CN107489212A - 免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙 - Google Patents

免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙。包括钢板墙、钢柱和钢梁，钢板墙置于由钢柱和钢梁形成的框架内，还包括沿钢板墙水平方向布置的水平加劲肋，水平加劲肋水平贯通地设置于钢板墙中；并且水平加劲肋的外缘设有沿钢板墙竖直方向延伸的外翼缘，水平加劲肋及其外翼缘和钢板墙包围的空间内以及填充有预制钢筋混凝土板。水平加劲肋居中地嵌装实现或上中下钢板墙之间，并与钢板墙进行焊接。本发明使得钢板墙免于承受重力荷载，仅用于承受地震剪力或风剪力，可防止钢板墙过早受压屈曲；专门用于抗剪，从而提高了钢板墙的抗剪承载力和大震耗能性能，减薄了钢板厚度，节约了钢材用量。

Description

免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙
技术领域
本发明涉及一种免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙，属于建筑工程领域，可广泛应用于各类钢结构建筑的抗侧力体系。
背景技术
在高层建筑钢结构中，用于抵御风荷载、地震作用等水平力的抗侧力体系主要有混凝土剪力墙、钢支撑、钢板剪力墙等。
混凝土剪力墙对结构侧移要求严格，和钢结构一起使用时，钢结构抗侧延性好的优势无法发挥。钢支撑有较好的抗侧力性能，但支撑与梁柱之间的连接节点构造复杂，用钢量大，且制作加工成本高，现场施工误差大。钢支撑地震作用下发生屈曲，承载力随侧移的增加而急剧退化，抗震性能不佳。
钢板剪力墙由于构件形式简单，连接节点容易实现、受力性能优良等，有广泛的应用前景。
在抗震设计的第二阶段，希望钢板剪力墙有较好的塑性变形来消耗更多的地震能量。而钢板剪力墙纵横向尺度较大，钢板厚度相对较薄，很容易发生失稳而使得抗弯和抗压承载力急剧下降，抗剪承载力则通过发展斜拉力场来得以一部分保留，但是斜拉力场对与之相连的柱子施加了很大的横向荷载，柱子本身有被拉弯及发生平面外弯扭屈曲的可能。
目前常用的防止钢板剪力墙失稳的方法有两种。第一种是在钢板剪力墙上设置加劲肋，有纵横两个方向的加劲肋，根据计算需要设置，将钢板剪力墙划分为小方格，降低宽厚比，提高屈曲承载力。第二种方法是在钢板剪力墙外侧固定混凝土板，利用混凝土板的刚度来约束钢板剪力墙，避免钢板剪力墙的屈曲。
第一种方法描述的加劲钢板剪力墙，加劲肋与钢板剪力墙焊接在一起，水平力作用下加劲肋和钢板剪力墙协同受力，协同变形。这种钢板剪力墙刚度大，吸收压力，因而容易受压屈曲，钢板的钢材的塑性变形能力得不到较好的开展。
第二种方法描述的混凝土约束钢板剪力墙，混凝土板和钢板之间为了很好的固定，需要在钢板剪力墙上开孔或焊接螺栓，通过螺栓将两侧混凝土板固定在钢板墙上。这种构造连接复杂，需要在工厂制作成品构件，运输和安装要求高。
另外根据《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-2015)的要求，钢板剪力墙宜按不承受竖向荷载设计。在施工过程中，常采用钢板剪力墙与钢梁后焊的方式来保证其不承受过多的竖向荷载，这给施工带来工期的推后，而且不能彻底免除钢板剪力墙承受后续的恒载和活载，在结构受侧向力过程中也承受一定的竖向荷载和弯矩。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙，它完全实现了JGJ99-2015对钢板剪力墙提出的不承受竖向荷载的要求；构造简单、造价低，对现场施工工期没有影响；可避免钢板剪力墙承受竖向荷载，同时钢板不会出现局部失稳，从而提高了钢板墙的抗剪承载力，增强了钢板墙的延性和耗能能力。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括钢板墙、钢柱和钢梁，钢板墙置于由钢柱和钢梁形成的框架内，还包括沿钢板墙水平方向布置的水平加劲肋，水平加劲肋水平贯通地设置于钢板墙中，切断了钢板剪力墙的竖向传力；并且水平加劲肋的外缘设有沿钢板墙竖直方向延伸的外翼缘，水平加劲肋及其外翼缘和钢板墙包围的空间内以及填充有预制钢筋混凝土板。
所述的钢板墙上下侧与钢梁焊接，钢板墙左右侧通过鱼尾板与钢柱进行固定连接。
本发明将水平贯穿穿设于钢板墙中的水平加劲肋替换了原有传统结构贴合的加劲肋设计，大幅度削减了钢板剪力墙的竖向刚度，使得钢板墙免承重力防剪切屈曲。
所述的预制钢筋混凝土板是工厂先预制的，然后现场安装上去的。
所述的钢板墙沿竖向分为平行的多块，各块之间不直接连接且上下平行布置，每上下相邻两块之间通过水平加劲肋连接，所述的钢板墙被水平加劲肋分隔成相互不直接连接的区块墙，水平加劲肋的上下两表面与钢板墙的块进行焊接。
