CN105155733A - 一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙 - Google Patents
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Abstract
一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,涉及土木工程领域,是一种新型耗能,防屈曲的剪力墙构件。本发明为了解决传统钢板剪力墙受力后,形成对角拉力带,造成钢板屈曲、构件破坏的技术问题。本发明主要由钢板墙、预应力索、带孔斜撑、带孔肋板、角部连接件、水平边缘连接件等组成。通过预应力索与钢板分离设置,使得预应力索承担全部对角拉力,避免了传统钢板墙由拉力带引起的破坏,同时索拉紧后可限制钢板墙平面外屈曲,对钢板墙起到了良好的保护作用,钢板墙仅需承担另一对角压力和水平剪力。本发明,通过预应力索分离出钢板墙对角拉力的方法,使得钢板墙具有抗震性能好、延性高的特点,是高层建筑结构或其他结构的一种性能良好的抗侧力构件。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域,是一种新型耗能、防止钢板屈曲的剪力墙构件。
背景技术
钢板剪力墙通常由边缘框架和内嵌钢板组成,边缘框架承担侧向荷载产生的倾覆弯矩,内嵌钢板承受侧向荷载。与钢筋混凝土剪力墙相比,钢板剪力墙具有较高的初始刚度、良好的延性和耗能能力。钢板剪力墙的墙体薄,可有效减小结构自重,降低基础造价,并且震后便于更换。
钢板剪力墙高厚比较大时,在弹性阶段屈曲,形成一系列相互平行的斜向拉力带抵抗水平荷载。剪力墙由弹性屈曲到屈曲后板带端部初始屈服,再到钢板大面积充分形成拉力带。拉力带传到周边的梁柱,对边柱有附加弯矩作用,不利于边柱的稳定受力,钢板墙的抗侧承载能力以及耗能能力也均会下降。
为防止钢板墙平面外屈曲并抵制拉力带的不利影响,目前的解决方法主要有:
(a)、采用厚钢板剪力墙;(b)、在钢板上设置数量较多的加劲肋抵制平面外屈曲;(c)、在钢板两侧设置截面尺寸较大的侧加劲构件,为拉力带提供锚固端;(d)、钢板上开缝,形成弯曲受力为主的开缝钢板剪;(e)、钢板侧面布置混凝土,形成组合钢板剪力墙。
以上方法方法(a)~(c)在钢板墙的承载力充分发挥时,均需消耗大量钢材,方法(d)是以牺牲原钢板的部分抗侧刚度为代价,达到耗能的目的,影响结构整体刚度和抗侧承载力,方法(e)可有效防止平面外屈曲,但大大增加了结构自重,造成材料浪费。
发明内容
本发明提出一种新型的可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,其目的在于解决传统钢板剪力墙受力后,形成对角拉力带,造成钢板屈曲、构件破坏的技术问题。
一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,该剪力墙包括预应力钢板墙和钢框架及边缘构件。
其中,钢框架及边缘构件包括钢梁(1)、钢柱(2)、水平边缘连接件(4)、高强螺栓长圆孔(5)、角部连接件(9);
预应力钢板墙包括钢板墙(3)、预应力索(8)、带孔斜撑(6)、带孔肋板(7)、钢板墙角部封板(11);
钢梁(1)、钢柱(2)连接形成常规的矩形钢框架,矩形钢框架的四角节点上再焊上角部连接件(9)。其中角部连接件(9)中焊有锚具(10)和角部连接件封板(12)。锚具(10)在安装完预应力钢板墙后,用于固定预应力索(8);
钢梁(1)翼缘上焊接有水平边缘连接件(4),水平边缘连接件(4)上开有高强螺栓长圆孔(5);钢板墙(3)顶部和底部设有高强螺栓长圆孔(5),水平边缘连接件(4)与钢板墙(3)通过高强螺栓(13)将钢梁(1)与钢板墙(3)相连;
