CN112962824A - 一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙及其施工方法 - Google Patents

一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙及其施工方法，所述剪力墙中钢柱之间固定第一横梁和第二横梁；第一横梁和第二横梁之间固定剪力墙，每个剪力墙中支撑板和肋板与横梁的下端面、上端面垂直，支撑板两侧与肋板接触，肋板与支撑板宽度方向垂直；肋板与钢柱留有间隙，剪力墙间隔设置，第一连接板的中心交叉接触后固定形成第一耗能构件，两端固定在钢柱和肋板之间，剪力墙通过第二连接板固定，第一横梁、支撑板、肋板和第二横梁由钢制成，第一连接板和第二连接板由低屈服点钢材制成。施工时根据需要将钢柱固定后将第一横梁和第二横梁固定在两个钢柱之间，向钢柱、横梁内浇灌再生混凝土，待再生混凝土形成需要的强度后完成后续的安装。

Description

一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑结构技术领域，具体为一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙及其施工方法。
背景技术
近年来，随着建筑业的迅速发展，建筑结构形式多种多样，然而目前的建筑结构存在一些问题。
目前的框架结构的节点应力集中显著，侧向刚度小，属柔性结构，强震作用下框架结构产生水平位移较大，易造成严重的结构性破坏。目前的钢筋混凝土剪力墙结构自重较大，且抗侧刚度较大，结构自振周期较短，延性较差，不利于抗震。此外，由于建筑物更新速度不断加快，大批城市老旧小区改造被拆除，产生了数量巨大的废弃混凝土，严重污染了生态环境和占据宝贵的土地资源。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙及其施工方法，提高了短肢钢板剪力墙的延性，增加耗能，耗能构件可更换，使整个结构更安全。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，包括钢柱、第一横梁、第一连接板、第二连接板、第二横梁和剪力墙；
所述的钢柱为两个，两个长度相同的钢柱平行且平齐设置，两个钢柱之间固定连接有第一横梁和第二横梁，第一横梁高于第二横梁，第一横梁和第二横梁的两端均与两个钢柱垂直；
所述的第一横梁和第二横梁之间固定连接有两个剪力墙，每个剪力墙包括若干个支撑板和若干个肋板，每个剪力墙中的每个支撑板和肋板的上端面均与第一横梁的下端面垂直固定连接，每个支撑板和肋板的下端面均与第二横梁的上端面垂直固定连接，支撑板的宽度方向与第一横梁的长度方向平行，支撑板的两侧均与肋板固定接触设置，每个肋板与支撑板的宽度方向垂直设置；
所述的每个剪力墙外侧的肋板均与两个钢柱留有间隙，两个剪力墙间隔设置，第一连接板为若干对，所有的第一连接板长度相同，每对第一连接板中第一连接板的中心位置交叉接触后固定形成第一耗能构件，每个第一耗能构件的两端固定在对应的钢柱和肋板之间，两个剪力墙通过若干个第二连接板固定连接，若干个第二连接板形成第二耗能构件；
所述的第一横梁、支撑板、肋板和第二横梁均由钢制成，第一连接板和第二连接板由低屈服点钢材制成。
优选的，所述的钢柱为空心结构，钢柱的横截面为方形，钢柱的内壁固定有第一加强筋和第二加强筋，第一加强筋和第二加强筋连接后组成十字型钢骨。
进一步，所述的第一横梁和第二横梁为槽钢。
进一步，所述第一横梁和第二横梁的两端设置有侧板，侧板沿第一横梁和第二横梁的外壁水平向外延伸设置，第一横梁和第二横梁通过侧板固定在两个钢柱之间。
进一步，所述的钢柱与第一横梁、第二横梁的连接处均设有开口，第二加强筋位于钢柱的开口处向外延伸设置形成第一连接板，第一横梁、第二横梁在第一连接板对应的位置设置有腹板，腹板与第一连接板固定连接。
