CN105332448B - 一种易滑动压型钢板混凝土约束钢板剪力墙 - Google Patents

Abstract

本发明一种易滑动压型钢板混凝土约束钢板剪力墙，属于建筑技术领域，本发明包括钢梁、钢柱、内填钢板和易滑动压型钢板混凝土约束板，所述的内填钢板上下两边分别固定连接钢梁，内填钢板左右两边分别固定连接钢柱；内填钢板的正面与背面分别设置有易滑动压型钢板混凝土约束板；本发明具有较大的竖向刚度和水平刚度，改善了钢板剪力墙的抗震性能，实现钢板剪力墙和耗能器合二为一，广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构的耗能减震；由于易滑动压型钢板混凝土约束板可以水平滑动且压型钢板肋在较大荷载作用下与连接砂浆脱离，并能自由伸缩；压型钢板与内嵌钢板的摩擦力小，可以相对自由滑动，具有较高的耗能能力，是一种优越的抗震耗能构件。

Description

一种易滑动压型钢板混凝土约束钢板剪力墙

技术领域

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种易滑动压型钢板混凝土约束钢板剪力墙。

背景技术

地震灾害具有突发性和毁灭性，严重威胁着人类生命、财产的安全；世界上每年发生破坏性地震近千次，一次大地震可引起上千亿美元的经济损失，导致几十万人死亡或严重伤残。我国地处世界上两个最活跃的地震带上，是遭受地震灾害最严重的国家之一，地震造成的人员伤亡居世界首位，经济损失也十分巨大；地震中建筑物的大量破坏与倒塌，是造成地震灾害的直接原因；地震发生时，地面振动引起结构的地震反应；对于基础固接于地面的建筑结构物，其反应沿着高度从下到上逐层放大；由于结构物某部位的地震反应(加速度、速度或位移)过大，使主体承重结构严重破坏甚至倒塌；或虽然主体结构未破坏，但建筑饰面、装修或其它非结构配件等毁坏而导致严重损失；或室内昂贵仪器、设备破坏导致严重的损失或次生灾害；为了避免上述灾害的发生，人们必须对结构体系的地震反应进行控制，并消除结构体系的“放大器”作用。

20世纪初，日本大森房吉教授提出的计算方法以及佐野利器博士提出的地震系数法均没有考虑结构的动力特性，后来人们称之为抗震设计的静力理论，为了抗御地震，多倾向于采用刚强的建筑结构，即“刚性结构体系”，但是这种结构体系很难真正实现，也不经济，只有极少数的重要建筑物采用这种结构体系；随着社会的发展，建筑物越来越庞大、复杂，人们对建筑物的安全性有了更高的要求，因此要在合理的经济范围内达到预期的设防目标更加困难，在安全性与经济性之间，人们面临两难选择；其次，人们对地震的认识还不够，预测结构物地震反应与其实际地震反应还有一定距离，因而所采取的抗震措施也不完全合理。抗震理论发展的第一次突破是在20世纪50年代初，美国的M A Biot等人提出抗震设计的反应谱理论；这时人们开始考虑地震动和建筑物之间的动力特性关系，提出了“延性结构体系”。同最早的设计方法相比，延性设计方法已经带有对能量进行“疏导”的思想，因此它具有一定的科学性；然而，结构物要终止振动反应，必然要进行能量转换或消耗；这种抗震结构体系，容许结构及承重构件(柱、梁、节点等)在地震中出现损坏，即依靠结构及承重构件的损坏消耗大部分能量，往往导致结构构件在地震中严重破坏甚至倒塌，这在一定程度上是不合理也是不安全的；随着社会的进步和经济的发展，人们对抗震减震、抗风的要求也越来越高，某些重要的建筑物(如纪念性建筑、装饰昂贵的现代建筑和核电站等)不允许结构构件进入非弹性状态，使“延性结构体系”的应用日益受到限制，这些都成为结构工程技术人员面临的现实而重大的课题。各国学者积极致力于新的抗震结构体系的探索和研究，1972年美藉华裔学者 姚治平(J T P Yao)教授第一次明确提出了土木工程结构振动控制的概念；姚认为结构的性能能够通过控制手段加以控制，以使它们在环境荷载作用下，能保持在一个指定的范围内，为确保安全，结构位移需要限制，从居住者的舒适方面考虑，加速度需要限制；土木工程结构振动控制可以有效地减轻结构在地震、风、车辆、浪、流、冰等动力作用下的反应和损伤积累，有效地提高结构的抗震能力和抗灾性能。这样抗震理论又进入了一个新的发展阶段。

