CN108222325A - 一种长寿命钢板混凝土剪力墙及其施工方案 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长寿命钢板混凝土剪力墙，包括边缘构件、角钢、弹性胶圈、混凝土钢板及螺钉组件等五部分。该钢板混凝土剪力墙能够减少中间钢板面外变形；弹性胶圈允许混凝土盖板和钢板之间发生相对的移动，从而减小混凝土盖板的拉应力，防止盖板过早破碎脱落，可显著提高钢板混凝土剪力墙的使用寿命。本发明还提供了一种长寿命钢板混凝土剪力墙的施工方案，包括以下步骤：框架的搭建，中间钢板的安装，混凝土盖板的预制，混凝土盖板的安装，涂玻璃胶，最后得到长寿命钢板混凝土剪力墙。本发明一种长寿命钢板混凝土剪力墙解决了中间钢板面外变形和钢筋混凝土盖板破碎脱落问题，提高了剪力墙的使用寿命，应用前景广阔。

Description

一种长寿命钢板混凝土剪力墙及其施工方案

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，具体涉及一种长寿命钢板混凝土剪力墙。

背景技术

钢板剪力墙结构是,在薄腹梁理论研究基础上演变和发展起来的一种以框架内嵌钢板为基本结构单元的新型抗侧力体系。钢板剪力墙具有以下良好的优越性能：①初始侧向刚度大，滞回性能稳定，能量耗散能力强，延性大，抵抗循环荷载下的变形能力好。②通过改善其刚度和延性，实现与外框架材料、延性、刚度的匹配，可以实现双重设防的目的。③钢板墙中内嵌钢板的设置可缓解框架梁柱节点区的延性要求，降低了在强震作用下刚性节点的震害反应，同时可简化节点构造，可以实现半刚性节点。④钢板墙内嵌钢板较薄，高厚比可达250～500，可增加房屋有效使用面积。

由于在传统钢板剪力墙中，水平荷载作用下，非加劲薄板屈曲后始终伴随较大的屈曲响声，同时产生较大的面外变形。这意味着在较大风荷载或地震作用过程中，有噪音产生，影响建筑的居住舒适性。传统钢板剪力墙主要依靠,屈曲后形成的拉力场来抵抗水平力，锚固在边框上的拉力场对边柱、边梁会产生附加弯距，增加了柱子的稳定负担。同时，薄钢板剪力墙在较小剪力作用下屈曲，滞回环有显著的捏缩，降低了钢板剪力墙的耗能能力。

通过对组合钢板剪力墙的研究发现，其存在以下问题: ①传统组合钢板剪力墙的钢筋混凝土盖板与内嵌墙板完全粘接，在约束墙板时参与抵抗了一部分水平力，但由于在大变形下内填钢板与混凝土板二者变形不协调，易出现钢筋混凝土盖板承受较大拉应力的情况，加之钢板的面外挤压，导致混凝土与钢板不断脱离，失去混凝土板对内填钢板的保护作用，后期性能仍然退化为薄钢板墙。②边部混凝土盖板将发生挤压破坏。③混凝土的破坏降低了结构的长期性能和耐久性。上述原因均导致盖板提前退出工作，不能持续的约束薄钢板的屈曲，导致组合钢板墙退化为薄钢板剪力墙，设计寿命较短。

中国发明专利CN 105692817 A，发明名称为：“一种组合钢板剪力墙结构”，公开了一种钢板-混凝土组合组合结构式钢板剪力墙结构。该剪力墙结构虽然解决了内填钢板与混凝土板二者变形不协调问题，避免了混凝土板从钢板上破碎剥离问题导致混凝土提前退出工作，最终导致组合钢板墙退化为薄钢板剪力墙问题。但存在如下缺点: ①混凝土板是,通过螺母或者弹性材料与混凝土板安装孔的内表面产生的摩擦力进行固定的。这种连接方式强度不足，对中间钢板约束力不够，不能有效抑制钢板的屈曲变形。②由于混凝土加工和钢板加工误差的存在，数目较多的对拉螺栓一次性同时插入混凝土板中可能性是小概率事件，需要现场对混凝土板上安装孔调配，耗时耗力。