进一步，所述第二横梁的上端向内回折后沿其宽度方向水平延伸设置，第二横梁的上端形成两个有间隙的端面，剪力墙中支撑板、肋板的上端面和下端面均固定有第二连接板，第二连接板与支撑板垂直设置，剪力墙的上端通过第二连接板固定在第一横梁的下方，剪力墙的下端通过第二连接板固定在第二横梁的两个端面上。
进一步，所述腹板的长度分别为第一横梁、第二横梁的三分之一到二分之一，腹板与第一连接板接触设置。
优选的，还包括成U型结构的端头，所述第一耗能构件的第一连接板的两端深入端头的开口处与端头固定设置，端头分别固定在对应的钢柱和肋板上。
优选的，所述的每个剪力墙远离第一连接板的一侧沿支撑板的长度方向延伸设置有第三连接板，若干个第二连接板固定在第三连接板上。
一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙的施工方法，基于上述任意一项所述的可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，包括如下步骤：
步骤1，先根据施工需要，将两个钢柱的位置固定，之后将第一横梁和第二横梁固定在两个钢柱之间，最后向两个钢柱、第一横梁和第二横梁内浇灌再生混凝土，待再生混凝土形成需要的强度；
步骤2，将两个剪力墙固定在第一横梁和第二横梁之间，使每个剪力墙外侧的肋板均与两个钢柱留有间隙，同时使两个剪力墙间隔设置；
步骤3，在对应的钢柱和肋板之间安装第一耗能构件，在两个剪力墙之间安装第二耗能构件，完成可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙的施工。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，首先将第一横梁和第二横梁固定在两个钢柱之间，形成短肢钢板剪力墙的框架，之后再进一步在第一横梁和第二横梁之间设计剪力墙，通过支撑板和肋板的组合，可以将两个剪力墙固定在第一横梁和第二横梁之间，同时保证能够承受特定的荷载，在对应的钢柱和肋板之间固定第一连接板，在两个剪力墙之间安装第二连接板，由于第一连接板和第二连接板由低屈服点钢材制成，第一横梁、支撑板、肋板和第二横梁均由钢制成，可使第一横梁和第二横梁、钢柱可形成钢与再生混凝土的组合构件，以便充分发挥再生混凝土受压与钢材受拉的力学性能，承载力高，且具有良好的延性，剪力墙之间，剪力墙与钢柱之间通过耗能构件联系在一起，提高了结构的延性，增加耗能，使整个结构更安全，一旦第一连接板和第二连接板发生破坏，可进行更换，第一连接板和第二连接板可在工厂提前预制，减少了现场施工的工作量。
进一步的，钢柱内延伸出的第一连接板与第一横梁、第二横梁中的腹板固定连接，可使钢柱与第一横梁、第二横梁的连接更可靠，达到共同工作的目的。
本发明一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙的施工方法，先根据施工需要将两个钢柱的位置固定，将第一横梁和第二横梁固定在两个钢柱之间，向两个钢柱、第一横梁和第二横梁内浇灌再生混凝土，待再生混凝土形成需要的强度，之后再安装两个剪力墙和第一耗能构件、第二耗能构件，完成可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙的施工，充分发挥了再生混凝土受压与钢材受拉的力学性能，承载力高，且具有良好的延性，剪力墙之间，剪力墙与钢柱之间通过耗能构件联系在一起，提高了结构的延性，增加耗能，使整个结构更安全，一旦第一连接板和第二连接板发生破坏，可进行更换。
附图说明
图1为本发明所述短肢钢板剪力墙的结构示意图；
图2为本发明所述短肢钢板剪力墙的正视图；
图3为图1中钢柱的一部分结构示意图；
图4为图1中第一横梁和第二横梁的结构示意图；
图5为图4的横截面示意图；
图6为图4的端面结构示意图；
图7为图1中钢板剪力墙的结构示意图；
图8为图1中第一耗能构件的结构示意图；
图9为图1中第二耗能构件的结构示意图。
