CN113123491A - 一种剪力墙框架和剪力墙 - Google Patents

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Abstract

一种剪力墙框架，其特征在于，包括：波形板、边框和剪力件，波形板设置在边框内周且波形板边沿均与边框连接；波形板任一面均具有交替排列的凹部和凸部；多个剪力件分布在波形板的两侧，各剪力件与波形板连接并设置在不同的凹部中。由波形板和边框构成剪力墙框架的主体结构，当剪力墙受到振动时，波形板的表面与垂直于其中心面的振动斜相交，由波峰首先遭遇振动力，波形板的波峰垂直于波形板的中心面的振动力斜交角度小，提高了剪力墙的承载力。

Description

一种剪力墙框架和剪力墙
技术领域
本发明涉及土木结构工程领域，尤其涉及一种剪力墙框架和剪力墙。
背景技术
剪力墙是一种常用于高层结构中的重要抗侧力构件，按构造方式可以分为钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙和钢板混凝土组合剪力墙，其中，钢筋混凝土剪力墙最为常见，但是其尺寸大、自重较重，在地震荷载作用下会过早的发生破坏。钢板剪力墙尺寸小、自重轻且具有较高的承载力，但墙身厚度薄，容易发生失稳破坏，且钢结构暴露在环境中，容易生锈、腐蚀，耐久性不好。部分包裹组合剪力墙(PEC)在钢板剪力墙的基础上，钢板两侧填充混凝土，能防止钢板过早失稳破坏，且能与钢板协同受力，改善单种材料的不足，更好地发挥出材料的各自优势。混凝土板作为钢板的隔热保护层，且有效限制钢板的平面外失稳。
但是，现有的钢板混凝土组合剪力墙，结构很简单，其性能有待进一步提高。
发明内容
为了解决上述现有技术中钢板混凝土组合剪力墙结构简单，难以发挥组合优势的缺陷，本发明提出了一种剪力墙框架和剪力墙。
本发明的目的之一采用以下技术方案：
一种剪力墙框架，其特征在于，包括：波形板、边框和剪力件，波形板设置在边框内周且波形板边沿均与边框连接；波形板任一面均具有交替排列的凹部和凸部；多个剪力件分布在波形板的两侧，各剪力件与波形板连接并设置在不同的凹部中。
优选的，所述剪力件包括连接部和受力部，受力部设置在连接部上，连接部与波形板连接；受力部平行于波形板的中心面设置，且受力部背离波形板的一侧设置为平行于波形板的中心面的平面；所述波形板的中心面为波形板两侧波峰面的中间平面。
优选的，连接部为由第一连接板和第二连接板构成的L型件，第一连接板与波形板连接，受力部设置在第二连接板上，且第二连接板垂直于波形板的中心面。
优选的，还包括拉结筋，各拉结筋与边框连接并设置在波形板不同的凹部中；
波形板的凹部中均设有剪力件或者拉结筋；且位于波形板同一侧，剪力件和拉结筋交替分布。
优选的，所述边框为由顶板、底板、第一约束部和第二约束部组成的框体，第一约束部和第二约束部相对设置，第一约束部的顶端和第二约束部的顶端通过顶板连接，第一约束部的底端和第二约束部的底端通过底板连接；
第一约束部的上下两端和第二约束部的上下两端均形成减震空间，减震空间中设有阻尼部。
优选的，第一约束部和第二约束部均为H型板，且第一约束部的腹板和第二约束部的腹板均与波形板的中心面平行或共面；各阻尼部均包含两个分别设置在H型板的腹板两面并位于H型板两个翼缘板之间的阻尼器。
优选的，所述阻尼器包括支撑板和多个相互平行的设置在支撑板上的减震板；所述支撑板与H型板连接，且支撑板同时垂直于H型板的腹板和翼缘板，所述减震板平行于H型板的腹板，且所述减震板背离波形板的一侧设有弧形缺口。
优选的，第一约束部朝向波形板的一面设有第一减震缓冲层，第二约束部朝向波形板的一面设有第二减震缓冲层；波形板在竖直方向上的一条棱边穿过第一减震缓冲层以连接第一约束部，波形板在竖直方向上的另一条棱边穿过第二减震缓冲层以连接第二约束部。
优选的，所述波形板为波浪板。
本发明的目的之二采用以下技术方案：
一种剪力墙，采用上述的剪力墙框架；该剪力墙的制造方法包括以下步骤：
S1、在波形板的中心面处于水平方向的状态下，向所述剪力墙框架中开口朝上的腔室中填充浇筑材料以淹没波形板和剪力件，并静置定型；
S2、将所述剪力墙框架翻面，然后重复步骤S1；
