CN105649230A - 设置端柱的防屈曲钢板剪力墙及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种设置端柱的防屈曲钢板剪力墙及其施工方法，该防屈曲钢板剪力墙包括由左、右立柱与上、下横梁组成的钢结构框架，所述钢结构框架内设置有与上、下横梁连接的防屈曲钢板墙，所述防屈曲钢板墙是由中间的内嵌钢板和两侧的钢筋混凝土盖板组成，所述内嵌钢板上下边分别通过上、下鱼尾板与上、下横梁连接，所述内嵌钢板两侧边分别通过左、右鱼尾板与左、右端柱连接，所述端柱上下端分别设置有柱连接键和连接板，所述上横梁底侧左右两边分别设置有梁连接键，左、右端柱上端的柱连接键分别通过螺栓与上横梁的梁连接键相连接，左、右端柱下端的连接板分别与下横梁相连接。本发明为钢板剪力墙提供稳定的边界条件，提高其承载性能和耗能能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用在结构工程领域中的特别适合于高烈度设防地震区且便于开设洞口的剪力墙构件，尤其涉及一种设置端柱的防屈曲钢板剪力墙及其施工方法。
背景技术
钢板剪力墙是20世纪70年代发展起来的一种建筑结构用新型抗侧力构件，具有初始刚度大、承载力高和延性好等优点，尤其适用于高烈度区的抗震建筑。相对于厚钢板剪力墙，薄钢板剪力墙经济性显著，应用前景广泛。然而因钢板较薄，易提早发生屈曲导致其刚度和耗能能力均下降。在钢板两侧设置钢筋混凝土板盖板防止钢板过早屈曲，形成防屈曲钢板剪力墙。经合理设计的四边连接防屈曲剪力墙性能优越，但需整垮布置，不利于开设门窗、过道；两边连接剪力墙便于开设洞口，但试验发现两竖向边易发生屈曲导致角部较早出现撕裂，其耗能和承载能力不能充分发挥。
发明内容
为了改善两边连接防屈曲剪力墙的性能，本发明所要解决的技术问题是提供一种在剪力墙竖向边缘设置小尺寸端柱以提高承载性能和耗能能力的防屈曲钢板剪力墙及其施工方法。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种设置端柱的防屈曲钢板剪力墙，包括由左、右立柱与上、下横梁组成的钢结构框架，所述钢结构框架内设置有与上、下横梁连接的防屈曲钢板墙，所述防屈曲钢板墙是由中间的内嵌钢板和两侧的钢筋混凝土盖板组成，所述内嵌钢板上下边分别通过上、下鱼尾板与上、下横梁连接，所述内嵌钢板两侧边分别通过左、右鱼尾板与左、右端柱连接，所述端柱上下端分别设置有柱连接键和连接板，所述上横梁底侧左右两边分别设置有梁连接键，左、右端柱上端的柱连接键分别通过螺栓与上横梁的梁连接键相连接，左、右端柱下端的连接板分别与下横梁相连接。
在进一步的优选方案中，所述柱连接键为T型钢，所述T型钢的翼缘板与端柱上端采用单角焊缝围焊连接，所述T型钢的腹板预留有圆形螺栓孔。
在进一步的优选方案中，所述梁连接键为H型钢，所述H型钢与上横梁及上鱼尾板焊接连接，所述H型钢的腹板预留有长圆形螺栓孔。
在进一步的优选方案中，所述端柱底部与下横梁的连接节点处设置有加劲板。
在进一步的优选方案中，所述端柱的材质采用高强度及高延性钢材。
在进一步的优选方案中，所述螺栓为高强度螺栓。
为了解决上述问题，本发明还采用以下技术方案：一种设置端柱的防屈曲钢板剪力墙的施工方法，包括以下步骤：
（1）将左、右立柱与上、下横梁焊接成钢结构框架，接着在上横梁底侧和上横梁顶侧分别焊接上鱼尾板和下鱼尾板，然后在上横梁底侧分别焊接两个位于上鱼尾板左右两边的梁连接键；
（2）在左、右端柱的上下端分别焊接柱连接键和连接板，接着将左、右端柱下端的连接板与下横梁焊接，将左、右端柱上端的柱连接键与上横梁的梁连接键对应栓接，然后在左端柱的右侧和右端柱的左侧分别焊接左鱼尾板和右鱼尾板；
（3）将内嵌钢板的上下边分别与上、下鱼尾板焊接或栓接，将内嵌钢板的左右边分别与左、右鱼尾板焊接或栓接，然后在内嵌钢板两侧分别固定设置有钢筋混凝土盖板，以形成防屈曲钢板剪力墙。
在进一步的优选方案中，步骤（2）中的柱连接键采用T型钢，T型钢的翼缘板与端柱上端采用单角焊缝围焊连接，在T型钢的腹板预留圆形螺栓孔。
在进一步的优选方案中，步骤（2）中的梁连接键采用H型钢，H型钢与上横梁及上鱼尾板焊接连接，在H型钢的腹板预留长圆形螺栓孔。
在进一步的优选方案中，步骤（2）中的左、右端柱底部与下横梁的连接节点处设置加劲板。
