CN110210165B - 一种桁架式多腔体钢板组合剪力墙耐火极限计算方法 - Google Patents

一种桁架式多腔体钢板组合剪力墙耐火极限计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种桁架式多腔体钢板组合剪力墙耐火极限计算方法，所述的桁架式多腔体钢板组合剪力墙构件包括外侧双钢板与两端矩形钢管焊接而成的腔体，所述双钢板之间布置有平面钢筋桁架，所述矩形钢管和腔体内浇筑混凝土。本发明方法针对已知几何尺寸、材料强度和轴压力的桁架式多腔体钢板组合剪力墙构件，可分别计算出其在单面受火和双面受火两种工况下的耐火极限t m1和t m2，取两者较小值为桁架式多腔体钢板组合剪力墙构件的耐火极限t m。本发明提供一种计算桁架式多腔体钢板组合剪力墙耐火极限的计算方法，满足了剪力墙结构对抗火计算的要求。

Description

一种桁架式多腔体钢板组合剪力墙耐火极限计算方法
技术领域
本发明属于建筑结构抗火技术领域，具体涉及一种桁架式多腔体钢板组合剪力墙耐火极限计算方法。
背景技术
桁架式多腔体钢板组合剪力墙结构是一种新型的装配式剪力墙结构，通过内部设置钢筋桁架，既对两侧钢板产生约束，又可实现墙体内部混凝土的全贯通，便于浇筑，能够充分发挥钢与混凝土的协同工作能力以及各自的材料性能优势。然而在火灾高温作用下，钢材和混凝土的材料性能都会发生劣化，随着火灾的持续，桁架式多腔体钢板组合剪力墙的隔热作用将会丧失、甚至会发生倒塌，因此其耐火性能对保证火灾下结构的安全以及人民的生命财产至关重要。
目前我国《建筑钢结构防火技术规范》(GB 51249-2017)没尚未给出钢板组合剪力墙的抗火设计和验算方法。现有的钢板组合剪力墙抗火分析主要基于试验研究和有限元分析，这些方法的缺点是火灾试验费用昂贵，试件数量有限，而有限元分析则需采用专门的有限元软件进行模拟分析，对分析人员的专业知识储备和运算水平要求较高，不易于推广应用。另外，已有的相关简化计算公式的计算结果和试验结果相比偏差较大。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种桁架式多腔体钢板组合剪力墙耐火极限计算方法，过程简洁，易于计算。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种桁架式多腔体钢板组合剪力墙耐火极限计算方法，所述的桁架式多腔体钢板组合剪力墙包括外侧双钢板与两端方钢管焊接而成的长方形腔体，上方开口，双钢板之间布置有平面钢筋桁架，矩形钢管和腔体内浇筑混凝土。具体方法包括以下步骤：
1)计算单面受火工况下桁架式多腔体钢板组合剪力墙的耐火极限tm1；
11)确定墙体的厚度c；
12)基于所述步骤11)的数据，单面受火时墙体的耐火极限按下式计算：tm1＝-156.333+1.677c；
2)计算双面受火工况下桁架式多腔体钢板组合剪力墙的耐火极限tm2；
21)确定构件的几何尺寸、材料强度以及轴压力设计值N；
22)计算剪力墙截面的混凝土面积Ac和剪力墙截面的钢板总面积As；
23)基于所述步骤21)和22)的计算结果，按《钢板剪力墙技术规程》计算桁架式多腔体钢板组合剪力墙的轴压比
Figure BDA0002094559400000021
上述步骤中，n为轴压比；N为剪力墙的轴压力设计值(N)；fc为混凝土的轴心抗压强度设计值(N/mm2)；Ac为剪力墙截面的混凝土面积(mm2)；fy为钢材的屈服强度设计值(N/mm2)；As为剪力墙截面的钢板总面积(mm2)；
24)计算系数n′＝0.38n2-1.404n+1.259；
25)计算系数h0＝h/1000，c0＝c/100；
26)基于所述步骤25)的计算结果，计算系数h′＝-0.595h0 3+8.084h0 2-36.177h0+60.936，c′＝0.525c0 2+7.863c0-4.185；
27)基于所述步骤24)和26)的计算结果，双面受火时墙体的耐火极限按下式计算：tm2＝1.977×n′×h′×c′；
上述步骤中，tm2为耐火极限(min)；c为墙厚(mm)，不小于150mm；n为轴压比，不大于0.6；h为墙高(mm)，不大于6000mm。
3)基于所述步骤1)和2)的计算结果，桁架式多腔体钢板组合剪力墙的耐火极限按下式计算：tm＝min(tm1,tm2)。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种桁架式多腔体钢板组合剪力墙耐火极限计算方法，解决了桁架式多腔体钢板组合剪力墙的抗火计算问题，提供了无防火保护的墙体在单面受火及双面受火时的耐火极限计算方法，与现有的试验及有限元分析方法相比，过程简洁，易于计算。
附图说明
图1是桁架式多腔体钢板组合剪力墙构件耐火极限计算流程图。
图2是桁架式多腔体钢板组合剪力墙构件的平面图。
图3是桁架式多腔体钢板组合剪力墙构件的立面图。
附图标记列表：c—墙厚(mm)；b—墙宽(mm)；h—墙高(mm)；tw—钢板厚度(mm)；s—钢筋桁架间距(mm)；n—轴压比。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本发明的具体实施方式为：提供一种桁架式多腔体钢板组合剪力墙的耐火极限计算方法，具体步骤如下：
步骤一，计算单面受火工况下无防火保护的桁架式多腔体钢板组合剪力墙的耐火极限：该步骤中首先确定墙厚c；
然后根据式(1)计算单面受火时墙体的耐火极限。
tm1＝-156.333+1.677c (1)
步骤二，计算双面受火工况下无防火保护的桁架式多腔体钢板组合剪力墙的耐火极限：
该步骤中首先确定构件的几何尺寸(包括墙宽b、墙厚c、墙高h、钢板厚度tw、钢筋桁架间距s)、混凝土的材料强度fc、钢材的材料强度fy以及轴压力设计值N；
其次计算墙体截面的钢板总面积As(包括双钢板、矩形钢管和角钢的截面面积)，再计算墙体截面的混凝土面积Ac(将截面总面积A减去截面的钢板总面积As)；
然后按《钢板剪力墙技术规程》给出的公式(2)计算桁架式多腔体钢板组合剪力墙的轴压比：
Figure BDA0002094559400000031
式中，n为轴压比；N为墙体的轴压力设计值(N)；fc为混凝土的轴心抗压强度设计值(N/mm2)；Ac为墙体截面的混凝土面积(mm2)；fy为钢材的屈服强度设计值(N/mm2)；As为墙体截面的钢板总面积(mm2)；
根据《钢板剪力墙技术规程》，考虑地震作用的钢板组合剪力墙在重力荷载代表值作用下的轴压比不宜超过表1中的轴压比限值。
表1钢板组合剪力墙墙肢轴压比限值
Figure BDA0002094559400000032
之后根据式(3)计算系数n＇，
n′＝0.38n2-1.404n+1.259 (3)
根据式(4)计算系数h0和c0，
h0＝h/1000 (4)
c0＝c/100 (5)
根据式(6)和式(7)计算系数h＇和c＇，
h′＝-0.595h0 3+8.084h0 2-36.177h0+60.936 (6)
c′＝0.525c0 2+7.863c0-4.185 (7)
最后，根据式(8)计算双面受火时墙体的耐火极限，
tm2＝1.977×n′×h′×c′ (8)
上述计算中，tm2为耐火极限(min)；c为墙厚(mm)，不小于150mm；n为轴压比，不大于0.6；h为墙高(mm)，不大于6000mm。
步骤三，基于上述步骤一和二的计算结果，按式(9)计算桁架式多腔体钢板组合剪力墙的耐火极限，
tm＝min(tm1,tm2) (9)
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意改进所组成的技术方案。