所述剪力墙还包括贴附在浇筑材料上的第一保护层和第二保护层，第一保护层和第二保护层设置在所述边框相对两侧，且第一保护层、第二保护层和边框配合形成封装浇筑材料的闭合空间。
本发明的优点在于：
(1)由波形板和边框构成剪力墙框架的主体结构，当剪力墙受到振动时，波形板的表面与垂直于其中心面的振动斜相交，尤其是当波形板采用波浪板时，由波峰首先遭遇振动力，波形板的波峰垂直于波形板的中心面的振动力斜交角度小，提高了剪力墙的承载力。同时，由于波形板的延展性优于一字型钢板等结构，波形板的展开面积更大，实现了更好的刚度和承载力。
(2)通过剪力件的设置，起到了剪力键的作用，有利于对剪力墙上浇筑的混凝土进行拉结，使得混凝土受到波形板和剪力件的共同约束，有利于提高剪力墙的极限强度。
(3)本发明中给出的剪力件结构，增加了剪力件对剪力墙受到的振动力的承载面积，并对波形板进行支撑，约束波形板的平面外屈伸即约束波形板平面延展，提高波形板的结构稳定性。
(4)通过剪力件的设置，起到了剪力键的作用，有利于对剪力墙上浇筑的混凝土进行拉结，使得混凝土受到波形板和剪力件的共同约束，有利于提高剪力墙的极限强度。
(5)边框对波形板进行约束的同时，通过阻尼部的设置进一步实现了耗能能力，使得该剪力墙框架结构更稳定。阻尼部的减震板背离波形板的一侧设有弧形缺口。如此，使得减震板为弯曲状，能够进一步提高阻尼器(5)疏散地震能量的作用，使得阻尼器(5)具有一定的自复位能力。
(6)通过H型板和阻尼器(5)的设置，使得剪力墙框架具有良好的对称性，可对任一面受到的振动进行高效耗能，使得剪力墙的应用环境更加广泛。
(7)第一减震缓冲层和第二减震缓冲层的设置，可在剪力墙受到振动时，分担水平方向的荷载，提高剪力墙的承载力，并提高波形板的抗侧刚度。
(8)本发明提供的剪力墙，通过H型板、拉结筋、波形板和混凝土的组合，对剪力墙的结构进行优化，改善了单一结构或单一材料的剪力墙的不足。混凝土为剪力墙框架的稳定性提供保障，使得剪力墙框架的强度充分发挥，混凝土受到剪力墙框架的约束，进一步增加了强度。同时，混凝土包裹波形板、剪力件和拉结筋，混凝土作为隔热保护层，增强了被包裹的钢结构的耐火性能，减少钢结构锈蚀、腐蚀的风险，剪力墙整体耐久性大大提高。
附图说明
图1为剪力墙板浇筑示意图；
图2为波形板、第一约束部和第二约束部组装结构图；
图3为剪力墙框架去顶板俯视图；
图3(a)为波形板的中心面示意图；
图4为图3的放大图；
图5为剪力墙去顶板俯视图；
图6为剪力墙框架去顶板、底板后的立体图；
图7为剪力件结构图；
图8为H型钢结构图；
图9为阻尼器结构图。
图示：波形板1、
边框2、顶板21、底板22、第一约束部23、第二约束部24、第一减震缓冲层25、第二减震缓冲层26；
剪力件3、连接部31、第一连接板311、第二连接板312、受力部32；
拉结筋4；
阻尼器5、支撑板51、减震板52；
腹板a1、翼缘板a2；
浇筑材料A。
具体实施方式
名词解释：
波形板1的中心面为波形板1两侧波峰面的中间平面，波形板1两侧波峰面如图3中P1所示，波形板1的中心面如图3中P0所示；具体的，中心面P0至两侧波峰面P1的位置相等，且中心面P0与波峰面P1相互平行。
剪力墙框架
本实施方式提出的一种剪力墙框架，包括：波形板1、边框2和剪力件3，波形板1设置在边框2内周且波形板1边沿均与边框2连接。
波形板1任一面均具有交替排列的凹部和凸部。多个剪力件3分布在波形板1的两侧，各剪力件3与波形板1连接并设置在不同的凹部中。
所述波形板1为波浪板或者波折板。
本实施方式中，由波形板1和边框2构成剪力墙框架的主体结构，当剪力墙受到振动时，波形板1的表面与垂直于其中心面的振动斜相交，尤其是当波形板1采用波浪板时，由波峰首先遭遇振动力，波形板1的波峰垂直于波形板1的中心面的振动力斜交角度小，提高了剪力墙的承载力。同时，由于波形板1的延展性优于一字型钢板等结构，波形板1的展开面积更大，实现了更好的刚度和承载力。
本实施方式中的剪力墙框架，还包括拉结筋4，各拉结筋4与边框2连接并设置在波形板1不同的凹部中。具体的，波形板1的凹部中均设有剪力件3或者拉结筋4；且位于波形板1同一侧，剪力件3和拉结筋4交替分布。通过剪力件3的设置，起到了剪力键的作用，有利于对剪力墙上浇筑的混凝土进行拉结，使得混凝土受到波形板1和剪力件3的共同约束，有利于提高剪力墙的极限强度。