钢板墙(3)的对角线处设有钢板墙角部封板(11);带孔斜撑(6)焊接在每组对角线的两钢板墙角部封板(11)之间;带孔肋板(7)均匀设置在带孔斜撑(6)之间,带孔肋板(7)与钢板墙(3)垂直,且焊接在钢板墙(3)与带孔斜撑(6)上;带孔斜撑(6)、带孔肋板(7)、钢板墙角部封板(11)、角部连接件封板(12)上均设有预应力索孔(8),允许预应力索穿过;
预应力索(8)平行于钢板墙(3),穿过带孔斜撑(6)和带孔肋板(7)、钢板墙角部封板(11)、角部连接件封板(12),连接于角部连接件(9)的锚具(10)上;
在框架四角处,钢板墙角部封板(11)和角部连接件封板(12)相互平行但不相连,受侧向力后,对角受拉的一侧,仅预应力索(8)受拉,钢板墙角部封板(11)和角部连接件封板(12)二者分离,可保证不将对角拉力传递给钢板墙(3);对角另一侧受压,预应力索(8)松弛,钢板墙角部封板(11)和角部连接件封板(12)在框架变形后接触挤压,可将部分压力传递给钢板墙(3)。
本发明特点在于使用预应力索分离出钢板全部对角拉力,避免了传统钢板墙由拉力带引起的破坏,同时索拉紧后通过带孔斜撑和带孔肋板,限制钢板墙平面外屈曲,对钢板墙起到了良好的保护作用。钢板墙仅需承担另一对角压力和水平剪力。
本发明特点在于将钢板四角与角部连接件断开的设计,一方面可切断拉力带的传递路径,另一方面,通过受力后封板的接触,又可将对角压力传递给钢板墙,保证钢板墙充分的抗剪作用。
本发明特点在于将钢板墙两侧与钢柱断开留缝的设计,防止由钢板墙的破坏影响相邻钢柱,造成钢柱的破坏。
本发明特点在于钢板墙与预应力索同时耗能,减小大震下对梁柱的破坏。
本发明特点在于设置高强螺栓长圆孔作为安装孔,施工时,可先通过部分长圆孔螺栓安装钢板墙,待上部结构建造2~3层后,再安装本层其余长圆孔螺栓,依次向上与其他结构主体错开施工。此种设计可避免竖向荷载作用下,钢板剪力墙的压屈。
本发明特点在于可以实现工厂一体化加工,现场只需将钢板墙与钢梁上下使用高强螺栓连接,预应力索与角部连接件通过锚具连接,完成装配。
附图说明
图1为本发明的可分离拉力带的预应力钢板剪力墙结构示意图。
图2为本发明的预应力钢板剪力墙结构示意图。
图3为本发明的钢框架及边缘构件示意图。
图4为本发明的预应力钢板剪力墙结构分解图。
图5为本发明的钢框架及边缘构件分解图。
图6为本发明的可分离拉力带的预应力钢板剪力墙构件分解图。
图7为本发明的可分离拉力带的预应力钢板剪力墙角部组装图。
图8为本发明的可分离拉力带的预应力钢板剪力墙角部连接件分解图。
图中:1—钢梁,2—钢柱,3—钢板墙,4—水平边缘连接件,5—高强螺栓长圆孔,6—带孔斜撑,7—带孔肋板,8—预应力索,9—角部连接件,10—锚具,11—钢板墙角部封板,12—角部连接件封板,13—高强螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,该剪力墙包括预应力钢板墙和钢框架及边缘构件。
其中,钢框架及边缘构件包括钢梁(1)、钢柱(2)、水平边缘连接件(4)、高强螺栓长圆孔(5)、角部连接件(9);
预应力钢板墙包括钢板墙(3)、预应力索(8)、带孔斜撑(6)、带孔肋板(7)、钢板墙角部封板(11);
钢梁(1)、钢柱(2)连接形成常规的矩形钢框架,矩形钢框架的四角节点上再焊上角部连接件(9)。其中角部连接件(9)中焊有锚具(10)和角部连接件封板(12)。锚具(10)在安装完预应力钢板墙后,用于固定预应力索(8);
钢梁(1)翼缘上焊接有水平边缘连接件(4),水平边缘连接件(4)上开有螺栓孔;钢板墙(3)顶部和底部设有高强螺栓长圆孔(5),水平边缘连接件(4)与钢板墙(3)通过高强螺栓(13)将钢梁(1)与钢板墙(3)相连;
