CN105275113A

CN105275113A - 菱形钢网格剪力墙结构

Info

Publication number: CN105275113A
Application number: CN201410252802.1A
Authority: CN
Inventors: 冷新中; 费建伟; 程林; 金海�; 朱罗军; 童优娜
Original assignee: HANGZHOU HENGDA STEEL STRUCTURE CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU HENGDA STEEL STRUCTURE CO Ltd
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2016-01-27

Abstract

本发明菱形钢网格剪力墙结构，其结构包括柱单元、梁单元和拼接节点。所述的柱单元由框架柱、框架梁和钢支撑组成，在车间制作完成，所述的框架柱、框架梁和钢支撑可采用H型钢；所述的梁单元由框架梁和钢支撑组成，在车间制作完成，所述的框架梁、钢支撑可采用H型钢；所述的拼接节点为柱单元和梁单元在框架梁与框架梁、钢支撑与钢支撑的连接部位采用高强螺栓连接翼缘和腹板。本发明为车间批量制作拼装单元即柱单元和梁单元，工地现场拼接各单元，组成菱形钢网格剪力墙结构。本发明菱形钢网格剪力墙结构，可用于外立面或分户墙位置，建筑窗户可设置于菱形框内，做成矩形推拉窗户，通风采光效果良好，在窗户以外的区域可砌筑保温砌体墙。

Description

菱形钢网格剪力墙结构

技术领域

本发明涉及一种剪力墙结构，尤其为一种菱形钢网格剪力墙结构。

背景技术

高层建筑需要建筑结构具有较好的抗震性能，因此必须保障结构具有较高的抗侧刚度和抗侧承载能力，而钢筋混凝土剪力墙结构是较好抗侧力体系之一，在钢结构工程中，若采用钢筋混凝土剪力墙或筒体做抗侧力体系，在施工过程中存在交叉作业，先后顺序，因此施工较为不方便。在钢结构工程中，往往以钢支撑作为抗侧力体系，实现全钢结构。高层建筑钢结构体系中，纯框架结构体系侧向刚度比较柔，一般采用支撑的形式增加结构侧向刚度，满足规范对于抗震、抗风的要求，一般较多采用的是中心支撑、偏心支撑。中心支撑一般采用十字交叉斜杆、单斜杆、人字形斜杆或v形斜杆体系。偏心支撑框架中的支撑斜杆，应至少在一端与梁连接，另一端可连接在梁或柱相交处，并在支撑与柱之间或在支撑与支撑之间形成耗能梁段。

传统的钢支撑体系若布置在建筑外立面，对外立面的影响较大，很多业主难以接受，宁可采用钢筋混凝土剪力墙体系，其在建筑采光、通风方面较钢支撑体系更好；且传统钢支撑体系，无法突破更高的抗侧刚度，极大地制约了高层钢结构的发展。

发明内容

本发明为解决上述存在问题而提出一种菱形钢网格剪力墙结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

本发明菱形钢网格剪力墙结构，其结构包括柱单元、梁单元和拼接节点。所述的柱单元由框架柱、框架梁和钢支撑组成，在车间制作完成，所述的框架柱、框架梁和钢支撑可采用H型钢；所述的梁单元由框架梁和钢支撑组成，在车间制作完成，所述的框架梁、钢支撑可采用H型钢；所述的拼接节点为柱单元和梁单元在框架梁与框架梁、钢支撑与钢支撑的连接部位采用高强螺栓连接翼缘和腹板。本发明为车间批量制作拼装单元即柱单元和梁单元，工地现场拼接各单元，组成菱形钢网格剪力墙结构。

本发明菱形钢网格剪力墙结构，可用于外立面或分户墙位置，建筑窗户可设置于菱形框内，做成矩形推拉窗户，通风采光效果良好，在窗户以外的区域可砌筑保温砌体墙。

本发明菱形钢网格剪力墙结构，钢支撑将框架柱与框架梁连接成一个整体，犹如一个悬臂构件，斜向钢支撑承受剪力，即钢支撑的轴向力水平分量为承受的剪力，则钢支撑将发挥轴向刚度抵抗水平荷载，对于高层建筑随着高度的增加，弯矩的影响较剪力对侧向位移更加敏感(V＝ql，M，V，q,l分别代表弯矩，剪力，水平荷载和建筑物高度)，此时的菱形钢网格剪力墙结构在弯矩作用下，变形沿中性轴近似线性分布，因此沿中性轴较远的柱子承受较大的轴向力，也产生较大轴向变形，而剪力墙两端的柱子，一拉一压，形成弯曲转角，最终转化成建筑物的侧向位移(水平位移)。因此将剪力墙两端的柱子截面面积增大，减小柱子的轴向变形，可减小建筑物侧向位移。