同时，本实施方式中，通过拉结筋4的设置对剪力墙框架施加预压力，可防止剪力墙的混凝土过早开裂，从而提高剪力墙的整体性能。且在剪力墙框架变形时刻通过拉结筋4即预应力筋进行形变恢复，提高剪力墙的抗变形能力。
剪力件
本实施方式中，所述剪力件3包括连接部31和受力部32，受力部32设置在连接部31上，连接部31与波形板1连接。受力部32平行于波形板1的中心面设置，且受力部32背离波形板1的一侧设置为平行于波形板1的中心面的平面，以增加剪力件3对剪力墙受到的振动力的承载面积，并对波形板1进行支撑，约束波形板1的平面外屈伸即约束波形板1平面延展，提高波形板1的结构稳定性。
本实施方式找那个，连接部31为由第一连接板311和第二连接板312构成的L型件，第一连接板311与波形板1连接，受力部32设置在第二连接板312上，且第二连接板312垂直于波形板1的中心面，以提高剪力件3对波形板1的支撑强度。
具体实施时，第一连接板311、第二连接板312和受力部32一体成型，第一连接部31与波形板1螺钉连接或者焊接。具体的，剪力件3可采用U型板结构或者Z型板结构。
边框
本实施方式中，所述边框2为由顶板21、底板22、第一约束部23和第二约束部24组成的框体，第一约束部23和第二约束部24相对设置，第一约束部23的顶端和第二约束部24的顶端通过顶板21连接，第一约束部23的底端和第二约束部24的底端通过底板22连接；
第一约束部23的上下两端和第二约束部24的上下两端均形成减震空间，减震空间中设有阻尼部。
如此，边框2对波形板1进行约束的同时，通过阻尼部的设置进一步实现了耗能能力，使得该剪力墙框架结构更稳定。
具体实施时，第一约束部23和第二约束部24相互平行，以实现该剪力墙框架两侧对称布置，提高整体的刚度，并缓和墙体边沿位置的应力集中。
本实施方式中，第一约束部23朝向波形板1的一面设有第一减震缓冲层25，第二约束部24朝向波形板1的一面设有第二减震缓冲层26；波形板1与第一约束部23连接的棱边穿过第一减震缓冲层，波形板1与第二约束部24连接的棱边穿过第二减震缓冲层。
第一减震缓冲层25和第二减震缓冲层26的设置，可在剪力墙受到振动时，分担水平方向的荷载，提高剪力墙的承载力，并提高波形板1的抗侧刚度。
约束部
本实施方式中，第一约束部23和第二约束部24均为H型板，且第一约束部23的腹板a1和第二约束部24的腹板a1均与波形板1的中心面平行或共面。各阻尼部均包含两个设置在H型板的腹板a1相对两面并位于H型板两个翼缘板a2之间的阻尼器5。
如此，通过H型板和阻尼器5的设置，使得剪力墙框架具有良好的对称性，可对任一面受到的振动进行高效耗能，使得剪力墙的应用环境更加广泛。
本实施方式中，所述阻尼器5包括支撑板51和多个相互平行的设置在支撑板51上的减震板52。所述支撑板51与H型板连接，且支撑板51同时垂直于H型板的腹板a1和翼缘板a2，所述减震板52平行于H型板的腹板a1，且所述减震板52背离波形板1的一侧设有弧形缺口，使得减震板52为弯曲状，能够进一步提高阻尼器5疏散地震能量的作用，使得阻尼器5具有一定的自复位能力。
具体的，本实施方式中，阻尼器5采用SMA形状记忆合金，SMA形状记忆合金具有超弹性和阻尼特性，具有抗疲劳，耐腐蚀性强，可恢复性强和性能稳定的优点。阻尼器5采用SMA形状记忆合金，能够有效的疏散地震向子楼层输入的能量；在经历了很大的变形后，当应力卸载时，通过马氏体逆向变形最终可以回复到原始状态。
剪力墙
本实施方式中提出一种剪力墙，采用上述的剪力墙框架；该剪力墙的制造方法包括以下步骤。
S1、在波形板1的中心面处于水平方向的状态下，向所述剪力墙框架中开口朝上的腔室中填充浇筑材料A以淹没波形板1和剪力件3，并静置定型。
结合上述剪力墙框架的进一步实施方式，本实施方式方式中的剪力墙在具体实施时，向所述剪力墙框架中开口朝上的腔室中填充浇筑材料A还应该淹没拉结筋4和阻尼器5。
本实施方式中，浇筑材料A采用混凝土例如泡沫混凝土。
S2、将所述剪力墙框架翻面，然后重复步骤S1。
