CN107700696B - 用于钢结构住宅底部加强区的混凝土防屈曲钢板剪力墙 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于钢结构住宅底部加强区的混凝土防屈曲钢板剪力墙，包括：混凝土防屈曲盖板和带竖向加劲肋钢板墙；混凝土防屈曲盖板置于带竖向加劲肋钢板墙的外侧面，使各个盖板螺栓孔与对应的钢板墙螺栓孔同心对齐；使螺栓的末端依次穿过钢板墙螺栓孔和对应的盖板螺栓孔后，在螺栓的末端旋紧螺母。优点为：在钢板剪力墙外侧通过螺栓安装混凝土防屈曲盖板，并通过调整混凝土防屈曲盖板的预留螺栓孔孔径，保证当墙体在侧向力达到一定量值时，钢板剪力墙与混凝土防屈曲盖板可以产生相对滑移，由于混凝土防屈曲盖板的存在可以延缓钢板剪力墙拉力带的出现，从而能提高钢板剪力墙的抗剪能力、承载力和抗震能力。

Description

用于钢结构住宅底部加强区的混凝土防屈曲钢板剪力墙
技术领域
本发明属于建筑结构技术领域，具体涉及一种用于钢结构住宅底部加强区的混凝土防屈曲钢板剪力墙。
背景技术
目前，船舶上层建筑的工业化与装配化程度较高，而国家现今正在大力推广钢结构装配式建筑，因此，将船舶上层建筑制造工艺进行改造后应用至陆地上不失为一种创新思路，这种基于船舶上层建筑设计的箱板装配式钢结构住宅主要由内侧焊有“T”型和“L”型加劲肋的薄钢板组成，其建造方式为在工厂中预制模块单元，在现场进行单元之间的焊接拼装。
在实际施工过程中，发明人发现，由于箱板装配式钢结构住宅底部承受的剪力作用较大，应予以相应的加强。而加强区的钢板剪力墙直接承受竖向与水平荷载，且无外围钢框架约束，其受力机理完全不同于传统的内嵌框架钢板剪力墙结构，因此，如果采用传统的钢板剪力墙结构，结构底部墙体因承受过大的剪力会提前屈曲，还具有箱板装配式钢结构住宅底部加强区的承载力与抗震性能较弱，无法满足施工要求。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于钢结构住宅底部加强区的混凝土防屈曲钢板剪力墙，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种用于钢结构住宅底部加强区的混凝土防屈曲钢板剪力墙，包括：混凝土防屈曲盖板(1)和带竖向加劲肋钢板墙(2)；
其中，所述混凝土防屈曲盖板(1)为矩形结构，包括混凝土防屈曲盖板主体(1.1)，所述混凝土防屈曲盖板主体(1.1)的内部纵横交错设置呈网格状的钢筋(1.2)；所述混凝土防屈曲盖板主体(1.1)预留n行m列的盖板螺栓孔(1.3)；
所述带竖向加劲肋钢板墙(2)包括钢板(2.1)，所述钢板(2.1)的形状和面积与所述混凝土防屈曲盖板(1)相同；所述钢板(2.1)的内侧面焊有若干个纵向加劲肋，进而将所述钢板(2.1)的内侧面分隔为m列区域，在每列区域开设n个钢板墙螺栓孔(2.4)，从而在所述带竖向加劲肋钢板墙(2)形成n行m列的钢板墙螺栓孔(2.4)，并且，所述盖板螺栓孔(1.3)的孔距与所述钢板墙螺栓孔(2.4)的孔距相同；
所述混凝土防屈曲盖板(1)置于所述带竖向加劲肋钢板墙(2)的外侧面，使各个所述盖板螺栓孔(1.3)与对应的所述钢板墙螺栓孔(2.4)同心对齐；然后，对于每个成对的盖板螺栓孔(1.3)和钢板墙螺栓孔(2.4)，均采用1个螺栓(3)，使螺栓(3)的末端依次穿过所述钢板墙螺栓孔(2.4)和对应的所述盖板螺栓孔(1.3)后，在所述螺栓(3)的末端旋紧螺母(4)；