钢板剪力墙结构是20世纪70年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系；钢板剪力墙由内嵌钢板、竖向边缘构件(柱)和水平边缘构件(梁)构成，其整体受力性能类似于底端嵌固的竖向悬臂梁，其中竖向边缘构件相当于梁翼缘，内嵌钢板相当于梁腹板，水平边缘构件则可以近似等效为横向加劲肋；内嵌钢板可采用无加劲肋和有加劲肋的构造形式；无加劲的钢板剪力墙在强震作用下可以充分利用钢板的屈曲后强度，并具有很好的延性和耗能能力。加劲的钢板剪力墙则能够限制钢板的平面外屈曲，从而提高结构的屈曲承载力，有助于增强结构在风以及小震作用下的抗侧移刚度并方便施工；与传统的钢框架或者钢框架加混凝土剪力墙结构体系相比，钢板剪力墙结构具有厚度薄、自重轻、建造速度快和延性好等优点。已有的研究成果以及工程实例表明，钢板剪力墙是一种非常具有发展潜力的抗侧力体系，尤其适用于高烈度地震设防区的高层建筑以及抗震加固。在过去的几十年中，各国学者对这种结构进行了许多试验与理论方面的研究。这些研究都得到了共同的结论：这种结构弹性初始刚度高、位移延性系数大、滞回性能稳定。

我国关于钢板剪力墙的研究起步较晚，《高层民用建筑钢结构技术规程》附录四关于钢板墙的计算，认为钢板墙结构仅承受水平荷载，以剪切弹性屈曲强度作为钢板墙的设计极限状态，没有考虑在轴向荷载作用下钢板墙屈曲的问题。

目前研究开发的耗能钢板墙有中国专利号200810034557.1公开了一种名称为“高层竖向剪切耗能钢板墙结构体系”发明专利；该结构由于水平抗侧力体系与钢板墙相对滑动困难，会造成平面内作用力急剧增大，使得水平抗侧力体系无法达到平面外的约束屈曲的作用；另外，由于水平抗侧力体系往往由于较大的平面外作用，会由于局部受力过大而提前破坏，另外由于混凝土的抗拉性能极差，因此往往造成水平抗侧力体系的混凝土过早的出现裂缝，丧失平面外的约束作用，而使该结构的优点无法发挥，耗能能力显著降低。

然而目前一些耗能钢板墙容易产生屈曲，还有一些耗能钢板墙的塑性分布比较集中，不利于耗能，这些问题都需要得到较好的解决。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种易滑动压型钢板混凝土约束钢板剪力墙，利用易滑动压型钢板混凝土约束板安装螺孔，防止易滑动压型钢板混凝土约束板过早进入塑性工作 状态，且压型钢板肋在较大荷载作用下与连接砂浆脱离，并能自由伸缩，另外，压型钢板与内嵌钢板的摩擦力小，并且可以相对自由滑动，因此具有较高的耗能能力。

一种易滑动压型钢板混凝土约束钢板剪力墙，包括钢梁、钢柱、内填钢板和易滑动压型钢板混凝土约束板，其中，所述的内填钢板上下两边分别固定连接钢梁，内填钢板左右两边分别固定连接钢柱；内填钢板的正面与背面分别设置有易滑动压型钢板混凝土约束板。

所述的易滑动压型钢板混凝土约束板包括混凝土板、连接砂浆、压型钢板和压型钢板肋，其中，所述的压型钢板沿钢梁方向设置有多条压型钢板肋，压型钢板肋将压型钢板均匀分割为混凝土板盛装段和连接混凝土填充段，在上述的混凝土板盛装段内设置混凝土板，在连接混凝土填充段内设置连接砂浆。

所述的易滑动压型钢板混凝土约束板与钢梁和钢柱之间的距离为30～50mm。

所述的混凝土板盛装段为U字形。

所述的混凝土板盛装段和混凝土板沿钢梁方向开设两排长条形螺栓孔，上述长条形螺栓孔沿钢柱方向的长度为安装螺孔的直径，其沿钢梁方向的长度为安装螺孔直径的2～5倍。

所述的混凝土板盛装段包括平直段和曲线过渡段，其中，曲线过渡段和连接混凝土填充段的长度为10～20mm，平直段的长度为曲线过渡段长度的20～50倍，所述的连接砂浆与平直段之间的高度差为5～20mm，压型钢板肋的外露高度为5～20mm。

本发明优点：

本发明提出一种易滑动压型钢板混凝土约束钢板剪力墙，本发明具有较大的竖向刚度和水平刚度，改善了钢板剪力墙的抗震性能，实现了钢板剪力墙和耗能器合二为一，可广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构的耗能减震；由于易滑动压型钢板混凝土约束板可以水平滑动，且压型钢板肋在较大荷载作用下与连接砂浆脱离，并能自由伸缩，另外，压型钢板与内嵌钢板的摩擦力小，并且可以相对自由滑动，因此具有较高的耗能能力，是一种优越的抗震耗能构件。

附图说明

图1为本发明一种实施例的易滑动压型钢板混凝土约束钢板剪力墙结构示意图；

图2为本发明一种实施例的板体结构示意图；

图3为本发明一种实施例的易滑动压型钢板混凝土约束板示意图；

图4为本发明一种实施例的易滑动压型钢板混凝土约束板端面示意图；

图5为本发明一种实施例的压型钢板端面示意图；

图中，1为钢梁；2为钢柱；3为内填钢板；4为易滑动压型钢板混凝土约束板；5为角钢板；6为约束板螺栓与钢垫板；7为内填钢板安装螺栓与钢垫板；8为混凝土板；9为连接 混凝土；10为压型钢板；11为椭圆形螺栓孔；12为压型钢板肋；13为混凝土板盛装段；14为连接混凝土填充段；15为板体；16为易滑动压型钢板混凝土约束板安装螺孔；17为内填钢板安装螺孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。

