CN105780968B - 适用于高烈度地区高层/超高层建筑的钢板剪力墙结构 - Google Patents

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Abstract

适用于高烈度地区高层/超高层建筑的钢板剪力墙结构，用型钢PEC柱代替普通钢框架柱，由H型PEC柱（1）、框架梁（2）、内置钢板（3）构成；H型钢PEC柱是一种强度高、刚度大部分外包混凝土组合柱，H型钢PEC柱由型钢（4）、拉筋（5）和混凝土（6）组成；所述的拉筋（5）焊接于H型钢（4）的上下翼缘之间，并在柱顶和柱底位置做加密处理，分为加密区（7）和非加密区（8）。

Description

适用于高烈度地区高层/超高层建筑的钢板剪力墙结构
技术领域
本发明涉及高层、超高层建筑的抗震领域，特别是涉及高烈度地区的钢板剪力墙结构领域。
背景技术
钢板剪力墙内置钢板，钢板与周围框架梁柱相连，以此传递风与侧向地震力等横向荷载至基础。钢板剪力墙的边缘柱既要承受结构竖向荷载又要抵抗侧向力产生的弯矩，这导致边缘柱需要很高的抗压能力。同时，横下力作用下内置钢板会形成明显张力场，周围框架需要有效锚固该张力才能实现钢板屈曲变形而耗能的目的。因此若要有效利用钢板剪力墙良好的抗震性能，其关键是周围框架应具有足够的强度、刚度。
以往，钢板剪力墙结构的框架柱往往不足以提供足够的强度、刚度，所以内置钢板优越的能量耗散性能不能有效发挥，故衍生出了许多削弱内置钢板的结构形式，如开缝、采用薄钢板等。这些形式的钢板剪力墙牺牲了钢板剪力墙在高烈度地震下的部分能量耗散能力，而且增加了制作、施工的困难。本发明针对问题本身，提出了一种不牺牲钢板耗散地震能量能力，而是提高边缘约束构件强度的钢板剪力墙结构体系，以充分发挥内置钢板在高烈度地震作用下的卓越性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高烈度地区高层/超高层建筑的钢板剪力墙结构。
本发明是适用于高烈度地区高层/超高层建筑的钢板剪力墙结构，用H型钢PEC柱1代替普通钢框架柱，由H型钢PEC柱1、框架梁2、内置钢板3构成；H型钢PEC柱1是一种强度高、刚度大的部分外包混凝土组合柱，H型钢PEC柱1由H型钢4、拉筋5和混凝土6组成；所述的拉筋5焊接于H型钢4的上下翼缘之间，并在柱顶和柱底位置做加密处理，分为加密区7和非加密区8。
本发明的有益效果是：
（1）通过引进H型钢PEC柱1，增强框架柱的强度、刚度，加强了对内置钢板的边缘约束，有效锚固了钢板变形产生的张力场，使得内置钢板先于框架梁柱屈服前先屈曲，从而更大程度地发挥钢板剪力墙卓越的抗震性能。
（2）H型钢PEC柱1中的H型钢4上下翼缘之间通过拉筋5的焊接处理，使得型钢的局部稳定性增强，有效限制了翼缘的过早屈曲，从而保证了型钢力学性能的更好发挥；
（3）在H型钢4槽内灌注混凝土6，增加了整个H型钢PEC柱1的强度和刚度。并且在H型钢4翼缘、腹板和拉筋5的约束下，H型钢PEC柱1中的混凝土6强度得到了较大的提高。加载时，受到H型钢4翼缘、腹板和拉筋5约束的区域，混凝土6的开裂被延缓和控制，延性得到改善。
（4）就H型钢PEC柱1本身的施工工艺讲，H型钢PEC柱1可以实现模块化建造。利用H型钢4的翼缘和腹板作为一部分模板，可以大大节省模板数量。相较全包裹的组合柱，节省空间，制作方便，节点处理便捷。而且带H型钢PEC柱1的钢板剪力墙3结构，还便于用于对既有建筑的抗震改造。
