CN107514076A - 免承重力仅受剪力的钢板剪力墙 - Google Patents

免承重力仅受剪力的钢板剪力墙 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种免承重力仅受剪力的钢板剪力墙。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截面形状为矩形钢管、方钢管或圆钢管的水平加劲肋，水平加劲肋水平贯通地设置于钢板墙中；水平加劲肋居中地嵌装实现或上中下钢板墙之间，水平加劲肋的上下表面与钢板墙进行焊接。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，钢板墙专门用于抗剪，提高了钢板墙的抗剪承载力和大震耗能性能，并且减薄了钢板剪力墙的钢板厚度，节约了钢材用量。

Description

免承重力仅受剪力的钢板剪力墙
技术领域
本发明涉及一种免承重力仅受剪力的钢板剪力墙，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。而钢板剪力墙纵水平尺度较大，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水平荷载，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仅受剪力的钢板剪力墙；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。
所述的钢板墙上下两边与钢梁焊接，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，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仅受剪力。
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。
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中空的钢管水平加劲肋和开口截面横向加劲肋中的一种或者两种的结合。当需要时补充增设开口截面水平加劲肋。
优选的，所述的钢管水平加劲肋采用矩形钢管(含方钢管)或圆管，且至少应设置一条。
优选的，所述的开口截面水平加劲肋采用钢板或槽钢，钢板或槽钢水平地布置在钢板墙中，并且上下表面和钢板墙焊接。或钢板墙上下连续，开口水平加劲肋仅设在钢板墙一侧或两侧，与钢板墙焊接。
若钢管水平加劲肋和开口截面水平加劲肋两种的结合同时使用时，则钢管水平加劲肋和开口截面水平加劲肋分别在钢板墙中，沿钢板墙竖直方向相交替布置。
本发明还可选择增设包括沿钢板墙竖直方向布置的竖向加劲肋，在相邻两根所述水平加劲肋之间以及所述水平加劲肋和钢梁之间，沿钢板墙水平方向间隔布置有多根竖向加劲肋，竖向加劲肋上下两端与水平加劲肋、钢梁焊接，并且竖向加劲肋和钢板墙脱开或焊接，脱开即竖向加劲肋与钢板墙之间留有缝隙，使得竖向加劲肋不与钢板墙接触或连接。
在钢板剪力墙中设置的所述竖向加劲肋上下对齐排列使得水平加劲肋和竖向加劲肋形成正交网状结构。
所述的竖向加劲肋与水平加劲肋的脱开或者连接的范围仅为中空钢管的中间1/2的范围内,见焊缝。
优选的，所述的竖向加劲肋采用钢板、槽钢、角钢或方管。
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，水平加劲肋采用矩形钢管或圆管，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，使得钢板墙不受竖向荷载。
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，竖向加劲肋与钢板墙存在缝隙或焊接，都不承受其他作用力，主要用于防止钢板墙的剪切局部失稳。
3、加劲肋的设置使得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，加工方便，现场施工简便；
2、加劲肋的布置可防止钢板墙的整体屈曲和局部屈曲，且可降低竖向应力对钢板墙抗剪承载力的影响，使得钢板墙只能发生屈服，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，钢板墙专门用于抗剪，提高了钢板墙的抗剪承载力和大震耗能性能，并且减薄了钢板剪力墙的钢板厚度，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是实施例1另一种水平加劲肋在图1中3-3处的侧立面截面图。
图4是图1中2-2处的截面结构图。
图5是图1中1-1处的截面结构图。
图6是实施例2的正立面图。
图7是实施例2一种水平加劲肋在图6中3-3处的侧立面截面图。
图8是实施例2另一种水平加劲肋在图6中3-3处的侧立面截面图。
图9是图6中2-2处的截面结构图。
图10是图6中1-1处的截面结构图。
图11是实施例3的正立面图。
图12是实施例3一种水平加劲肋在图11中3-3处的侧立面截面图。
图13是实施例3另一种水平加劲肋在图11中3-3处的侧立面截面图。
图14是图11中2-2处的截面结构图。
图15是图11中1-1处的截面结构图。
图16是实施例4的正立面图。
图17是实施例4一种水平加劲肋在图16中3-3处的侧立面截面图。
图18是实施例4另一种水平加劲肋在图16中3-3处的侧立面截面图。
图19是图16中2-2处的截面结构图。
图20是图16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、钢管水平加劲肋5、开口截面水平加劲肋6、竖向加劲肋7、矩形钢管8、圆管9、焊缝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和水平加劲肋5，钢梁采用H型钢梁，钢板墙3置于由钢柱3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，如图5 所示。
钢板墙中沿钢板墙水平方向布置有钢管水平加劲肋5，钢管水平加劲肋5的上下两侧表面与钢板墙3进行焊接，如图4所示。
钢管水平加劲肋5采用矩形钢管8形成如图2所示的结构，矩形钢管8布置上下两道，或者水平加劲肋采用圆管9形成如图3所示的结构，圆管9也布置上下两道。
实施例2
如图6所示，实施例包括钢板墙3、钢柱2、钢梁1和水平加劲肋，钢梁采用H型钢梁，钢板墙3置于由钢柱3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，如图10 所示。
钢板墙中沿钢板墙水平方向同时布置有钢管水平加劲肋5和开口截面水平加劲肋6，钢管水平加劲肋5把钢板墙分隔成上中下三块，中间的钢板墙又增设了一道开口的水平加劲肋，加劲肋与柱焊接，与钢板墙焊接，如图9所示。
钢管水平加劲肋5采用矩形钢管8形成如图7所示的结构，矩形钢管8布置上下两道，或者钢管水平加劲肋5采用圆管9形成如图8所示的结构，圆管9 也布置上下两道。
开口截面水平加劲肋6选用钢板或槽钢，开口截面水平加劲肋6布置在两道钢管水平加劲肋5之间，分别如图7和图8所示。
实施例3
如图11所示，实施例包括钢板墙3、钢柱2、钢梁1和两道水平加劲肋，钢梁采用H型钢梁，钢板墙3置于由钢柱3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，如图15所示。
钢板墙中沿钢板墙水平方向布置有钢管水平加劲肋5，钢板墙3被钢管水平加劲肋5分隔成上中下三块，钢管水平加劲肋5的上下两侧表面与钢板墙3进行焊接，钢管水平加劲肋5的水平两侧钢柱焊接或不焊接，如图14所示。
钢管水平加劲肋5采用矩形钢管8形成如图12所示的结构，矩形钢管8布置上下两道，或者钢管水平加劲肋5采用圆管9形成如图13所示的结构，圆管 9也布置上下两道。
在上下两道钢管水平加劲肋5之间增设竖向加劲肋以及在上钢管水平加劲肋5和上钢梁1之间、下钢管水平加劲肋5和下钢梁1之间，均增设沿钢板墙竖直方向布置的竖向加劲肋7，多根竖向加劲肋7沿水平均匀间隔布置，并且所有竖向加劲肋7上下对齐排列，使得水平加劲肋和竖向加劲肋7形成正交网状结构。
竖向加劲肋7上下端面与水平加劲肋的表面或者钢梁1表面进行焊接。竖向加劲肋采用钢板，竖向加劲肋与钢板墙之间留有缝隙，竖向加劲肋不与钢板墙接触或连接。
实施例4
如图16所示，实施例包括钢板墙3、钢柱2、钢梁1和水平加劲肋，钢梁采用H型钢梁，钢板墙3置于由钢柱3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，如图 20所示。
钢板墙中沿钢板墙水平方向同时布置有钢管水平加劲肋5和开口截面水平加劲肋6，两道钢管水平加劲肋5将钢板墙分隔成上中下三块钢板墙，中间一块钢板墙根据需要增设了一道开口截面的水平加劲肋6，水平加劲肋6可贯通钢板墙、或与位于钢板墙两侧、或是单侧水平加劲肋。所有加劲肋与钢板墙3进行满焊焊接，如图19所示。
钢管水平加劲肋5采用矩形钢管8形成如图17所示的结构，矩形钢管8布置上下两道，或者钢管水平加劲肋5采用圆管9形成如图18所示的结构，圆管 9也布置上下两道。
开口截面水平加劲肋6选用钢板或槽钢，开口截面水平加劲肋6布置在两道钢管水平加劲肋5之间，布置一道，分别如图17和图18所示。
在上钢梁1和上钢管水平加劲肋5之间、上钢管水平加劲肋5和开口截面水平加劲肋6之间、开口截面水平加劲肋6和下钢管水平加劲肋5之间、下钢管水平加劲肋5和下钢梁1之间，均增设沿钢板墙竖直方向布置的竖向加劲肋7，多根竖向加劲肋7沿水平均匀间隔布置，并且所有竖向加劲肋7上下对齐排列，使得水平加劲肋和竖向加劲肋7形成正交网状结构。
竖向加劲肋7上下端面与钢管水平加劲肋5、开口截面水平加劲肋6的表面或者钢梁1表面进行焊接。竖向加劲肋采用钢板，竖向加劲肋与钢板墙之间留有缝隙，竖向加劲肋不与钢板墙接触或连接。