其中，所述螺栓(3)的直径小于所述钢板墙螺栓孔(2.4)的孔径，所述钢板墙螺栓孔(2.4)的孔径小于所述盖板螺栓孔(1.3)的孔径，从而通过所述螺栓(3)的作用，在水平与竖向荷载作用下，所述混凝土防屈曲盖板(1)与所述带竖向加劲肋钢板墙(2)会产生相对的滑移，所述混凝土防屈曲盖板(1)不参与水平与竖向承力，由于混凝土防屈曲盖板(1)限制了所述带竖向加劲肋钢板墙(2)的面外变形，并推迟了所述带竖向加劲肋钢板墙(2)拉力带的出现，从而提高了箱板装配式钢结构住宅底部加强区的承载力与抗震性能。
优选的，所述钢板(2.1)的左侧边缘和右侧边缘各设置有左边缘钢板(2.5)和右边缘钢板(2.6)；所述左边缘钢板(2.5)和所述右边缘钢板(2.6)均与所述钢板(2.1)垂直，并向所述钢板(2.1)的内外两侧延伸，并且，所述左边缘钢板(2.5)和所述右边缘钢板(2.6)朝向所述混凝土防屈曲盖板(1)延伸的长度，大于所述混凝土防屈曲盖板(1)的厚度。
优选的，所述纵向加劲肋包括竖向交错布置的T型加劲肋(2.2)和L型加劲肋(2.3)，并且，T型加劲肋(2.2)和L型加劲肋(2.3)采用以下方式设置：每两道T型加劲肋(2.2)之间，等距离设置两道以上的L型加劲肋(2.3)。
优选的，所述钢板墙螺栓孔(2.4)位于每列区域的横向中心位置。
优选的，所述螺栓(3)呈纵横双向布置，所述螺栓(3)之间的竖向间距不大于250mm。
优选的，钢板墙螺栓孔(2.4)的孔径＝螺栓(3)的直径+5mm；盖板螺栓孔(1.3)的孔径＝螺栓(3)的直径+20mm。
优选的，对于每个所述螺栓(3)，还对应设置有第1垫片(5)和第2垫片(6)；
其中，所述第1垫片(5)设置于所述螺栓(3)的螺帽与带竖向加劲肋钢板墙(2)之间；所述第2垫片(6)设置于所述混凝土防屈曲盖板(1)与所述旋紧螺母(4)之间。
优选的，所述第1垫片(5)和所述第2垫片(6)均为钢制圆形垫片；所述钢制圆形垫片的开孔孔径＝螺栓(3)的直径+5mm；所述钢制圆形垫片的垫片直径＝螺帽外径+5mm。
本发明提供的用于钢结构住宅底部加强区的混凝土防屈曲钢板剪力墙具有以下优点：
在钢板剪力墙外侧通过螺栓安装混凝土防屈曲盖板，并通过调整混凝土防屈曲盖板的预留螺栓孔孔径，保证当墙体在侧向力达到一定量值时，钢板剪力墙与混凝土防屈曲盖板可以产生相对滑移，由于混凝土防屈曲盖板的存在可以延缓钢板剪力墙拉力带的出现，从而能大大的提高钢板剪力墙的抗剪能力、承载力和抗震能力。
附图说明
图1为本发明提供的安装完成后的混凝土防屈曲钢板剪力墙的面向加劲肋面的立体结构示意图；
图2为本发明提供的安装完成后的混凝土防屈曲钢板剪力墙的面向混凝土盖板面的立体结构示意图；
图3为本发明提供的混凝土防屈曲钢板剪力墙的分解状态示意图；
图4为本发明提供的带竖向加劲肋钢板墙的面向加劲肋面的立体结构示意图；
图5为本发明提供的带竖向加劲肋钢板墙的面向混凝土防屈曲盖板安装面的立体结构示意图；
图6为本发明提供的混凝土防屈曲盖板的外观结构示意图；
图7为本发明提供的内置于混凝土防屈曲盖板的钢筋网的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