附图说明
图1是本发明结构的正视图，图2是本发明中H型钢PEC柱的截面图，图3为拉筋加密区7与非加密区8布置图。图1中标识的部分为：H型钢PEC柱1、框架梁2、内置钢板3、H型钢4、拉筋5。图2中附图标记的部分为：H型钢4、拉筋5、混凝土6。图3中标识的部分：拉筋加密区7、拉筋非加密区8。
具体实施方式
如图1所示，本发明是适用于高烈度地区高层/超高层建筑的钢板剪力墙结构，用H型钢PEC柱1代替普通钢框架柱，由H型钢PEC柱1、框架梁2、内置钢板3构成。
如图1、图2所示，所述的H型钢PEC柱1是一种强度高、刚度大部分外包混凝土组合柱，H型钢PEC柱1由H型钢4、拉筋5和混凝土6组成；H型钢4的截面面积为As，填充混凝土6的面积为Ac，H型钢4材料强度为Fs，混凝土6的轴压强度为Fc，则H型钢PEC柱1的强度P=（1.2~1.7）（FsAs+FcAc）；H型钢PEC柱1的刚度是H型钢4的1.4~1.8倍；拉筋5按照间距a焊接于H型钢4的上下翼缘之间，其间距a不小于50mm，不大于400mm及构件截面的短边尺寸，且不大于15d，d为拉筋5的直径；拉筋5的直径d为6mm~16mm的光圆钢筋或者带肋钢筋；混凝土6灌注于型钢槽内，型钢的翼缘、腹板和拉筋共同作用对混凝土进行有效约束。
如图3所示，所述的拉筋5在柱顶和柱底位置做加密处理；加密区7范围为柱长的1/4~1/3长度；加密区拉筋的间距不应大于100mm，且小于h0/2；非加密区8拉筋间距取h0/2~h0，且不大于400mm，其中h0为H型钢的截面高度。
如图1、图3所示，所述的框架梁2的腹板厚度不应低于内置钢板3厚度，且内置钢板3的厚度应满足高厚比100≤λ≤600的限值要求，λ为钢板剪力墙高厚比；内置钢板与周围框架的连接方式为焊接。
本发明的构成该结构所需的钢材不低于Q235，混凝土标号不低于C30。
钢板剪力墙结构作为一种新式的横向抗侧力结构体系，其耗能机理是利用内置钢板的屈曲变形消耗地震能量。该耗能机理实现的前提是内置钢板要在周围框架屈服前先屈曲。故内置钢板的耗能能力很大程度上依赖周围约束框架的强度和刚度。若要保证钢板剪力墙结构发挥出其卓越的抗震耗能效果，就要求其周围框架的梁柱具有足够高的强度和刚度。通常的做法是增加梁柱截面，或削弱钢板强度。前者会大幅增加造价并减低空间使用面积，后者会削弱钢板剪力墙结构的抗震能力。
本发明提出了带H型钢PEC柱的钢板剪力墙结构，用H型钢PEC柱代替普通框架钢柱，从而形成一种由H型钢PEC柱、框架梁和内置钢板组成的钢板剪力墙结构。该结构主要由H型钢PEC柱1、框架梁2、内置钢板3构成。H型钢PEC柱1是一种强度高、刚度大的部分外包混凝土柱（Partially Encased Composite Columns）。H型钢PEC柱1由H型钢4、拉筋5和混凝土6组成。构成H型钢PEC柱的H型钢4可以是热轧型钢H，也可以是焊接H型钢，广义上讲还可以是C、[形的建筑结构钢材。拉筋5是为Φ6mm~16mm的光圆钢筋或者带肋钢筋。拉筋按照一定间距布置在型钢的槽内，拉筋距离翼缘边缘10mm~30mm。拉筋的作用是通过焊接将型钢的上、下翼缘拉接，从而增加翼缘局部稳定，限制翼缘的屈曲，并且与型钢的翼缘和腹板形成对其内部混凝土的约束作用，提高混凝土的强度。