所述剪力墙还包括贴附在浇筑材料A上的第一保护层和第二保护层，第一保护层和第二保护层设置在所述边框2相对两侧，且第一保护层、第二保护层和边框2配合形成封装浇筑材料A的闭合空间。第一保护层和第二保护层可对浇筑材料A进行保护，防止磨损刮花等。第一保护层和第二保护层可具体采用FRP材料(Fibre Reinforced Polymer/Plastic，纤维增强复合材料)。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种剪力墙框架，其特征在于，包括：波形板(1)、边框(2)和剪力件(3)，波形板(1)设置在边框(2)内周且波形板(1)边沿均与边框(2)连接；波形板(1)任一面均具有交替排列的凹部和凸部；多个剪力件(3)分布在波形板(1)的两侧，各剪力件(3)与波形板(1)连接并设置在不同的凹部中。
2.如权利要求1所述的剪力墙框架，其特征在于，所述剪力件(3)包括连接部(31)和受力部(32)，受力部(32)设置在连接部(31)上，连接部(31)与波形板(1)连接；受力部(32)平行于波形板(1)的中心面设置，且受力部(32)背离波形板(1)的一侧设置为平行于波形板(1)的中心面的平面；所述波形板(1)的中心面为波形板(1)两侧波峰面的中间平面。
3.如权利要求2所述的剪力墙框架，其特征在于，连接部(31)为由第一连接板(311)和第二连接板(312)构成的L型件，第一连接板(311)与波形板(1)连接，受力部(32)设置在第二连接板(312)上，且第二连接板(312)垂直于波形板(1)的中心面。
4.如权利要求1所述的剪力墙框架，其特征在于，还包括拉结筋(4)，各拉结筋(4)与边框(2)连接并设置在波形板(1)不同的凹部中；
波形板(1)的凹部中均设有剪力件(3)或者拉结筋(4)；且位于波形板(1)同一侧，剪力件(3)和拉结筋(4)交替分布。
5.如权利要求1所述的剪力墙框架，其特征在于，所述边框(2)为由顶板(21)、底板(22)、第一约束部(23)和第二约束部(24)组成的框体，第一约束部(23)和第二约束部(24)相对设置，第一约束部(23)的顶端和第二约束部(24)的顶端通过顶板(21)连接，第一约束部(23)的底端和第二约束部(24)的底端通过底板(22)连接；
第一约束部(23)的上下两端和第二约束部(24)的上下两端均形成减震空间，减震空间中设有阻尼部。
6.如权利要求5所述的剪力墙框架，其特征在于，第一约束部(23)和第二约束部(24)均为H型板，且第一约束部(23)的腹板(a1)和第二约束部(24)的腹板(a1)均与波形板(1)的中心面平行或共面；各阻尼部均包含两个分别设置在H型板的腹板(a1)两面并位于H型板两个翼缘板(a2)之间的阻尼器(5)。
7.如权利要求6所述的剪力墙框架，其特征在于，所述阻尼器(5)包括支撑板(51)和多个相互平行的设置在支撑板(51)上的减震板(52)；所述支撑板(51)与H型板连接，且支撑板(51)同时垂直于H型板的腹板(a1)和翼缘板(a2)，所述减震板(52)平行于H型板的腹板(a1)，且所述减震板(52)背离波形板(1)的一侧设有弧形缺口。
8.如权利要求5所述的剪力墙框架，其特征在于，第一约束部(23)朝向波形板(1)的一面设有第一减震缓冲层(25)，第二约束部(24)朝向波形板(1)的一面设有第二减震缓冲层(26)；波形板(1)在竖直方向上的一条棱边穿过第一减震缓冲层(25)以连接第一约束部(23)，波形板(1)在竖直方向上的另一条穿过第二减震缓冲层以连接第二约束部(24)。
9.如权利要求1所述的剪力墙框架，其特征在于，所述波形板(1)为波浪板。
10.一种剪力墙，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的剪力墙框架；该剪力墙的制造方法包括以下步骤：
S1、在波形板(1)的中心面处于水平方向的状态下，向所述剪力墙框架中开口朝上的腔室中填充浇筑材料(A)以淹没波形板(1)和剪力件(3)，并静置定型；
S2、将所述剪力墙框架翻面，然后重复步骤S1；
所述剪力墙还包括贴附在浇筑材料(A)上的第一保护层和第二保护层，第一保护层和第二保护层设置在所述边框(2)相对两侧，且第一保护层、第二保护层和边框(2)配合形成封装浇筑材料(A)的闭合空间。
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