鉴于钢结构住宅现场装配的施工方式，并考虑此种单侧带有加劲肋且无外围约束钢框架钢板剪力墙的构造特点，本发明提供一种新型的钢制防屈曲钢板剪力墙，应用到钢结构住宅底部加强区，在钢板剪力墙外侧通过螺栓安装混凝土防屈曲盖板，并通过调整混凝土防屈曲盖板的预留螺栓孔孔径，保证当墙体在侧向力达到一定量值时，钢板剪力墙与混凝土防屈曲盖板可以产生相对滑移，由于混凝土防屈曲盖板的存在可以延缓钢板剪力墙拉力带的出现，从而能大大的提高钢板剪力墙的抗剪能力、承载力和抗震能力。
参考图1-图7，用于钢结构住宅底部加强区的钢制防屈曲钢板剪力墙，为一种无传统外部框架约束的钢板剪力墙，包括：混凝土防屈曲盖板1和带竖向加劲肋钢板墙2；带竖向加劲肋钢板墙2与混凝土防屈曲盖板1通过螺栓连为一体，由此形成钢板墙内侧带有交替布置的竖向“T”型与“L”型加劲肋，钢板墙外侧带有混凝土防屈曲盖板的结构，使此种钢板剪力墙能同时承受水平与竖向荷载；在水平与竖向荷载作用下，混凝土防屈曲盖板不参与水平与竖向承力，仅能限制带肋钢板剪力墙的面外变形，混凝土防屈曲盖板与带竖向加劲肋钢板墙会产生相对的滑移，由于混凝土防屈曲盖板限制了带竖向加劲肋钢板墙的面外变形，并推迟了钢板墙拉力带的出现，从而提高了箱板装配式钢结构住宅底部加强区的承载力。
具体的，参考图6-图7，混凝土防屈曲盖板1为矩形结构，包括混凝土防屈曲盖板主体1.1，混凝土防屈曲盖板主体1.1的内部纵横交错设置呈网格状的钢筋1.2；混凝土防屈曲盖板主体1.1预留n行m列的盖板螺栓孔1.3；
参考图4-图5，带竖向加劲肋钢板墙2包括钢板2.1，钢板2.1的形状和面积与混凝土防屈曲盖板1相同；钢板2.1的左侧边缘和右侧边缘各设置有左边缘钢板2.5和右边缘钢板2.6；左边缘钢板2.5和右边缘钢板2.6均与钢板2.1垂直，并向钢板2.1的内外两侧延伸。钢板2.1的内侧面焊有若干个纵向加劲肋，例如，竖向交错布置的T型加劲肋2.2和L型加劲肋2.3，其中，竖向交错布置的T型加劲肋2.2和L型加劲肋2.3可采用以下方式设置：每两道T型加劲肋2.2之间，等距离设置两道以上的L型加劲肋2.3，通过在钢板剪力墙内侧设置的竖向加劲肋，使其既能承受水平剪力，也能承受竖向压力。
通过竖向交错布置的T型加劲肋2.2和L型加劲肋2.3，进而将钢板2.1的内侧面分隔为m列区域；在每列区域开设n个钢板墙螺栓孔2.4，作为一种优选方式，钢板墙螺栓孔2.4位于每列区域的横向中心位置，从而在带竖向加劲肋钢板墙2形成n行m列的钢板墙螺栓孔2.4，并且，盖板螺栓孔1.3的孔距与钢板墙螺栓孔2.4的孔距相同；其中，竖向交错布置的T型加劲肋2.2和L型加劲肋2.3采用以下方式设置：每两道T型加劲肋2.2之间，等距离设置两道以上的L型加劲肋2.3。
混凝土防屈曲盖板1置于带竖向加劲肋钢板墙2的外侧面，使各个盖板螺栓孔1.3与对应的钢板墙螺栓孔2.4同心对齐；然后，对于每个成对的盖板螺栓孔1.3和钢板墙螺栓孔2.4，均采用1个螺栓3，使螺栓3的末端依次穿过钢板墙螺栓孔2.4和对应的盖板螺栓孔1.3后，在螺栓3的末端旋紧螺母4；由此可见，螺栓3呈纵横双向布置，螺栓3之间的竖向间距不大于250mm。
其中，螺栓3的直径小于钢板墙螺栓孔2.4的孔径，钢板墙螺栓孔2.4的孔径小于盖板螺栓孔1.3的孔径；例如，钢板墙螺栓孔2.4的孔径＝螺栓3的直径+5mm；盖板螺栓孔1.3的孔径＝螺栓3的直径+20mm。从而通过螺栓3的作用，在水平与竖向荷载作用下，混凝土防屈曲盖板1与带竖向加劲肋钢板墙2会产生相对的滑移，混凝土防屈曲盖板1不参与水平与竖向承力，由于混凝土防屈曲盖板1限制了带竖向加劲肋钢板墙2的面外变形，并推迟了带竖向加劲肋钢板墙2拉力带的出现，从而提高了箱板装配式钢结构住宅底部加强区的承载力与抗震性能。其中，钢制防屈曲钢板剪力墙在组装时，注意两侧螺栓孔洞要对齐，并施加一定初始预紧力。