水平加劲肋包括若干根水平加劲肋，若干根水平加劲肋沿钢板墙竖向方向均匀间隔地布置在钢板墙中。上下相邻两根水平加劲肋及其外翼缘和钢板墙包围的空间内、水平加劲肋及其外翼缘和钢板墙、钢梁包围的空间内填充有预制钢筋混凝土板。
优选的，所述的水平加劲肋端部与钢柱表面脱开或焊接。脱开是指不连接、不接触。
所述的水平加劲肋采用H形肋翼缘和翼缘外伸的中空矩形钢管(含方钢管)中的一种或者两种的结合。
若中空钢管水平加劲肋和开口截面横向加劲肋两种的结合同时使用时，则两者可以沿钢板墙竖直方向相交替布置，也可以沿钢板墙竖直方向不相交替布置。
所述的预制钢筋混凝土板侧截面为矩形，布置在钢板墙的两侧，预制钢筋混凝土板和钢板墙之间设置塑料薄膜作为隔离层。
在层高范围内，钢板剪力墙中最底部的预制钢筋混凝土板下端通过钢筋与楼板进行锚固。
优选的，所述的钢梁采用H型钢梁或箱型梁。
另一种方案，所述的钢柱替换为钢管混凝土柱。
本发明的技术原理是：
1、本发明设计了贯穿穿设钢板墙的水平加劲肋，水平加劲肋采用翼缘外伸矩形钢管，其壁板的面外刚度较小，在竖向荷载作用下，与钢板墙相连的壁板将发生竖向弯曲变形并起到卸载作用，使得主要由钢板剪力墙四周的钢框架来承受竖向荷载。
2、在水平力作用下，主要由钢板剪力墙承担水平剪力，水平加劲肋可防止钢板墙的整体失稳。预制钢筋混凝土板不承受其他作用力，主要用于防止钢板墙的局部失稳，使得钢板墙只能发生屈服。
3、通过在预制钢筋混凝土板和钢板墙之间设置塑料薄膜作为隔离层，使得两者之间没有粘结力，钢板墙可以相对于预制钢筋混凝土板自由滑动。
4、钢材的强度能够得到充分利用，从而提高钢板墙的抗剪承载力、抗震延性和耗能能力。
本发明的有益效果主要体现在：
1、构造简单，受力合理，钢板墙在工厂制作且加工比较容易，预制钢筋混凝土板可以现场装配，施工方便，工业化程度高；
2、通过布置水平加劲肋和预制钢筋混凝土板可防止钢板墙的整体屈曲和局部屈曲，使得钢板墙只能发生屈服，且水平加劲肋可降低竖向应力对钢板墙抗剪承载力的影响，从而提高了钢板墙的抗剪承载力和大震耗能性能。
3、由于钢材强度得到了充分利用，与传统做法相比抗震墙的钢板厚度可以减薄，节约了钢材用量，可取得一定的经济效益。
综合来说，本发明利用中空钢管释放竖向压力，使得钢板墙免于承受重力荷载，仅用于承受地震剪力或风剪力，可防止钢板墙过早受压屈曲；填充预制混凝土板可防止钢板墙的局部屈曲，钢板墙专门用于抗剪，从而提高了钢板墙的抗剪承载力和大震耗能性能，减薄了钢板厚度，节约了钢材用量。
附图说明
图1是实施例1的正立面图。
图2是实施例1一种水平加劲肋在图1中3-3处的侧立面截面图。
图3是图1中2-2处的截面结构图。
图4是图1中1-1处的截面结构图。
图中：钢梁1、钢柱2、钢板墙3、鱼尾板4、水平加劲肋5、预制钢筋混凝土板6、钢筋7、H形肋翼缘8、翼缘外伸矩形钢管9、楼板10。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的实施例如下：
实施例1
如图1所示，实施例包括钢板墙3、钢柱2、钢梁1、水平加劲肋5和预制混凝土板6，钢梁采用H型钢梁，钢板墙3置于由钢柱2和钢梁1形成的框架内。钢板墙3上下侧与钢梁1焊接，钢板墙3左右侧通过鱼尾板4与钢柱2进行固定连接。
钢板墙3中沿钢板墙水平方向布置有水平加劲肋5，水平加劲肋5的上下两侧表面与钢板墙3进行焊接，水平加劲肋的两端不与钢柱相连，如图3所示。
具体实施包括三根水平加劲肋5，如图2所示，三根水平加劲肋5分别是一根H形肋翼缘8和两根翼缘外伸中空矩形钢管9，H形肋翼缘8置于最上，H形肋翼缘8是由两个T形肋翼缘相连接组成，H形肋翼缘8的外翼缘和钢板墙3、上钢梁1包围的空间内填充有预制钢筋混凝土板6，如图2和图4所示。
钢板墙3被两根翼缘外伸中空矩形钢管9分隔成上中下三块，两根翼缘外伸中空矩形钢管9的外侧面设有沿钢板墙竖直方向延伸的外翼缘，H形肋翼缘8和位于上方的翼缘外伸中空矩形钢管9和钢板墙3包围的空间内、两根翼缘外伸中空矩形钢管9和钢板墙3包围的空间内、位于下方的翼缘外伸中空矩形钢管9和钢板墙3、下钢梁1包围的空间内均填充有预制钢筋混凝土板6，如图2和图4所示。
预制钢筋混凝土板侧截面为矩形，在填充预制钢筋混凝土板之前，需在钢板墙的两侧先铺设一层塑料薄膜作为隔离层。预制钢筋混凝土板可在工厂或现场预制，并在钢板墙吊装前装配到钢板墙的两侧，也可在钢板墙吊装到位与钢梁、钢柱连接后安装。如图2所示，层高范围内，钢板墙最底部的预制钢筋混凝土板下端通过预留钢筋7与楼板10进行锚固，钢板墙3贯穿于楼板10。
钢板墙和预制钢筋混凝土板之间没有粘结力，钢板墙可以相对于预制钢筋混凝土板自由滑动。通过以上水平加劲肋和预制钢筋混凝土板的设置能防止所述钢板墙出现剪切屈曲而使得其只能屈服，同时翼缘外伸中空钢管水平加劲肋可释放钢板墙所承受的竖向荷载，使钢板墙免承重力。