图中，1-钢柱，2-第一加强筋，3-第一连接板，4-侧板，5-第一横梁，6-腹板，7-支撑板，8-第一连接板，9-第二连接板，10-肋板，11-第二连接板，12-端头，13-第二加强筋，14-第二横梁，15-第一通孔，16-第二通孔，17-第三通孔，18-第四通孔，19-第三连接板19。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，如图1和图2所示，包括钢柱1、第一横梁5、第一连接板8、第二连接板9、第二横梁14和钢板剪力墙。
钢柱1为两个，两个长度相同的钢柱1平行且平齐设置，两个钢柱1之间固定连接有第一横梁5和第二横梁14，第一横梁5高于第二横梁14，第一横梁5和第二横梁14的两端均与两个钢柱1垂直。
第一横梁5和第二横梁14之间固定连接有两个钢板剪力墙，如图7所示，每个钢板剪力墙包括若干个支撑板7和若干个肋板10，每个钢板剪力墙中的每个支撑板7和肋板10的上端面均与第一横梁5的下端面垂直固定连接，每个支撑板7和肋板10的下端面均与第二横梁14的上端面垂直固定连接，支撑板7的宽度方向与第一横梁5的长度方向平行，支撑板7的两侧均与肋板10固定接触设置，每个肋板10与支撑板7的宽度方向垂直设置。
每个钢板剪力墙外侧的肋板10均与两个钢柱1留有间隙，两个钢板剪力墙间隔设置，第一连接板8为若干对，所有的第一连接板8长度相同，如图8所示，每对第一连接板8中第一连接板8的中心位置交叉接触后固定形成第一耗能构件，每个第一耗能构件的两端固定在对应的钢柱1和肋板10之间，两个钢板剪力墙通过若干个第二连接板9固定连接，第二连接板9的结构如图9所示，若干个第二连接板9形成第二耗能构件。
第一横梁5、支撑板7、肋板10和第二横梁14均由钢制成，第一连接板8和第二连接板9由低屈服点钢材制成。
具体地，如图3所示，钢柱1为空心结构，钢柱1的横截面为方形，钢柱1的内壁固定有第一加强筋2和第二加强筋13，第一加强筋2和第二加强筋13连接后组成十字型钢骨。第一横梁5和第二横梁14为槽钢。
如图4、图5、图6所示，第一横梁5和第二横梁14的两端设置有侧板4，侧板4沿第一横梁5和第二横梁14的外壁水平向外延伸设置，第一横梁5和第二横梁14通过侧板4固定在两个钢柱1之间。
钢柱1与第一横梁5、第二横梁14的连接处均设有开口，第二加强筋13位于钢柱1的开口处向外延伸设置形成第一连接板3，第一横梁5、第二横梁14在第一连接板3对应的位置设置有腹板6，腹板6一般放在第一横梁5和第二横梁14底面的中部，通过焊接固定，腹板6与第一连接板3固定连接。腹板6的长度分别为第一横梁5、第二横梁14的三分之一到二分之一，腹板6与第一连接板3接触设置。
钢柱1开口的外侧设置有第一通孔15，侧板4上与第一通孔15相对应的位置上设置有第二通孔16，这样使用螺栓可穿过第一通孔15、第二通孔16，来将第一横梁5、第二横梁14与侧板4固定。
第二横梁14的上端向内回折后沿其宽度方向水平延伸设置，第二横梁14的上端形成两个有间隙的端面，剪力墙中支撑板7、肋板10的上端面和下端面均固定有第二连接板11，第二连接板11与支撑板7垂直设置，剪力墙的上端通过第二连接板11固定在第一横梁5的下方，剪力墙的下端通过第二连接板11固定在第二横梁14的两个端面上，第二连接板11通过第三通孔17和螺钉与第一横梁5、第二横梁14固定。
本发明还包括成U型结构的端头12，所述第一耗能构件的第一连接板8的两端深入端头12的开口处通过螺栓与端头12固定，端头12分别焊接在对应的钢柱1和肋板10上。
为了便于将两个剪力墙连接，每个钢板剪力墙远离第一连接板8的一侧沿支撑板7的长度方向延伸设置有第三连接板19，第三连接板19上开设有第四通孔18，若干个第二连接板9通过第四通孔18和螺栓固定在第三连接板19上。
以上各个部件的尺寸按短肢剪力墙的具体要求和施工需要可灵活进行相应的设计。