此外，为了减少应力集中，防止螺栓对夹在中间的钢板产生较大的局部挤压力，防止其挤压破坏，对于每个螺栓3，还对应设置有第1垫片5和第2垫片6；其中，第1垫片5设置于螺栓3的螺帽与带竖向加劲肋钢板墙2之间；第2垫片6设置于混凝土防屈曲盖板1与旋紧螺母4之间。第1垫片5和第2垫片6均为钢制圆形垫片；钢制圆形垫片的开孔孔径＝螺栓3的直径+5mm；钢制圆形垫片的垫片直径＝螺帽外径+5mm。
与传统的钢板剪力墙相比，本发明提供的用于钢结构住宅底部加强区的钢制防屈曲钢板剪力墙具有以下特点：
(1)无外框架约束钢板，由带竖向加劲肋的钢板剪力墙与外侧混凝土防屈曲盖板共同组成，混凝土防屈曲盖板的存在能减小钢板剪力墙的变形，能降低钢板屈曲发出的响声；混凝土防屈曲盖板的存在还能起到保护建筑底部钢板剪力墙的作用，以减少外力作用对钢板剪力墙的损伤；(2)外侧混凝土防屈曲盖板延缓钢板剪力墙拉力带的出现，能大幅提高钢板墙的抗剪承载力；(3)内侧带竖向加劲肋的钢板剪力墙既能承受水平剪力，也能承受竖向压力的作用；(4)混凝土防屈曲盖板限制了钢板剪力墙的面外变形，提高了钢板剪力墙的面外刚度，从而改善了钢板剪力墙的承载力与抗震性能。因此，在强震作用下，钢板剪力墙充分形成网格状拉力带进行耗能，抗震性能优越；(5)施工现场无湿作业，可实现全程装配化，缩短工期。此种防屈曲钢板剪力墙是一种新型钢板墙，适用于各种装配式钢结构的底部加强区，具有一定的推广应用价值。
由此可见，由于箱板装配式钢结构体系不同于传统的梁、柱结构体系，是由板肋构件组成的箱体结构进行承力。本发明提供的用于箱板装配式钢结构住宅底部加强区的钢制防屈曲钢板剪力墙，其钢板剪力墙能同时承受水平与竖向荷载，其内侧焊有竖向交错布置的“T”型和“L”型加劲肋，外侧是起到防屈曲作用的混凝土防屈曲盖板，带预留孔的混凝土防屈曲盖板通过普通螺栓与带肋的钢板墙进行连接；因此，在水平与竖向荷载作用下，混凝土防屈曲盖板与带竖向加劲肋钢板墙会产生相对的滑移，由于混凝土防屈曲盖板限制了带竖向加劲肋钢板墙的面外变形，并推迟了钢板墙拉力带的出现，从而提高了箱板装配式钢结构住宅底部加强区的承载力与抗震性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于钢结构住宅底部加强区的混凝土防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，为一种无传统外部框架约束的钢板剪力墙，包括：混凝土防屈曲盖板(1)和带竖向加劲肋钢板墙(2)；带竖向加劲肋钢板墙(2)与混凝土防屈曲盖板(1)通过螺栓连为一体，由此形成钢板墙内侧带有交替布置的竖向“T”型与“L”型加劲肋，钢板墙外侧带有混凝土防屈曲盖板的结构，使此种钢板剪力墙能同时承受水平与竖向荷载；在水平与竖向荷载作用下，混凝土防屈曲盖板不参与水平与竖向承力，仅能限制带肋钢板剪力墙的面外变形，混凝土防屈曲盖板与带竖向加劲肋钢板墙会产生相对的滑移，由于混凝土防屈曲盖板限制了带竖向加劲肋钢板墙的面外变形，并推迟了钢板墙拉力带的出现，从而提高了箱板装配式钢结构住宅底部加强区的承载力；
其中，所述混凝土防屈曲盖板(1)为矩形结构，包括混凝土防屈曲盖板主体(1.1)，所述混凝土防屈曲盖板主体(1.1)的内部纵横交错设置呈网格状的钢筋(1.2)；所述混凝土防屈曲盖板主体(1.1)预留n行m列的盖板螺栓孔(1.3)；
