CN111042396A - 一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙，属于结构工程领域。该组合剪力墙由若干个钢板剪力墙单元一和钢板剪力墙单元二交叉焊接成型的双层钢板剪力墙和一体浇筑的混凝土组成。相邻钢板剪力墙单元中的波形腹板工字型钢构件沿外侧钢板长度方向交错布置，改变了墙整体的屈曲模式，使墙体的整体屈曲变为部分墙体的局部屈曲，有效提高了承载力。波形腹板可以做的高而薄，便于各区格间板件的弹性屈曲荷载相近，有效提升了钢板剪力墙的经济性。波形腹板受压不会失稳，有效保证了墙体受压时波形腹板工字型钢构件与外侧钢板的连接性能。钢板剪力墙单元横向布置，安装过程中从下到上依次焊接各剪力墙单元，降低了施工难度。

Description

一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪 力墙

技术领域

本专利涉及一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙，属于结构工程领域。

背景技术

随着经济水平、科技水平以及建筑水平的不断发展进步，我国建筑结构也呈现出越来越复杂的发展趋势，建筑高度与日俱增，高层以及超高层建筑在各大城市中都较为常见。随着建筑高度的日益增高，水平荷载逐渐取代竖向荷载成为高层建筑设计中的重要控制因素，传统抗侧力构件已经满足不了高层建筑对耗能能力和水平承载能力的需求。

钢板组合墙结构是上世纪70年代发展起来的新型抗侧力结构体系，并以其极高的承载能力、稳定的耗能能力和良好的延性，成为许多设计师青睐的结构。过去40多年来，关于钢板墙作为主要水平抗侧力体系的试验研究和数值分析揭示了其独特的表现，包括较大的弹性初始刚度、大变形能力和良好的塑性性能、稳定的滞回特性等。钢板墙已成为一种非常具有发展前景的高层抗侧力体系，尤其适用于高烈度地震区建筑。

双层钢板内填混凝土组合墙是钢板-混凝土组合墙中的一种。在这种组合墙中，混凝土处于核心位置，受到两面钢板的约束；同时，核心混凝土也会起到防止钢板过早屈曲的作用。从受力性能上讲，这种组合方式最能发挥两种材料的优点，具有很高的抗压承载力和抗剪承载力，尤其适用于高层及超高层建筑。

在此基础上，为了克服双层钢板组合墙容易发生面外屈曲的缺点，进一步增强双层钢板组合墙的承载能力与耗能能力，改善双层钢板组合墙的屈曲机制，实现钢结构住宅施工的装配化，同时基于提高剪力墙弹性剪切屈曲荷载以及其抗剪承载力的理念，本专利提出了一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙。

该双层钢板组合剪力墙结构将波形腹板工字型钢构件应用到墙体结构中，两个前后对称的外侧钢板通过波形腹板工字型钢构件紧密连接在一起，增强了结构的整体刚度，提高了墙体的抗剪和抗压能力，同时改善了墙体的屈曲机制，使得墙体从整体屈曲的形式转为局部屈曲。组合剪力墙单元的使用使整体墙的安装使用朝着装配式的方向发展，布置方式更为灵活、施工便捷且质量容易保证。

发明内容

本发明提出了一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙，属于结构工程领域。通过将两个前后对称的外侧钢板、若干个波形腹板工字型钢构件和若干根系杆焊接，形成两种钢板剪力墙单元；通过钢板剪力墙单元之间的焊接，形成纯钢板墙；最后在钢板间浇筑混凝土，形成横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术手段：

该组合剪力墙由若干个带波形腹板工字型钢构件的钢板剪力墙单元一和若干个带波形腹板工字型钢构件的钢板剪力墙单元二交叉焊接成型的双层钢板剪力墙和一体浇筑的混凝土组成。所述的钢板剪力墙单元一和钢板剪力墙单元二均由两个外侧钢板、若干个波形腹板工字型钢构件及若干系杆组成；钢板剪力墙单元中的波形腹板工字型钢构件翼缘分别与两个外侧钢板焊接，来拉结两个外侧钢板；将钢板剪力墙单元一和钢板剪力墙单元二交叉布置，通过焊接外侧钢板形成双层钢板剪力墙；双层钢板剪力墙焊接成型后，再浇筑混凝土，形成横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙。

波形腹板工字型钢构件应居中焊接于钢板剪力墙单元外侧钢板内，保证波形腹板工字型钢构件的中轴线与钢板剪力墙单元的外侧钢板的中轴线重合。钢板剪力墙单元之间的布置方式为钢板剪力墙单元一与钢板剪力墙单元二横向交叉布置，且钢板剪力墙单元之间的焊缝方向沿外侧钢板长度方向。