Claims (10)

1.一种免承重力仅受剪力的钢板剪力墙，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，水平加劲肋水平贯通地设置于钢板墙(3)中。
2.根据权利要求1所述的一种免承重力仅受剪力的钢板剪力墙，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连接，水平加劲肋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仅受剪力的钢板剪力墙，其特征在于：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(3)中。
4.根据权利要求1所述的一种免承重力仅受剪力的钢板剪力墙，其特征在于：所述的水平加劲肋端部与钢柱(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仅受剪力的钢板剪力墙，其特征在于：所述的水平加劲肋采用中空的钢管水平加劲肋和开口截面横向加劲肋(6)中的一种或者两种的结合。
6.根据权利要求5所述的一种免承重力仅受剪力的钢板剪力墙，其特征在于：所述的钢管水平加劲肋采用矩形钢管(8)或圆管(9)，且至少应设置一条。
7.根据权利要求5所述的一种免承重力仅受剪力的钢板剪力墙，其特征在于：所述的开口截面水平加劲肋(6)采用钢板或槽钢，钢板或槽钢水平地布置在钢板墙(3)中，并且上下表面和钢板墙(3)焊接。
8.根据权利要求1所述的一种免承重力仅受剪力的钢板剪力墙，其特征在于：包括沿钢板墙竖直方向布置的竖向加劲肋(7)，在相邻两根所述水平加劲肋之间以及所述水平加劲肋和钢梁(1)之间，沿钢板墙水平方向间隔布置有多根竖向加劲肋(7)，竖向加劲肋(7)上下两端与水平加劲肋、钢梁(1)焊接，并且竖向加劲肋(7)和钢板墙(3)焊接。
9.根据权利要求8所述的一种免承重力仅受剪力的钢板剪力墙，其特征在于：在钢板剪力墙中设置的所述竖向加劲肋(7)上下对齐排列使得水平加劲肋和竖向加劲肋(7)形成正交网状结构。
10.根据权利要求8所述的一种免承重力仅受剪力的钢板剪力墙，其特征在于：所述的竖向加劲肋(7)采用钢板、槽钢、角钢或方管。
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