因此，目前迫切需要一种混凝土盖板与钢板联接可靠，混凝土盖板不会提前破碎剥离的，混凝土板与钢板可以发生相对移动的，产业化前景广阔的长寿命钢板混凝土剪力墙。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明目的是：提供一种长寿命钢板混凝土剪力墙。该钢板混凝土剪力墙与传统钢板混凝土剪力墙的区别是：①混凝土盖板是通过螺钉固定在中间钢板上的，连接牢固可靠，能有效防止钢板的屈曲变形；②螺钉两端套有弹性垫圈，在垫圈弹性范围内，允许混凝土盖板与中间钢板发生沿钢板表面的相对移动。总之，这种结构的钢板混凝土剪力墙，对中间钢板有足够的约束力，可以抑制钢板的屈曲变形；同时可以有效防止混凝土盖破碎剥离的发生，延长钢板混凝土剪力墙的使用寿命。

本发明的另一目的是提供一种钢板混凝土剪力墙的施工方案。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

本发明所述的长寿命钢板混凝土剪力墙包括：边缘构件、角钢、弹性胶圈、混凝土钢板及螺钉组件等五个主要部分组成。混凝土钢板由两块混凝土盖板和中间钢板组成。

第一垂直边缘构件的两端分别与第一水平边缘构件的左端及第二水平边缘构件的左端相连接，第二垂直边缘构件的两端分别与第一水平边缘构件的右端及第二水平边缘构件的右端相连接。

边缘构件的最优选方案是工字钢。

混凝土钢板固定于四个平边缘构件围成的区域内，混凝土组合钢板的四个端部分别与四个边缘构件相连接。

钢板与边缘构件之间连接的最优选方案是：通过螺栓将钢板固定在背靠背放置的两个角钢上，两个角钢再通过螺栓连接到边缘构件上。

所述混凝土钢板包括钢板、钢筋混凝土盖板、螺钉组件和弹性垫圈构成。

所述，两块钢筋混凝土板通过螺钉组件固定在钢板两侧，钢筋混凝土盖板之间的间距为15mm。混凝土盖板与角钢之间有100mm的间隙。

弹性垫圈最优选材料是低弹模材料。

钢板为矩形结构，规格为：1520mmX2000mmX10mm。

一种长寿命钢板混凝土剪力墙包括：边缘构件、角钢、弹性胶圈、混凝土钢板及螺钉组件等五个主要部分，其施工方案按以下步骤进行：

（1）框架的搭建。第一垂直边缘构件的两端分别与第一水平边缘构件的左端及第二水平边缘构件的左端相连接，其中第一水平边缘构件的左端及第二水平边缘构件的左端与第一垂直边缘构件的左侧面平齐；第二垂直边缘构件的两端分别与第一水平边缘构件的右端及第二水平边缘构件的右端相连接，其中第一水平边缘构件的右端及第二水平边缘构件的右端与第二垂直边缘构件的右侧面平齐。上述构件的连接均采用对接熔透焊工艺连接。边缘构件选用240X240X2000的工字钢。

（2）钢板安装

①外边缘角钢的安装。通过螺钉将四个角钢固定在搭建好框架内框的外侧。

②钢板的安装。将钢板放入搭建好框架中间，并贴紧在已经安装好的四个角钢端面上。

③内边缘角钢的安装。通过螺钉将四个角钢固定在搭建好框架内框的外侧。

④钢板的固定。通过螺钉将外边缘角钢、钢板和内边缘角钢固定在一起。

（3）混凝土盖板的预制。

钢筋混凝土盖板的制备，用φ10的钢筋编制成170mmX120mm的矩形网格。

按照C25标准配备混凝土，在上步编制的钢筋上浇筑混凝土得1700mmX1200mm钢筋混凝土盖板，同时预留横向间距为300mm，纵向间距为300mm预留台阶孔24个，，大孔直径φ60，小孔直径φ40，台阶深30mm。干燥5天待用。

（4）混凝土盖板的安装。

将两块混凝土盖板分别放置在钢板两侧，保证盖板到上下左右四个角钢的距离为100mm。

在后盖板上预留孔的位置处，对盖板，钢板和后盖板三个部件上开孔位置进行钻配，保证前盖板，钢板和后盖板上孔的同心度，保证螺钉能顺利穿过前盖板，钢板和后盖板。

在前盖板φ40预留孔上安装弹性垫圈，再在φ60孔上安装平垫；在后盖板φ40孔上安装弹性垫圈，再在φ60安装平垫。把螺钉从任意一侧穿入孔内，拧上螺母，并拧紧，同时保证任意一个混凝土盖板与中间钢板之间的距离在1-3mm。