由于第二连接板9和第一连接板8均采用低屈服点钢材，具有优良的深冲性能和深拉延性能，当短肢钢板剪力墙在荷载作用下产生位移时，第二连接板9和第一连接板8先发生形变，从而吸收能量，达到耗能的目的，提高结构的安全性，并且这两种连接件与其他构件均通过螺栓连接，一旦连接件发生破坏，便于更换。
本发明所述再生混凝土亦可用天然骨料形成的混凝土。
本发明一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙的施工方法，包括以下步骤：
步骤1，先根据施工需要，将两个钢柱1的位置固定，之后将第一横梁5和第二横梁14固定在两个钢柱1之间，最后向两个钢柱1、第一横梁5和第二横梁14内浇灌再生混凝土，待再生混凝土形成需要的强度；
步骤2，将两个钢板剪力墙固定在第一横梁5和第二横梁14之间，使每个剪力墙外侧的肋板10均与两个钢柱1留有间隙，同时使两个钢板剪力墙间隔设置；
步骤3，在对应的钢柱1和肋板10之间安装第一耗能构件，在两个钢板剪力墙之间安装第二耗能构件，完成可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙的施工。
具体来说，先将两个钢柱1在需要的位置安装固定，再将第一横梁5和第二横梁14抬到合适的位置，使侧板4的第二通孔16与钢柱1上端的第一通孔15对应，且使第一连接板3与腹板6齐平，然后钢柱1与第一横梁5和第二横梁14通过高强螺栓连接，第一连接板3与腹板6之间放置盖板使用螺栓连接。
完成以上步骤，接下来可向第一横梁5和第二横梁14、两个钢柱1内浇灌再生混凝土，待混凝土达到一定强度后，进行后续安装。
之后将钢板剪力墙放置在第一横梁5和第二横梁14之间，调整位置，使钢板剪力墙的第二连接板11上的螺孔与第一横梁5翼板上预留的栓钉位置对应，之后使用螺栓使两者固定在一起。然后，两片剪力墙之间放置第二连接板9，使第三通孔17与第一横梁5和第二横梁上的通孔位置对应，使用螺栓进行连接。
最后，将第一连接板8两端的端头12先分别焊接在肋板10与钢柱1上，然后使用螺栓将它们连接在一起，将第二连接板9上的通孔与第四通孔18对应起来，使用螺栓将第二连接板9以一定的角度固定在第三连接板19上。

Claims (10)

1.一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，其特征在于，包括钢柱(1)、第一横梁(5)、第一连接板(8)、第二连接板(9)、第二横梁(14)和剪力墙；
所述的钢柱(1)为两个，两个长度相同的钢柱(1)平行且平齐设置，两个钢柱(1)之间固定连接有第一横梁(5)和第二横梁(14)，第一横梁(5)高于第二横梁(14)，第一横梁(5)和第二横梁(14)的两端均与两个钢柱(1)垂直；
所述的第一横梁(5)和第二横梁(14)之间固定连接有两个剪力墙，每个剪力墙包括若干个支撑板(7)和若干个肋板(10)，每个剪力墙中的每个支撑板(7)和肋板(10)的上端面均与第一横梁(5)的下端面垂直固定连接，每个支撑板(7)和肋板(10)的下端面均与第二横梁(14)的上端面垂直固定连接，支撑板(7)的宽度方向与第一横梁(5)的长度方向平行，支撑板(7)的两侧均与肋板(10)固定接触设置，每个肋板(10)与支撑板(7)的宽度方向垂直设置；
所述的每个剪力墙外侧的肋板(10)均与两个钢柱(1)留有间隙，两个剪力墙间隔设置，第一连接板(8)为若干对，所有的第一连接板(8)长度相同，每对第一连接板(8)中第一连接板(8)的中心位置交叉接触后固定形成第一耗能构件，每个第一耗能构件的两端固定在对应的钢柱(1)和肋板(10)之间，两个剪力墙通过若干个第二连接板(9)固定连接，若干个第二连接板(9)形成第二耗能构件；
所述的第一横梁(5)、支撑板(7)、肋板(10)和第二横梁(14)均由钢制成，第一连接板(8)和第二连接板(9)由低屈服点钢材制成。
2.根据权利要求1所述的可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，其特征在于，所述的钢柱(1)为空心结构，钢柱(1)的横截面为方形，钢柱(1)的内壁固定有第一加强筋(2)和第二加强筋(13)，第一加强筋(2)和第二加强筋(13)连接后组成十字型钢骨。