本专利的优点主要表现在以下几个方面：

1、在双层钢板剪力墙中，内部两层钢板之间的连接一直是较难解决的问题，本专利通过设置带波形腹板工字型钢构件的钢板剪力墙单元，有效保证了内部和边缘部分连接方式一致，在受力过程中不会出现由于连接的薄弱区导致的局部墙体破坏，有效提高了墙体的整体承载力。

2、在双层钢板剪力墙中创新性引入了波形腹板工字型钢构件，波形腹板工字型钢构件腹板与外侧钢板直接参与剪力墙抗侧，同时，波形腹板工字型钢构件翼缘对外侧钢板起到明显拉结作用，有效提升了外侧钢板弹性剪切屈曲荷载以及其抗剪承载力；故设计时波形腹板工字型钢构件的腹板宽度也可显著大于波形腹板工字型钢构件的水平间距，便于各区格间板件的弹性屈曲荷载相近，有效提升了钢板剪力墙的经济性。此外，在钢板剪力墙单元中上下波形腹板工字型钢构件之间，除了用外侧钢板连接之外，还设置了若干斜向布置的系杆连接，以此组成稳定的桁架型钢板剪力墙单元，避免在钢板剪力墙在受压过程中内部构件连接处的失效，也正是由于波形腹板工字型钢构件、系杆、钢板与混凝土的接触面更大，才能更有效的加强钢板与混凝土之间的粘结作用，提升组合剪力墙的整体性。

3、相邻钢板剪力墙单元中的波形腹板工字型钢构件沿外侧钢板长度方向交错布置，改善了墙体的屈曲机制，相邻墙体单元之间的屈曲部位相互错开，不在同一条竖直线上，使墙体从整体屈曲变为部分墙体单元的局部屈曲，降低了墙体发生整体失稳的可能性，同时增强了墙体的整体承载力。同时，钢板剪力墙单元横向布置，安装过程中从下到上依次焊接各剪力墙单元，降低了施工难度。

4、作为连接构件，由于波形腹板无法传递轴向力的特点，波形腹板工字型钢构件中的波形腹板在墙体受力过程中只承受侧向力，基本不承受竖向力，相较于平腹板，波形腹板受压不会发生失稳，有效保证了墙体受压时波形腹板与翼缘的连接性能，波形腹板有效拉结翼缘，增强了翼缘的稳定性，进而保证了波形腹板工字型钢构件与外侧钢板的连接性能，结构的整体稳定性显著提高；波形腹板的抗剪屈曲能力高于平腹板，采用波形腹板工字型钢构件提高了墙体的整体抗剪能力，波形腹板对翼缘提供了更好的支撑，进而增强了外侧钢板的稳定性；同时，由于波形腹板的平面外弯曲刚度高于平腹板，波形腹板可以做的高且薄，故剪力墙单元宽度较大，可有效降低剪力墙单元数量和焊接工作量。

5、外侧钢板和内部的波形腹板工字型钢构件相互作用，提高了墙体的整体承载力。一方面，在承受压力或承受剪力的过程中，两个外侧钢板容易发生单波屈曲失稳，通过波形腹板工字型钢构件拉结两个外侧钢板，可以限制钢板向外侧的鼓曲变形或向内侧的屈曲变形。另一方面，波形腹板工字型钢构件也可以充当核心受力构件，外侧钢板起到连接各波形腹板工字型钢构件的作用，组成多重受弯抗侧力构件，达到类似在墙体中埋钢骨的效果，提高墙体的抗侧承载力和抗压承载力。另外，通过混凝土的作用，可以同时抑制外侧钢板向内侧的屈曲变形；另一方面，外侧钢板可以抑制混凝土裂缝的开展，进一步提高墙体承载力。

6、一体化浇筑的混凝土能提高钢板组合墙的受压和受剪承载力，内填混凝土为外围钢板提供了横向支撑，能约束外侧钢板的屈曲变形，同时，外围钢板为内填混凝土提供了侧向约束，使其处于双向受压状态，提高了混凝土的抗压能力，减缓了混凝土裂缝的开展。双层钢板可以作为混凝土的模板，省去了支模的程序，加快了施工工期，由于混凝土被钢板约束住，即使被压碎也不会有掉落的危险。

7、新型钢板剪力墙布置方式更为灵活，由于墙体的面积较大，传统的钢板墙使用钢板尺寸较大，不管是运输还是安装都存在很多不便。在本专利中使用钢板剪力墙单元的形式在现场进行拼接成整体墙体，可以满足不同尺寸和形式的要求。

8、本专利在施工过程中有很大一部分工作可以在工厂内完成，极大的缩短了施工工期，有效的避免了现场施工中可能出现的失误，同时还减轻了施工现场的环境污染。

附图说明

图1为一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙的拆分图；

图2为一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙的三维图；

图3为一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙的剖视图；

图4为一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙的纯钢板部分剖视图；

图5为一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙的波形腹板工字型钢构件位置详图；

图6为波形腹板工字型钢构件的波折形式图；

图7为一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙的墙体布置图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本专利的实施方式。