钢板墙(3)的对角线处设有钢板墙角部封板(11);带孔斜撑(6)焊接在每组对角线的两钢板墙角部封板(11)之间;带孔肋板(7)均匀设置在带孔斜撑(6)之间,带孔肋板(7)与钢板墙(3)垂直,且焊接在钢板墙(3)与带孔斜撑(6)上;带孔斜撑(6)、带孔肋板(7)、钢板墙角部封板(11)、角部连接件封板(12)上均设有预应力索孔,允许预应力索穿过;
预应力索(8)平行于钢板墙(3),穿过带孔斜撑(6)和带孔肋板(7)、钢板墙角部封板(11)、角部连接件封板(12),连接于角部连接件(9)的锚具(10)上;
在框架四角处,钢板墙角部封板(11)和角部连接件封板(12)相互平行但不相连,受侧向力后,对角受拉的一侧,仅预应力索(8)受拉,钢板墙角部封板(11)和角部连接件封板(12)二者分离,可保证不将对角拉力传递给钢板墙(3);对角另一侧受压,预应力索(8)松弛,钢板墙角部封板(11)和角部连接件封板(12)在框架变形后接触挤压,可将部分压力传递给钢板墙(3)。
水平边缘连接件(4)、钢板墙(3)顶部和底部的螺栓孔,开竖向的长圆孔。
钢板墙(3)采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材。
预应力索(8)采用普通的钢绞线或预应力钢拉杆。
钢板墙(3)两侧不与钢柱(2)相连且留有缝隙。
带孔斜撑(6)、带孔肋板(7)和预应力索(8)分别在钢板墙(3)两侧对称布置。
预应力索(8)与角部连接件封板(12)安装固定后,预应力索(8)上存在较小拉力。
各预应力索(8)之间空间内不接触。
装配完成后,保证钢板墙角部封板(11)与角部连接件封板(12)之间留缝不挤压。
本发明提出的可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,可实现工厂一体化加工。加工完成后,形成如图2和图3所示的形式,运输至现场实施装配。
现场装配时,需先将钢板墙(3)与水平边缘连接件(4)中的部分高强螺栓长圆孔(5)使用高强螺栓(13)连接,预应力索(8)与角部连接件(9)通过锚具(10)连接,待上部结构建造2~3层后,再安装本层钢板墙(3)与水平边缘连接件(4)中的其他长圆孔螺栓,依次向上与其他结构主体错开施工,保证钢板不被上部的竖向荷载压屈。
对本发明的效果进行了有限元模拟,效果显著。将框架柱底部固接约束,顶部水平位移加载,加载到大震下的位移限值1/50H,在此水平位移下,比较构件的应力分布和变形结果。
通过应力分布图,不加带孔斜撑(6)和预应力索(8)的钢板剪力墙形成了明显的拉力带,钢板墙出现了很大是位移,总位移达到130mm,其中平面外位移就有128mm。说明抗震、抗侧效果极差。
不加带孔斜撑(6)调整了拉力带的分布但构件屈服依然很严重,钢板墙位移依然很大,总位移达到130mm,其中平面外位移就有127mm。说明此处斜撑在大震下对钢板拉力带的形成和钢板墙屈服的限制作用并不明显。构件抗震、抗侧效果依然极差。
加入了带孔斜撑(6)和预应力索(8)的钢板墙拉力带消失,构件屈服明显减少,钢板墙的总位移降到78mm,其中平面外位移为76mm。本发明抗震、抗侧效果得到良好改善。
Claims (10)
1.一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,其特征在于:该剪力墙包括预应力钢板墙和钢框架及边缘构件;
其中,钢框架及边缘构件包括钢梁(1)、钢柱(2)、水平边缘连接件(4)、高强螺栓长圆孔(5)、角部连接件(9);
预应力钢板墙包括钢板墙(3)、预应力索(8)、带孔斜撑(6)、带孔肋板(7)、钢板墙角部封板(11);
钢梁(1)、钢柱(2)连接形成常规的矩形钢框架,矩形钢框架的四角节点上再焊上角部连接件(9);其中角部连接件(9)中焊有锚具(10)和角部连接件封板(12);锚具(10)在安装完预应力钢板墙后,用于固定预应力索(8);
