板同材质。

较佳实施例中，所述第一金属板与所述第二金属板对应所述空腔的一面进行设置粗糙度的表面处理，其中，所述表面粗糙度达到Sa2.5级。具体的，采用钢砂（洛氏硬度>62）或刚玉作为磨料，在0.6-0.7MPa压力下做喷砂处理使所述第一金属板与所述第二金属板相应表面粗糙度达到Sa2.5级，进行粗糙度的表面处理能够保证所述第一金属板和第二金属板与芯材3达到良好的粘结效果。

另外，所述金属框架由金属梁9和金属柱8连接而成，所述金属梁9为H型框架梁，所述金属柱8为H型框架柱，截面H型结构使得金属框架自身具有较强的结构强度。所述金属框架优选为钢框架，则所述金属梁优选为钢梁，所述金属柱优选为钢柱。所述第一金属板与第二金属板通过焊接方式与金属梁和金属柱连接形成所述空腔。

如图5所示的一种如上所述的剪力墙的生产方法，其中，所述方法包括以下步骤：

S100、在所述第一金属板或第二金属板表面开设所述灌注孔和排气孔，并对两金属板对应所述芯材的一面进行设置粗糙度的表面处理。

较佳的是，表面处理采用喷砂处理方法使第一金属板和第二金属板的相应表面粗糙度达到Sa2.5级。

S200、将所述第一金属板和第二金属板通过焊接与所述金属框架连接形成所述空腔，将所述芯材通过所述灌注孔填充到所述空腔中。

所述芯材灌注前为液体，以优选方案聚氨酯为例，对组成芯材的聚氨酯的合成原料多元醇和异氰酸酯进行检验。达到性能要求后，将多元醇和异氰酸酯分别放入不同的容器中进行抽真空处理，以吸出其中的空气，同时将温度保持在20±5摄氏度。使用具备搅拌功能的灌注设备，将多元醇和异氰酸酯按照一定比例（最佳为1：1比例）充分混合后，通过所述灌注孔注入所述空腔内。

S300、使用所述密封板对填充完所述芯材的灌注孔进行密封，所述芯材固化后得到该剪力墙成品。

用金属或与开孔处同材质的密封板与第一金属板或第二金属板焊接，封闭所述灌注孔和排气孔，待所述芯材固化后即形成成品。

本发明提供一种剪力墙及其生产方法。通过设置高分子材料芯材与金属板结合，使得剪力墙具备良好的延性性能，并有效地提高结构的稳定承载能力，从而增强结构抵抗屈曲破坏的能力。相比于钢-混凝土组合剪力墙，本发明的剪力墙结构自重较轻，且省去了复杂的连接措施，大大降低了施工的难度。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种剪力墙，其特征在于，所述剪力墙包括第一金属板、第二金属板及设置在所述第一金属板和第二金属板之间的芯材，所述第一金属板、第二金属板的外侧与金属框架连接使两者之间形成空腔，所述芯材填充进所述空腔中形成剪力墙;

所述芯材为高分子聚合物弹性体，所述芯材填充前为液体状态，填充后固化；

所述高分子聚合物弹性体由聚氨酯组成；

聚氨酯是由多元醇组分和异氰酸酯组分在环境温度为20摄氏度的情况下，按照比例为1：1充分混合反应后固化而成；

所述芯材的厚度大于2mm；

所述第一金属板与所述第二金属板对应所述空腔的一面进行设置粗糙度的表面处理，其中，所述表面粗糙度达到Sa2.5级；

采用钢砂或刚玉作为磨料，在0.6-0.7MPa压力下做喷砂处理使所述第一金属板与所述第二金属板相应表面粗糙度达到Sa2.5级；

所述金属框架由金属梁和金属柱连接而成，所述金属梁为H型框架梁，所述金属柱为H型框架柱。

2.根据权利要求1所述的剪力墙，其特征在于，所述第一金属板或第二金属板上设置有至少一个用于所述芯材灌注的灌注口，当所述芯材通过所述灌注口填充进所述空腔后，设置密封板密封所述灌注口。

3.根据权利要求2所述的剪力墙，其特征在于，所述第一金属板或第二金属板上还设置有至少一个排气口，当所述芯材通过所述灌注口填充进所述空腔后，通过所述密封板密封所述排气口。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的剪力墙的生产方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A、在所述第一金属板或第二金属板表面开设灌注口和排气孔，并对两金属板对应所述芯材的一面进行设置粗糙度的表面处理；

B、将所述第一金属板和第二金属板通过焊接与所述金属框架连接形成所述空腔，将所述芯材通过灌注口填充到所述空腔中；

C、使用密封板对填充完所述芯材的灌注口进行密封，所述芯材固化后得到该剪力墙成品。