Claims (1)

1.一种桁架式多腔体钢板组合剪力墙耐火极限计算方法，其特征在于：所述的桁架式多腔体钢板组合剪力墙包括外侧双钢板与两端方钢管焊接而成的长方形腔体，双钢板之间布置有平面钢筋桁架，矩形钢管和腔体内浇筑混凝土，具体计算方法包括以下步骤：
1)计算单面受火工况下桁架式多腔体钢板组合剪力墙的耐火极限tm1；
11)确定墙体的厚度c；
12)基于所述步骤11)的数据，单面受火时墙体的耐火极限按下式计算：
tm1＝-156.333+1.677c；
2)计算双面受火工况下桁架式多腔体钢板组合剪力墙的耐火极限tm2；
21)确定构件的几何尺寸、材料强度以及轴压力设计值N；
22)计算剪力墙截面的混凝土面积Ac和剪力墙截面的钢板总面积As；
23)基于所述步骤21)和22)的计算结果，计算桁架式多腔体钢板组合剪力墙的轴压比
Figure FDA0002094559390000011
上述步骤中，n为轴压比；N为剪力墙的轴压力设计值(N)；fc为混凝土的轴心抗压强度设计值(N/mm2)；Ac为剪力墙截面的混凝土面积(mm2)；fy为钢材的屈服强度设计值(N/mm2)；As为剪力墙截面的钢板总面积(mm2)；
24)计算系数n′＝0.38n2-1.404n+1.259；
25)计算系数h0＝h/1000，c0＝c/100；
26)基于所述步骤25)的计算结果，计算系数h′＝-0.595h0 3+8.084h0 2-36.177h0+60.936，c′＝0.525c0 2+7.863c0-4.185；
27)基于所述步骤24)和26)的计算结果，双面受火时墙体的耐火极限按下式计算：tm2＝1.977×n′×h′×c′；
上述步骤中，tm2为耐火极限(min)；c为墙厚(mm)，不小于150mm；n为轴压比，不大于0.6；h为墙高(mm)，不大于6000mm；
3)基于所述步骤1)和2)的计算结果，桁架式多腔体钢板组合剪力墙的耐火极限按下式计算：tm＝min(tm1，tm2)。
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