钢梁(1)翼缘上焊接有水平边缘连接件(4),水平边缘连接件(4)上开有高强螺栓长圆孔(5);钢板墙(3)顶部和底部设有高强螺栓长圆孔(5),水平边缘连接件(4)与钢板墙(3)通过高强螺栓(13)将钢梁(1)与钢板墙(3)相连;
钢板墙(3)的对角线处设有钢板墙角部封板(11);带孔斜撑(6)焊接在每组对角线的两钢板墙角部封板(11)之间;带孔肋板(7)均匀设置在带孔斜撑(6)之间,带孔肋板(7)与钢板墙(3)垂直,且焊接在钢板墙(3)与带孔斜撑(6)上;带孔斜撑(6)、带孔肋板(7)、钢板墙角部封板(11)、角部连接件封板(12)上均设有预应力索孔,允许预应力索(8)穿过;
预应力索(8)平行于钢板墙(3),穿过带孔斜撑(6)和带孔肋板(7)、钢板墙角部封板(11)、角部连接件封板(12),连接于角部连接件(9)的锚具(10)上。
2.根据权利要求1所述的一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,其特征在于:在框架四角处,钢板墙角部封板(11)和角部连接件封板(12)相互平行但不相连,受侧向力后,对角受拉的一侧,仅预应力索(8)受拉,钢板墙角部封板(11)和角部连接件封板(12)二者分离,可保证不将对角拉力传递给钢板墙(3);对角另一侧受压,预应力索(8)松弛,钢板墙角部封板(11)和角部连接件封板(12)在框架变形后接触挤压,可将部分压力传递给钢板墙(3)。
3.根据权利要求1所述的一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,其特征在于:水平边缘连接件(4)、钢板墙(3)顶部和底部的螺栓孔,开竖向的长圆孔。
4.根据权利要求1所述的一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,其特征在于:钢板墙(3)采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材。
5.根据权利要求1所述的一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,其特征在于:预应力索(8)采用普通的钢绞线或预应力钢拉杆。
6.根据权利要求1所述的一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,其特征在于:钢板墙(3)两侧不与钢柱(2)相连且留有缝隙。
7.根据权利要求1所述的一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,其特征在于:带孔斜撑(6)、带孔肋板(7)和预应力索(8)分别在钢板墙(3)两侧对称布置。
8.根据权利要求1所述的一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,其特征在于:预应力索(8)与角部连接件封板(12)安装固定后,预应力索(8)上存在较小的拉力;各预应力索(8)之间空间内不接触。
9.根据权利要求1所述的一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,其特征在于:装配完成后,钢板墙角部封板(11)与角部连接件封板(12)之间留缝不挤压。
10.根据权利要求1所述的一种可分离拉力带的预应力钢板剪力墙,其特征在于:现场装配时,需先将钢板墙(3)与水平边缘连接件(4)中的部分高强螺栓长圆孔(5)使用高强螺栓(13)连接,预应力索(8)与角部连接件(9)通过锚具(10)连接,待上部结构建造2~3层后,再安装本层钢板墙(3)与水平边缘连接件(4)中的其他长圆孔螺栓,依次向上与其他结构主体错开施工,保证钢板不被上部的竖向荷载压屈。
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