拉筋的分布间距，应考虑在柱顶、柱底位置处进行加密处理、在柱中部区域处做一般处理，即非加密。柱顶加密范围取靠近柱顶端1/4~1/3h长度范围内。柱底加密范围取靠近柱底端1/4~1/3h长度范围内。柱中部非加密区域取柱中的1/3~1/2h的长度范围。h为柱长或者层高。加密区7拉筋的间距不应大于100mm，且小于h0/2。非加密区8拉筋间距取h0/2~h0，且不大于400mm，其中h0为H型钢的截面高度。广义上的拉筋，还应该包括用于对C、[形PEC柱进行拉接的封边缀板。拉筋构成H型钢PEC柱的混凝土6强度不应低于C30，施工时应有较好的流动性并灌注在型钢的槽内。本发明中的框架梁2可以是各种形式的型钢梁、钢筋混凝土梁、型钢和混凝土组合梁等，框架梁与H型钢PEC柱1采用刚性连接。如果框架梁采用H型钢梁，则钢梁腹板厚度不应小于钢板厚度。内置钢板3的厚度应满足高厚比100≤λ≤600的限值要求。内置钢板与周围框架的连接方式为焊接。H型钢PEC柱1、框架梁2、内置钢板3所需的钢材强度应在Q235以上。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.适用于高烈度地区高层/超高层建筑的钢板剪力墙结构，H型钢PEC柱是一种强度高、刚度大的部分外包混凝土组合柱，H型钢PEC柱由H型钢(4)、拉筋(5)和混凝土(6)组成；所述的拉筋(5)焊接于H型钢(4)的上下翼缘之间，并在柱顶和柱底位置做加密处理，分为加密区(7)和非加密区(8)，其特征在于用H型钢PEC柱代替普通钢框架柱，由H型钢PEC柱(1)、框架梁(2)、内置钢板(3)构成，形成一种带H型钢PEC柱的钢板剪力墙结构体系；
H型钢(4)的截面面积为As，填充混凝土(6)的面积为Ac，H型钢(4)材料强度为Fs，混凝土(6)的轴压强度为Fc，则H型钢PEC柱(1)的强度P＝(1.2～1.7)(FsAs+FcAc)；H型钢PEC柱(1)的刚度是H型钢(4)的1.4～1.8倍；拉筋(5)按照间距a焊接于H型钢(4)的上下翼缘之间，其间距a不小于50mm，不大于400mm及构件截面的短边尺寸，且不大于15d，d为拉筋(5)的直径；拉筋(5)的直径d为6mm～16mm的光圆钢筋或者带肋钢筋；混凝土(6)灌注于型钢槽内，型钢的翼缘、腹板和拉筋共同作用对混凝土进行有效约束。
2.根据权利要求1所述的适用于高烈度地区高层/超高层建筑的钢板剪力墙结构，其特征在于所述的拉筋(5)在柱顶和柱底位置做加密处理；加密区(7)范围为柱长的1/4～1/3长度；加密区拉筋的间距不应大于100mm，且小于h0/2；非加密区(8)拉筋间距取h0/2～h0，且不大于400mm，其中h0为H型钢的截面高度。
3.根据权利要求1所述的适用于高烈度地区高层/超高层建筑的钢板剪力墙结构，其特征在于所述的框架梁(2)的腹板厚度不应低于内置钢板(3)厚度，且内置钢板(3)的厚度应满足高厚比100≤λ≤600的限值要求，λ为钢板剪力墙高厚比；内置钢板与周围框架的连接方式为焊接。
4.根据权利要求1所述的适用于高烈度地区高层/超高层建筑的钢板剪力墙结构，其特征在于，构成该结构所需的钢材不低于Q235，混凝土标号不低于C30。
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