（5）涂玻璃胶。

用玻璃胶将前后盖板上安装螺钉组件的预留孔φ60一侧填满，刮去孔外多余的玻璃胶。玻璃胶凝固1天后，钢板混凝土剪力墙施工完毕。

本发明具有以下有益效果:

（1）在现有改进型组合钢板剪力墙的基础上，螺钉组件不参与剪力的传递，改善传统组合钢板剪力墙和改进型组合钢板剪力墙的受力模式，使钢板与钢筋混凝土板之间能够发生沿钢板表面的相对位移，减少钢筋混凝土板的拉应力。

（2）螺钉组件将前后两块混凝土盖板压紧在中间的钢板上。钢板与钢筋混凝土板不会发生面外分离，钢筋混凝土板能有效的约束钢板剪力墙结构的面外变形，使得钢板剪力墙结构的滞回曲线更加平滑、滞回性能更加稳定，从而保持持续耗能能力，改善混凝土板的长期性能及耐久性。

（3）螺钉组件仅承受拉力，同时不参与抗剪，避免传统螺栓的焊接工序及钢板沿厚度方向受力，减少钢板的焊接残余应力。

（4）钢筋混凝土盖板约束了钢板面外变形，改变了钢板的受力性能，使薄钢板拉力带效应转换为厚钢板的剪切机制。从而降低了墙板的噪音，显著改善了钢板剪力墙的滞回性能。

（5）组合钢板剪力墙具有传统钢板剪力墙的优点，主要依靠钢板进行耗能，其相较于混凝土剪力墙，有较好的抗震性能。

（6）由于钢筋混凝土盖板的存在，其能起到防火、保温、隔音等作用，可以降低后期工作量，降低成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的钢板混凝土部件示意图。

图3为本发明的钢板与边缘构件连接示意图。

图4为本发明的框架连接示意图。

图5为本发明的中间钢板与框架安装示意图。

图6为本发明的两种规格角钢示意图。

图7为本发明的钢筋混凝土盖板示意图。

其中，1为中间钢板、2为钢筋混凝土盖板、3为螺钉组件、4为角钢、5为边缘构件、6为钢筋混凝土前盖板、8为钢筋混凝土后盖板、9为螺母、10为弹性垫圈、11为螺钉、12为平垫圈，13为第一水平边缘构件、14为第二垂直边缘构件、15第二水平边缘构件、16为第一垂直边缘构件、17为玻璃胶。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明所述的组合钢板剪力墙结构包括：边缘构件、角钢、弹性胶圈、混凝土钢板及螺钉组件。具体施工方案按以下步骤进行：

（1）框架的搭建。第一垂直边缘构件的两端分别与第一水平边缘构件的左端及第二水平边缘构件的左端相连接，其中第一水平边缘构件的左端及第二水平边缘构件的左端与第一垂直边缘构件的左侧面平齐；第二垂直边缘构件的两端分别与第一水平边缘构件的右端及第二水平边缘构件的右端相连接，其中第一水平边缘构件的右端及第二水平边缘构件的右端与第二垂直边缘构件的右侧面平齐。上述构件的连接均采用对接熔透焊工艺连接。边缘构件选用240X240X2000工字钢。

框架上开有直径为φ20的安装孔。为了便于说明框架开孔情况，设长度为2000mm的方向为X轴，设长度为1520mm的方向为Y轴，设长度为240mm的方向为Z轴。

在第一垂直工字钢右侧端面上开两排安装孔，沿X轴负方向看过去，左右两列安装孔到两个侧边的距离均为60mm，每列均为7个安装孔，孔间距为300mm,7个安装孔关于框架水平方向中心线对称。

在第二垂直工字钢左侧端面上开两排安装孔，沿X轴正方向看过去，左右两列安装孔到两个侧边的距离均为60mm，每列均为7个安装孔，7个安装孔关于框架水平方向中心线对称。

在第一水平工字钢下侧端面上开两排安装孔，沿Y轴正方向看过去，前后两排安装孔到两个侧边的距离均为60mm，每排均为5个安装孔，5个安装孔关于框架垂直方向中心线对称。

在第二水平工字钢上侧端面上开两排安装孔，沿Y轴负方向看过去，前后两排安装孔到两个侧边的距离均为60mm，每排均为5个安装孔，5个安装孔关于框架垂直方向中心线对称。

（2）钢板安装

①外边缘角钢的安装。通过六角头M20螺钉组件（GB/T27-1988，M20X80螺钉，φ20不锈钢平垫，M20螺母）将两个115mmX120mmX2000mm角钢和两个115mmX120mmX1280mm角钢固定在搭建好框架的外边缘上。