本发明的有益效果是：

1)本发明采用预制化单元，车间制作，现场高强螺栓连接，施工速度快，无焊接污染。

2)本发明菱形钢网格剪力墙结构，构件以轴向受力为主，因此构件可实现小型化，材料性能发挥充分。

3)本发明菱形钢网格极赋建筑美感，可结合幕墙结构创造优美的建筑立面，是对传统剪力墙结构的创新性变革。

附图说明

图1是本发明的柱单元；

图2是本发明的梁单元；

图3是本发明的剪力墙示意图；

图4是本发明钢支撑抗剪刚度计算示意图；

附图标记：1：框架柱；2：框架梁；3：钢支撑；4：加劲肋；5：拼接节点；6：窗户。

具体实施方式

以下结合附图与实施例一对本发明进一步说明。

实施例一：由图1可知，柱单元由框架柱1、框架梁2和钢支撑3组成，在车间制作完成，所述的框架柱1可采用H型钢或方钢管，当采用H型钢时，钢支撑3的翼缘连接于框架柱1部位设置加劲肋4；当采用方钢管时，加劲肋4贯通设置；钢支撑3可采用H型钢，其外侧翼缘和腹板焊接连接于框架柱1，内侧翼缘与相邻钢支撑的内侧翼缘形成圆弧形。

由图2可知，所述的梁单元由框架梁2和钢支撑3组成，在车间制作完成，所述的框架梁2、钢支撑3可采用H型钢。

由图3可知，所述的拼接节点5为柱单元和梁单元在框架梁2与框架梁2、钢支撑3与钢支撑3的连接部位采用高强螺栓连接翼缘和腹板；建筑窗户6可设置于菱形框内，做成矩形推拉窗户，通风采光效果良好。

以下对本发明剪力墙在水平荷载作用下受力分析进行详细说明。

此剪力墙在水平荷载作用下的受力特性犹如一根悬臂构件，剪力墙中斜向钢支撑、框架柱共同提供抗剪刚度，承担剪力；框架柱提供抗弯刚度，承担弯矩。

悬臂构件在均布荷载q作用下的计算公式为，

v = \frac{q H^{4}}{8 {EI}_{eq}} + \frac{kq H^{2}}{2 (GΣA + C)}

其中，v——剪力墙顶点侧向位移；

H——剪力墙竖向高度；

EI_eq——剪力墙等效抗弯刚度；

k——剪切系数，根据框架柱剪切刚度与斜钢支撑抗侧刚度占比加权得出，其中框架柱截面剪切系数由框架柱截面形状确定，斜钢支撑剪切系数为1.0；

G∑A——框架柱提供的剪切刚度；

C——钢支撑提供的抗侧刚度；

等效弯曲刚度计算公式为，

{EI}_{eq} = 2 E Σ_{l}^{m} (A_{l} d_{l}^{2} + I_{l})

其中，m——为一层中框架柱数目的一半；

I_l——第i根框架柱对自身截面的惯性矩；

A_l——第i根框架柱截面面积；

d_l——第i根框架柱到剪力墙截面中心的距离；

E——钢材的弹性模量；

先计算钢支撑的剪切刚度，即单位侧向位移(δ＝1)所需要的力，计算简图见图4所示。

则1杆的变形量为cosα，内力为(受拉)，2杆的内力为(受压)，则三角钢支撑提供的剪切刚度为，即顶部施加力大小为则一根钢支撑提供的剪切刚度为

\frac{E A_{c} l^{2}}{{(h^{2} + l^{2})}^{3 / 2}},

则整层钢支撑提供的剪切刚度为，

其中，n——为一层中连续钢撑杆的数目；

l——为框架柱间距；

A_c——为一根钢支撑截面面积；

α——为钢支撑与框架梁的夹角；

若撑杆布置沿建筑高度不改变，则抗推刚度为，即单位转角所需要的力为，

C = \frac{(n + 1) E A_{c} l^{2} h}{{(h^{2} + l^{2})}^{3 / 2}}

其中，h——为钢支撑竖向间距(建筑物层高)。

上述实施例说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员而言，在本发明的实质范围内作出调整，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.本发明菱形钢网格剪力墙结构，其特征在于，其结构包括柱单元、梁单元和拼接节点。

2.本发明菱形钢网格剪力墙结构，其特征在于，柱单元由框架柱1、框架梁2和钢支撑3组成，在车间制作完成，所述的框架柱1可采用H型钢或方钢管，当采用H型钢时，钢支撑3的翼缘连接于框架柱1部位设置加劲肋4；当采用方钢管时，加劲肋4贯通设置；钢支撑3可采用H型钢，其外侧翼缘和腹板焊接连接于框架柱1，内侧翼缘与相邻钢支撑的内侧翼缘形成圆弧形。

3.本发明菱形钢网格剪力墙结构，其特征在于，所述的梁单元由框架梁2和钢支撑3组成，在车间制作完成，所述的框架梁2、钢支撑3可采用H型钢。

4.本发明菱形钢网格剪力墙结构，其特征在于，所述的拼接节点5为柱单元和梁单元在框架梁2与框架梁2、钢支撑3与钢支撑3的连接部位采用高强螺栓连接翼缘和腹板；建筑窗户6可设置于菱形框内，做成矩形推拉窗户，通风采光效果良好。