3.根据权利要求2所述的可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，其特征在于，所述的第一横梁(5)和第二横梁(14)为槽钢。
4.根据权利要求3所述的可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，其特征在于，所述第一横梁(5)和第二横梁(14)的两端设置有侧板(4)，侧板(4)沿第一横梁(5)和第二横梁(14)的外壁水平向外延伸设置，第一横梁(5)和第二横梁(14)通过侧板(4)固定在两个钢柱(1)之间。
5.根据权利要求3所述的可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，其特征在于，所述的钢柱(1)与第一横梁(5)、第二横梁(14)的连接处均设有开口，第二加强筋(13)位于钢柱(1)的开口处向外延伸设置形成第一连接板(3)，第一横梁(5)、第二横梁(14)在第一连接板(3)对应的位置设置有腹板(6)，腹板(6)与第一连接板(3)固定连接。
6.根据权利要求3所述的可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，其特征在于，所述第二横梁(14)的上端向内回折后沿其宽度方向水平延伸设置，第二横梁(14)的上端形成两个有间隙的端面，剪力墙中支撑板(7)、肋板(10)的上端面和下端面均固定有第二连接板(11)，第二连接板(11)与支撑板(7)垂直设置，剪力墙的上端通过第二连接板(11)固定在第一横梁(5)的下方，剪力墙的下端通过第二连接板(11)固定在第二横梁(14)的两个端面上。
7.根据权利要求5所述的可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，其特征在于，所述腹板(6)的长度分别为第一横梁(5)、第二横梁(14)的三分之一到二分之一，腹板(6)与第一连接板(3)接触设置。
8.根据权利要求1所述的可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，其特征在于，还包括成U型结构的端头(12)，所述第一耗能构件的第一连接板(8)的两端深入端头(12)的开口处与端头(12)固定设置，端头(12)分别固定在对应的钢柱(1)和肋板(10)上。
9.根据权利要求1所述的可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，其特征在于，所述的每个剪力墙远离第一连接板(8)的一侧沿支撑板(7)的长度方向延伸设置有第三连接板(19)，若干个第二连接板(9)固定在第三连接板(19)上。
10.一种可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙的施工方法，其特征在于，基于权利要求1～9中任意一项所述的可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙，包括如下步骤：
步骤1，先根据施工需要，将两个钢柱(1)的位置固定，之后将第一横梁(5)和第二横梁(14)固定在两个钢柱(1)之间，最后向两个钢柱(1)、第一横梁(5)和第二横梁(14)内浇灌再生混凝土，待再生混凝土形成需要的强度；
步骤2，将两个剪力墙固定在第一横梁(5)和第二横梁(14)之间，使每个剪力墙外侧的肋板(10)均与两个钢柱(1)留有间隙，同时使两个剪力墙间隔设置；
步骤3，在对应的钢柱(1)和肋板(10)之间安装第一耗能构件，在两个剪力墙之间安装第二耗能构件，完成可更换耗能构件的短肢钢板剪力墙的施工。
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