与现有技术相比，本发明设置端柱的防屈曲钢板剪力墙具有以下有益效果：（1）与已有四边连接防屈曲钢板剪力墙相比，在建筑使用功能上，能满足建筑内部交通、采光、设备及管道安装等使用功能的开洞要求，建筑布置比较自由。（2）与目前已有两边连接钢板剪力墙相比，设置端柱可为钢板剪力墙提供稳定的边界条件，防止钢板边缘因过早发生平面外屈曲而导致往复荷载作用下的角部压曲破坏，保证钢板剪力场作用的发挥，提高其承载性能和耗能能力。
附图说明
图1为本发明设置端柱的防屈曲钢板剪力墙的结构示意图。
图2为本发明的端柱连接示意图。
图3为本发明设置端柱的防屈曲钢板剪力墙的单元示意图。
图4为本发明设置端柱的防屈曲钢板剪力墙的实物图。
图5为现有两边连接防屈曲剪力墙试验后内嵌钢板的实物图。
图6为本发明设置端柱的防屈曲钢板剪力墙试验后内嵌钢板的实物图。
图7为现有两边连接防屈曲剪力墙试验得到的荷载-位移滞回关系曲线图。
图8为现有四边连接防屈曲剪力墙试验得到的荷载-位移滞回关系曲线图。
图9为本发明设置端柱的防屈曲钢板剪力墙试验得到的荷载-位移滞回关系曲线图。
图10为三种连接形式防屈曲墙试验的骨架曲线对比图。
图中标记：1-端柱；2-柱连接键；3-梁连接键；4-连接板；5-长圆形螺栓孔；6-上横梁；7-下横梁；8-钢筋混凝土盖板；9-螺栓；10-内嵌钢板；11-鱼尾板；12-左立柱；13-右立柱。
具体实施方式
为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1~4所示，一种设置端柱的防屈曲钢板剪力墙，包括由左、右立柱12、13与上、下横梁6、7组成的钢结构框架，所述钢结构框架内设置有与上、下横梁6、7连接的防屈曲钢板墙，所述防屈曲钢板墙是由中间的内嵌钢板10和两侧的钢筋混凝土盖板8组成，所述内嵌钢板10上下边分别通过上、下鱼尾板11与上、下横梁6、7连接，所述内嵌钢板10两侧边分别通过左、右鱼尾板11与左、右端柱1连接，所述端柱1上下端分别设置有柱连接键2和连接板4，所述上横梁6底侧左右两边分别设置有梁连接键3，左、右端柱1上端的柱连接键2分别通过螺栓9与上横梁6的梁连接键3相连接，左、右端柱1下端的连接板4分别与下横梁7相连接。
在本发明实施例中，所述柱连接键2为T型钢，所述T型钢的翼缘板与端柱1上端采用单角焊缝围焊连接，所述T型钢的腹板预留有圆形螺栓孔。
在本发明实施例中，所述梁连接键3为H型钢，所述H型钢与上横梁6及上鱼尾板11焊接连接，所述H型钢的腹板预留有长圆形螺栓孔5。
在本发明实施例中，所述螺栓9穿过H型钢的长圆形螺栓孔5和T型钢的圆形螺栓孔后由螺母锁住。其中，所述螺栓9可采用高强度螺栓。
在本发明实施例中，所述端柱1的材质采用高强度及高延性钢材（TransformationInducedPlasticitySteel，TRIP钢）。所述端柱1底部与下横梁7的连接节点处设置有加劲板。上述所有的鱼尾板11起到过渡连接的作用。
如图5所示，现有两边连接防屈曲墙试件钢板角部发生局部压曲破坏，角部钢板撕裂严重；如图6所示，而本发明设置端柱1的防屈曲墙中端柱1作为内嵌钢板10的边缘构件，为内嵌钢板10形成剪力场提供了稳定的边界条件，有效防止了钢板角部压曲破坏，钢板面形成了致密菱形屈曲波纹，保证了钢板剪力场作用的发挥。
如图7所示，现有两边连接防屈曲钢板剪力墙加载到30mm之后，内嵌钢板10角部发生局部压屈破坏，且撕裂口迅速扩大，承载力出现急剧下滑，延性和耗能较差。如图8所示，现有四边连接剪力墙的滞回曲线稳定饱满，呈饱满梭形；但位移加载到35mm后因柱底连接强度不足而出现破坏。如图9所示，本发明设置端柱1的防屈曲钢板剪力墙滞回曲线没有明显捏缩现象，形状接近饱满的梭形，表现出良好的耗能能力和延性；
如图10所示，本发明设置端柱1试件的初始刚度接近四边连接试件，承载力比两边连接防屈曲墙试件提高约24%，延性和累积能量耗散面积也均有大幅度提升。说明本发明设置端柱1的防屈曲钢板剪力墙具有初始刚度高、耗能滞回饱满、延性好、抗震性能优越等特点。
如图1~4所示，一种设置端柱1的防屈曲钢板剪力墙的施工方法，包括以下步骤：
（1）将左、右立柱12、13与上、下横梁6、7焊接成钢结构框架，接着在上横梁6底侧和上横梁6顶侧分别焊接上鱼尾板11和下鱼尾板11，然后在上横梁6底侧分别焊接两个位于上鱼尾板11左右两边的梁连接键3；