Claims (7)

1.一种免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙，包括钢板墙(3)、钢柱(2)和钢梁(1)，钢板墙(3)置于由钢柱(2)和钢梁(1)形成的框架内，其特征在于：还包括沿钢板墙水平方向布置的水平加劲肋(5)，水平加劲肋(5)水平贯通地设置于钢板墙(3)中；并且水平加劲肋(5)的外缘设有沿钢板墙竖直方向延伸的外翼缘，水平加劲肋(5)及其外翼缘和钢板墙(3)包围的空间内以及填充有预制钢筋混凝土板(6)。
2.根据权利要求1所述的一种免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述的钢板墙(3)沿竖向分为多块，各块之间不直接连接，每上下相邻两块之间通过水平加劲肋(5)连接，水平加劲肋(5)的上下两表面与钢板墙(3)的块进行焊接。
3.根据权利要求1所述的一种免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙，其特征在于：包括若干根水平加劲肋(5)，若干根水平加劲肋沿钢板墙竖向方向均匀间隔地平行布置在钢板墙(3)中，上下相邻两根水平加劲肋(5)及其外翼缘和钢板墙(3)包围的空间内、水平加劲肋(5)及其外翼缘和钢板墙(3)、钢梁(1)包围的空间内填充有预制钢筋混凝土板(6)。
4.根据权利要求1所述的一种免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述的水平加劲肋(5)水平端部与钢柱(2)表面脱开或焊接。
5.根据权利要求1所述的一种免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述的水平加劲肋(5)采用H形肋翼缘(8)和翼缘外伸的中空矩形钢管(9)中的一种或者两种的结合。
6.根据权利要求1所述的一种免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙，其特征在于：所述的预制钢筋混凝土板(6)侧截面为矩形，布置在钢板墙(3)的两侧，预制钢筋混凝土板(6)和钢板墙(3)之间设置塑料薄膜作为隔离层。
7.根据权利要求1所述的一种免承重力防剪切屈曲钢板剪力墙，其特征在于：在层高范围内，钢板剪力墙中最底部的预制钢筋混凝土板(6)下端通过钢筋(7)与楼板(10)进行锚固。
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