如图1～7所示，一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙包括以下构件。

1——钢板剪力墙单元1；

2——钢板剪力墙单元2；

3——外侧钢板；

4——波形腹板工字型钢构件；

5——混凝土；

6——系杆。

如图1～5所示，该组合剪力墙由若干个钢板剪力墙单元一(1)和若干个钢板剪力墙单元二(2)交叉焊接成型的双层钢板剪力墙和一体浇筑的混凝土组成。所述的钢板剪力墙单元一(1)和钢板剪力墙单元二(2)由两个外侧钢板(3)、若干个波形腹板工字型钢构件(4)及若干系杆(6)组成；钢板剪力墙单元中的波形腹板工字型钢构件(4)翼缘分别与两个外侧钢板(3)焊接，来拉结两个外侧钢板，波形腹板工字型钢构件(4)与外侧钢板(3)焊接时应保证居中位置；系杆(6)两端分别焊接在相邻两个波形腹板工字型钢构件同侧翼缘与外侧钢板接触位置处，系杆(6)斜向布置，工字型钢构件两侧翼缘均焊接系杆；钢板剪力墙单元之间的连接是将相对应的两个外侧钢板(3)焊接。钢板剪力墙单元之间的布置方式为钢板剪力墙单元一(1)与钢板剪力墙单元二(2)交叉布置，且钢板剪力墙单元之间的焊缝方向沿外侧钢板长度方向。

如图6、7所示，波形腹板工字型钢构件的波形种类为直角波折钢板、梯形波折钢板、三角波折钢板或正弦波浪钢板，该组合剪力墙的布置形式为L型、T型、Z型或十字型。

本发明符合当前向装配式建筑发展的趋势，以钢板剪力墙单元为单位在工厂进行加工制作。此外，本发明不限于本实例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙，其特征在于：该组合剪力墙由若干个带波形腹板工字型钢构件钢板剪力墙单元一和若干个带波形腹板工字型钢构件的钢板剪力墙单元二交叉焊接成型的双层钢板剪力墙和一体浇筑的混凝土组成；所述的钢板剪力墙单元一和钢板剪力墙单元二均由两个外侧钢板、若干个波形腹板工字型钢构件及若干系杆组成；钢板剪力墙单元中的波形腹板工字型钢构件翼缘分别与两个外侧钢板焊接，来拉结两个外侧钢板，波形腹板工字型钢构件应居中焊接于钢板剪力墙单元中的外侧钢板上，保证波形腹板工字型钢构件的中轴线与外侧钢板的中轴线重合，单个钢板剪力墙单元中的波形腹板工字型钢构件沿外侧钢板长度方向等距且对称布置，相邻两个钢板剪力墙单元中的波形腹板工字型钢构件沿外侧钢板长度方向交错布置；系杆两端分别焊接在相邻两个波形腹板工字型钢构件的同侧翼缘与外侧钢板接触位置处，系杆斜向布置，工字型钢构件两侧翼缘均焊接系杆；将钢板剪力墙单元一和钢板剪力墙单元二交叉布置，通过焊接外侧钢板形成双层钢板剪力墙；钢板剪力墙单元一和钢板剪力墙单元二之间的焊缝方向沿外侧钢板长度方向；双层钢板剪力墙焊接成型后，再浇筑混凝土，形成横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙。

2.根据权利要求1所述的一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙，其特征在于：两种钢板剪力墙单元交叉焊接是指钢板剪力墙单元之间按“钢板剪力墙单元一→钢板剪力墙单元二→钢板剪力墙单元一”顺序布置，依次焊接。

3.根据权利要求1所述的一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙，其特征在于：相邻两个钢板剪力墙单元中的波形腹板工字型钢构件沿外侧钢板长度方向交错布置，假设沿外侧钢板长度方向相邻波形腹板工字型钢构件的形心距离为a，外侧钢板宽度为b，钢板剪力墙单元宽度方向为x方向，长度方向为y方向，钢板剪力墙单元一中的任一波形腹板工字型钢构件的形心坐标为(x₀，y₀)，则钢板剪力墙单元二中与其相邻的四个波形腹板工字型钢构件的形心坐标分别为(x₀-a/2，y₀+b)、(x₀-a/2，y₀-b)、(x₀+a/2，y₀+b)和(x₀+a/2，y₀-b)。

4.根据权利要求1所述的一种横向交错布置波形腹板工字型钢构件的双层钢板组合剪力墙，其特征在于：波形腹板工字型钢构件的波形种类为直角波折钢板、梯形波折钢板、三角波折钢板或正弦波浪钢板，该组合剪力墙的布置形式为L型、T型、Z型或十字型。

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