（2）在左、右端柱1的上下端分别焊接柱连接键2和连接板4，接着将左、右端柱1下端的连接板4与下横梁7焊接，将左、右端柱1上端的柱连接键2与上横梁6的梁连接键3对应栓接，然后在左端柱1的右侧和右端柱1的左侧分别焊接左鱼尾板11和右鱼尾板11；
（3）将内嵌钢板10的上下边分别与上、下鱼尾板11焊接或栓接，将内嵌钢板10的左右边分别与左、右鱼尾板11焊接或栓接，然后在内嵌钢板10两侧分别固定设置有钢筋混凝土盖板8，以形成防屈曲钢板剪力墙。
在本发明实施例中，步骤（2）中的柱连接键2采用T型钢，T型钢的翼缘板与端柱1上端采用单角焊缝围焊连接，在T型钢的腹板预留圆形螺栓孔。
在本发明实施例中，步骤（2）中的梁连接键3采用H型钢，H型钢与上横梁6及上鱼尾板11焊接连接，在H型钢的腹板预留长圆形螺栓孔5。
在本发明实施例中，步骤（2）中的左、右端柱1底部与下横梁7的连接节点处设置加劲板给予加强。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的设置端柱1的防屈曲钢板剪力墙及其施工方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种设置端柱的防屈曲钢板剪力墙，包括由左、右立柱与上、下横梁组成的钢结构框架，所述钢结构框架内设置有与上、下横梁连接的防屈曲钢板墙，所述防屈曲钢板墙是由中间的内嵌钢板和两侧的钢筋混凝土盖板组成，其特征在于：所述内嵌钢板上下边分别通过上、下鱼尾板与上、下横梁连接，所述内嵌钢板两侧边分别通过左、右鱼尾板与左、右端柱连接，所述端柱上下端分别设置有柱连接键和连接板，所述上横梁底侧左右两边分别设置有梁连接键，左、右端柱上端的柱连接键分别通过螺栓与上横梁的梁连接键相连接，左、右端柱下端的连接板分别与下横梁相连接。
2.根据权利要求1所述的设置端柱的防屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述柱连接键为T型钢，所述T型钢的翼缘板与端柱上端采用单角焊缝围焊连接，所述T型钢的腹板预留有圆形螺栓孔。
3.根据权利要求2所述的设置端柱的防屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述梁连接键为H型钢，所述H型钢与上横梁及上鱼尾板焊接连接，所述H型钢的腹板预留有长圆形螺栓孔。
4.根据权利要求1所述的设置端柱的防屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述端柱底部与下横梁的连接节点处设置有加劲板。
5.根据权利要求1所述的设置端柱的防屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述端柱的材质采用高强度及高延性钢材。
6.根据权利要求1所述的设置端柱的防屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述螺栓为高强度螺栓。
7.一种设置端柱的防屈曲钢板剪力墙的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将左、右立柱与上、下横梁焊接成钢结构框架，接着在上横梁底侧和上横梁顶侧分别焊接上鱼尾板和下鱼尾板，然后在上横梁底侧分别焊接两个位于上鱼尾板左右两边的梁连接键；
（2）在左、右端柱的上下端分别焊接柱连接键和连接板，接着将左、右端柱下端的连接板与下横梁焊接，将左、右端柱上端的柱连接键与上横梁的梁连接键对应栓接，然后在左端柱的右侧和右端柱的左侧分别焊接左鱼尾板和右鱼尾板；
（3）将内嵌钢板的上下边分别与上、下鱼尾板焊接或栓接，将内嵌钢板的左右边分别与左、右鱼尾板焊接或栓接，然后在内嵌钢板两侧分别固定设置有钢筋混凝土盖板，以形成防屈曲钢板剪力墙。
8.根据权利要求7所述的设置端柱的防屈曲钢板剪力墙的施工方法，其特征在于：步骤（2）中的柱连接键采用T型钢，T型钢的翼缘板与端柱上端采用单角焊缝围焊连接，在T型钢的腹板预留圆形螺栓孔。
9.根据权利要求8所述的设置端柱的防屈曲钢板剪力墙的施工方法，其特征在于：步骤（2）中的梁连接键采用H型钢，H型钢与上横梁及上鱼尾板焊接连接，在H型钢的腹板预留长圆形螺栓孔。
10.根据权利要求7所述的设置端柱的防屈曲钢板剪力墙的施工方法，其特征在于：步骤（2）中的左、右端柱底部与下横梁的连接节点处设置加劲板。
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