所述带竖向加劲肋钢板墙(2)包括钢板(2.1)，所述钢板(2.1)的形状和面积与所述混凝土防屈曲盖板(1)相同；所述钢板(2.1)的内侧面焊有若干个纵向加劲肋，进而将所述钢板(2.1)的内侧面分隔为m列区域，在每列区域开设n个钢板墙螺栓孔(2.4)，从而在所述带竖向加劲肋钢板墙(2)形成n行m列的钢板墙螺栓孔(2.4)，并且，所述盖板螺栓孔(1.3)的孔距与所述钢板墙螺栓孔(2.4)的孔距相同；
所述混凝土防屈曲盖板(1)置于所述带竖向加劲肋钢板墙(2)的外侧面，使各个所述盖板螺栓孔(1.3)与对应的所述钢板墙螺栓孔(2.4)同心对齐；然后，对于每个成对的盖板螺栓孔(1.3)和钢板墙螺栓孔(2.4)，均采用1个螺栓(3)，使螺栓(3)的末端依次穿过所述钢板墙螺栓孔(2.4)和对应的所述盖板螺栓孔(1.3)后，在所述螺栓(3)的末端旋紧螺母(4)；
其中，所述螺栓(3)的直径小于所述钢板墙螺栓孔(2.4)的孔径，所述钢板墙螺栓孔(2.4)的孔径小于所述盖板螺栓孔(1.3)的孔径，从而通过所述螺栓(3)的作用，在水平与竖向荷载作用下，所述混凝土防屈曲盖板(1)与所述带竖向加劲肋钢板墙(2)会产生相对的滑移，所述混凝土防屈曲盖板(1)不参与水平与竖向承力，由于混凝土防屈曲盖板(1)限制了所述带竖向加劲肋钢板墙(2)的面外变形，并推迟了所述带竖向加劲肋钢板墙(2)拉力带的出现，从而提高了箱板装配式钢结构住宅底部加强区的承载力与抗震性能；
其中，所述钢板(2.1)的左侧边缘和右侧边缘各设置有左边缘钢板(2.5)和右边缘钢板(2.6)；所述左边缘钢板(2.5)和所述右边缘钢板(2.6)均与所述钢板(2.1)垂直，并向所述钢板(2.1)的内外两侧延伸，并且，所述左边缘钢板(2.5)和所述右边缘钢板(2.6)朝向所述混凝土防屈曲盖板(1)延伸的长度，大于所述混凝土防屈曲盖板(1)的厚度；
其中，所述纵向加劲肋包括竖向交错布置的T型加劲肋(2.2)和L型加劲肋(2.3)，并且，T型加劲肋(2.2)和L型加劲肋(2.3)采用以下方式设置：每两道T型加劲肋(2.2)之间，等距离设置两道以上的L型加劲肋(2.3)；
其中，钢板墙螺栓孔(2.4)的孔径＝螺栓(3)的直径+5mm；盖板螺栓孔(1.3)的孔径＝螺栓(3)的直径+20mm；
其中，对于每个所述螺栓(3)，还对应设置有第1垫片(5)和第2垫片(6)；
其中，所述第1垫片(5)设置于所述螺栓(3)的螺帽与带竖向加劲肋钢板墙(2)之间；所述第2垫片(6)设置于所述混凝土防屈曲盖板(1)与所述旋紧螺母(4)之间；
其中，所述第1垫片(5)和所述第2垫片(6)均为钢制圆形垫片；所述钢制圆形垫片的开孔孔径＝螺栓(3)的直径+5mm；所述钢制圆形垫片的垫片直径＝螺帽外径+5mm。
2.根据权利要求1所述的用于钢结构住宅底部加强区的混凝土防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，所述钢板墙螺栓孔(2.4)位于每列区域的横向中心位置。
3.根据权利要求1所述的用于钢结构住宅底部加强区的混凝土防屈曲钢板剪力墙，其特征在于，所述螺栓(3)呈纵横双向布置，所述螺栓(3)之间的竖向间距不大于250mm。
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