115mmX120mmX2000mm角钢上开有安装孔。为了便于说明开孔情况，设长度为2000mm的方向为X轴，设长度为115mm的方向为Y轴，设长度为120mm的方向为Z轴，角钢的角与X轴重合。在115X2000平面上开7个φ20间距为300mm的安装孔，7个安装孔在角钢115X2000平面上呈中心对称分布；在120X2000平面上开13个φ20间距为150mm的安装孔，13个安装孔在角钢120X2000平面上呈中心对称分布。

115mmX120mmX1280mm角钢上开有安装孔。为了便于说明开孔情况，设长度为1280mm的方向为X轴，设长度为115的方向为Y轴，设长度为120mm的方向为Z轴，角钢的角与X轴重合。在115X1280平面上开5个φ20间距为300mm的安装孔，5个安装孔在角钢115X1280平面上呈中心对称分布；在120X1280平面上开9个φ20间距为150mm的安装孔，9个安装孔在角钢120X1280平面上呈中心对称分布。

②钢板的安装。将1520mmX2000mmX10mm钢板放入搭建好的框架中间。为了便于描述钢板上开孔情况，设长度为1520mm的方向为X轴，设长度为2000mm的方向为Y轴，设长度为10mm的方向为Z轴。在钢板1520mmX2000mm面上预开有横向间距为300mm，纵向间距为300mm预留孔矩阵，预留孔为φ20mm台阶孔台阶深30mm，台阶孔沿X轴方向为4个，沿Y轴方向为6个，预留孔矩阵中心线与钢板中心线重合。从Z轴方向看，钢板四周还开有直径为φ20mm安装孔，安装孔间距为150mm,安装孔到侧边的距离均为60mm，沿X轴方向的上下两排均为9个安装孔，关于Y轴方向的中心线对称分布，沿Y轴方向的左右两排均为13个安装孔，关于X轴方向的中心线对称分布。

③内边缘角钢的安装。通过六角头M20螺钉组件（GB/T27-1988，M20X80螺钉，φ20不锈钢平垫和M20螺母）将两个115mmX120mmX2000mm角钢和两个115mmX120mmX1280mm角钢固定在搭建好框架的内边缘上。角钢开安装孔的位置同①中角钢。

④钢板的固定。通过六角头M20螺钉组件（GB/T27-1988，M20X80螺钉，φ20不锈钢平垫和M20螺母）将外边缘角钢、钢板和内边缘角钢固定在一起。

（3）钢筋混凝土盖板的预制。

钢筋混凝土盖板的制备，用φ10的钢筋编制成170mmX120mm的矩形网格。

按照C25标准配备混凝土，在上步编制的钢筋上混凝土浇筑得1700mmX1200mm钢筋混凝土盖板，同时预留横向间距为300mm，纵向间距为300mm预留台阶孔24个，大孔直径φ60，小孔直径φ40，台阶深30mm。干燥5天待用。

（4）钢筋混凝土盖板的安装。

将两块1700mmX1200mm混凝土盖板分别放置在钢板两侧，保证盖板到上下左右四个角钢的距离为100mm。

然后在后盖板上预留孔的位置处，对盖板，钢板和后盖板三个部件上开孔位置用手持电钻进行钻配，保证前盖板，钢板和后盖板上孔的同心度，保证螺钉能顺利穿过前盖板，钢板和后盖板。

在前盖板预φ40孔上安装φ40X20mm弹性垫圈（上海福庆橡塑科技有限公司，φ40X20mm，内孔φ20），再在φ60孔上安装φ20不锈钢平垫；在后盖板φ40孔上安装φ40X20mm弹性垫圈（上海福庆橡塑科技有限公司，φ40X20mm，内孔φ20），再在φ60孔上安装φ20锈钢平垫。把M20X80螺钉从任意一侧穿入孔内，拧上螺母，并拧紧，同时保证任意一个混凝土盖板与中间钢板之间的距离在1-3mm（螺钉，螺母和不锈钢垫片选购于河北鑫途紧固件制造有限公司）。

（5）涂玻璃胶。

用玻璃胶（石家庄威必特装饰材料有限公司，793 硅酮耐候密封胶）将前后盖板上安装螺钉组件的预留孔φ60一侧填满，刮去孔外多余的玻璃胶。

玻璃胶凝固1天后，钢板混凝土剪力墙施工完毕。

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为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种长寿命钢板混凝土剪力墙，其特征在于，包括边缘构件、角钢、弹性胶圈、混凝土钢板及螺钉组件等五个部分。