本发明实施例中，如图1所示，易滑动压型钢板混凝土约束钢板剪力墙包括钢梁1、钢柱2、内填钢板3和易滑动压型钢板混凝土约束板4，其中，所述的内填钢板3上下两边通过螺栓分别连接钢梁1，内填钢板3左右两边通过螺栓分别固定连接钢柱2；内填钢板3的正面与背面分别设置有易滑动压型钢板混凝土约束板4，易滑动压型钢板混凝土约束板4与钢梁1和钢柱2之间的距离为30～50mm，所述的内填钢板3四边通过螺栓设置有角钢板5，图中，6为约束板螺栓与钢垫板；7为内填钢板安装螺栓与钢垫板。

本发明实施例中，如图2所示，板体15(内填钢板3的板体)四周均匀开设内填钢板安装螺孔17；在板体内部设置多个易滑动压型钢板混凝土约束板安装螺孔16，且水平成排，竖直成列，由上至下，每排间距均大小交替，最上和最下的间距为大间距；易滑动压型钢板混凝土约束板安装螺孔16和内填钢板安装螺孔17均为圆孔，且均大于其安装螺栓直径5mm。

本发明实施例中，如图3和图4所示，所述的易滑动压型钢板混凝土约束板4包括混凝土板8、连接砂浆9、压型钢板10和压型钢板肋12，其中，所述的压型钢板10沿钢梁方向设置有多条压型钢板肋12，如图5所示，压型钢板肋12将压型钢板10均匀分割为U字形混凝土板盛装段13和连接混凝土填充段14，在上述的混凝土板盛装段13内设置混凝土板8，在连接混凝土填充段14内设置连接砂浆9。

本发明实施例中，如图3所示，所述的混凝土板盛装段13和混凝土板8沿钢梁方向开设两排长条形螺栓孔11，上述长条形螺栓孔11沿钢柱方向的长度为安装螺孔的直径，其沿钢梁方向的长度为安装螺孔直径的2～5倍；螺栓依次穿过混凝土板盛装段13和混凝土板8与内填钢板3固定连接，通过设置的长条形螺栓孔11实现易滑动压型钢板混凝土约束板4沿钢梁方向进行滑动。

本发明实施例中，如图4所示，与内填钢板3相接触一侧分为压型钢板10平直段，压型钢板10曲线过渡段和连接砂浆9填充段(连接混凝土填充段)，三者的水平长度分别为L1，L2，L3，L2，L3均为10～20mm，L1为L3的20～50倍；连接砂浆9距离压型钢板10平直段的高度H1为5～20mm，压型钢板肋12的外露高度H2为5～20mm，压型钢板10主要由混凝土板盛装段13和连接混凝土填充段14，混凝土板盛装段13为U字形，多个混凝土板盛装段13首尾相连。

本发明实施例中，压型钢板肋12在较大荷载作用下与连接砂浆9脱离，实现自由伸缩。

Claims (3)

1.一种易滑动压型钢板混凝土约束钢板剪力墙，其特征在于，包括钢梁、钢柱、内填钢板和易滑动压型钢板混凝土约束板，其中，所述的内填钢板上下两边分别固定连接钢梁，内填钢板左右两边分别固定连接钢柱；内填钢板的正面与背面分别设置有易滑动压型钢板混凝土约束板；

所述的易滑动压型钢板混凝土约束板包括混凝土板、连接砂浆、压型钢板和压型钢板肋，其中，所述的压型钢板沿钢梁方向设置有多条压型钢板肋，压型钢板肋将压型钢板均匀分割为混凝土板盛装段和连接混凝土填充段，在上述的混凝土板盛装段内设置混凝土板，在连接混凝土填充段内设置连接砂浆；

所述的混凝土板盛装段和混凝土板沿钢梁方向开设两排长条形螺栓孔，上述长条形螺栓孔沿钢柱方向的长度为安装螺孔的直径，其沿钢梁方向的长度为安装螺孔直径的2～5倍；

所述的混凝土板盛装段包括平直段和曲线过渡段，其中，曲线过渡段和连接混凝土填充段的长度为10～20mm，平直段的长度为曲线过渡段长度的20～50倍，所述的连接砂浆与平直段之间的高度差为5～20mm，压型钢板肋的外露高度为5～20mm。

2.根据权利要求1所述的易滑动压型钢板混凝土约束钢板剪力墙，其特征在于，所述的易滑动压型钢板混凝土约束板与钢梁和钢柱之间的距离为30～50mm。

3.根据权利要求2所述的易滑动压型钢板混凝土约束钢板剪力墙，其特征在于，所述的混凝土板盛装段为U字形。