2.根据权利要求1所述的一种长寿命钢板混凝土剪力墙，其特征在于，螺钉组件把钢筋混凝土前盖板、中间钢板和钢筋混凝土后盖板固定在一起。

3.根据权利要求2所述的一种长寿命钢板混凝土剪力墙，其特征在于，先分别在钢筋混凝土前后盖板预制孔内装入弹性胶圈，然后在分别在钢筋混凝土前后盖板预制孔内放入平垫圈，接着螺钉穿过盖板上的预制孔，最后螺母拧到螺钉上，并拧紧。

4.根据权利要求3所述的一种长寿命钢板混凝土剪力墙，其特征在于，任意一个钢筋混凝土盖板与中间钢板之间的距离在1-3mm范围内。

5.根据权利要求1所述的一种长寿命钢板混凝土剪力墙，其特征在于，钢筋混凝土前后盖板板四个侧边与角钢均有100mm的间隙。

6.根据权利要求1所述的一种长寿命钢板混凝土剪力墙，其特征在于，混凝土钢板由钢筋混凝土前盖板，中间钢板和钢筋混凝土后盖板组成。

7.根据权利要求1所述的一种长寿命钢板混凝土剪力墙，其特征在于，螺钉安装到位之后，钢筋混凝土盖板上的预留孔φ60一侧用玻璃胶填满。

8.根据权利要求7所述的钢筋混凝土盖板，其特征在于，钢筋混凝土盖板上预留有安装孔，安装孔为台阶孔。

9.根据权利要求1所述的一种长寿命钢板混凝土剪力墙，其特征在于，钢板四个端部分别与8个角钢通过螺钉紧固件连接，角钢又通过螺钉紧固件与边缘构件连接。

10.一种制备权利要求1-9中任一项所述的一种长寿命钢板混凝土剪力墙的施工方案，包括下述步骤：

（1）框架的搭建。

第一垂直边缘构件的两端分别与第一水平边缘构件的左端及第二水平边缘构件的左端相连接，其中第一水平边缘构件的左端及第二水平边缘构件的左端与第一垂直边缘构件的左侧面平齐；第二垂直边缘构件的两端分别与第一水平边缘构件的右端及第二水平边缘构件的右端相连接，其中第一水平边缘构件的右端及第二水平边缘构件的右端与第二垂直边缘构件的右侧面平齐。上述构件的连接均采用对接熔透焊工艺连接。边缘构件选用240X240X2000的工字钢。

（2）钢板安装

①外边缘角钢的安装。通过螺钉将四个角钢固定在搭建好框架内框的外侧。

②钢板的安装。将钢板放入搭建好框架中间，并贴紧在已经安装好的四个角钢端面上。

③内边缘角钢的安装。通过螺钉将四个角钢固定在搭建好框架内框的外侧。

④钢板的固定。通过螺钉将外边缘角钢、钢板和内边缘角钢固定在一起。

（3）混凝土盖板的预制。

钢筋混凝土盖板的制备，用φ10的钢筋编制成170mmX120mm的矩形网格。

按照C25标准配备混凝土，在上步编制的钢筋网上浇筑混凝土得1700mmX1200mm钢筋混凝土盖板，同时预留横向间距为300mm，纵向间距为300mm预留台阶孔24个，大孔直径φ60，小孔直径φ40，台阶深30mm。干燥5天待用。

（4）混凝土盖板的安装。

将两块混凝土盖板分别放置在钢板两侧，保证盖板到上下左右四个角钢的距离为100mm。

在后盖板上预留孔的位置处，对盖板，钢板和后盖板三个部件上开孔位置进行钻配，保证前盖板，钢板和后盖板上孔的同心度，保证螺钉能顺利穿过前盖板，钢板和后盖板。

在前盖板φ40预留孔上安装弹性垫圈，再在φ60孔内安装平垫；在后盖板φ40孔内安装弹性垫圈，再在φ60孔内安装平垫。把螺钉从任意一侧穿入孔内，拧上螺母，并拧紧，同时保证任意一个混凝土盖板与中间钢板之间的距离在1-3mm。

（5）涂玻璃胶。

用玻璃胶将前后盖板上安装螺钉组件的预留孔φ60一侧填满，刮去孔外多余的玻璃胶。玻璃胶凝固1天后，一种长寿命钢板混凝土剪力墙施工完毕。