CN113718997A - 一种模块化装配式双钢板剪力墙 - Google Patents

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刘澜涛
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Abstract

本发明涉及一种模块化装配式双钢板剪力墙，属于结构工程领域。该双钢板剪力墙由两个边缘柱和一个整体式钢板剪力墙单元焊接形成。本发明基于提高剪力墙弹性剪切屈曲荷载及其抗剪承载力的理念，通过设置内加劲单元对外侧钢板进行屈曲约束，提高了双钢板剪力墙的承载能力与面外刚度。本发明中内加劲单元的加工和双钢板剪力墙的组装均可采用成熟的工艺，加工难度较传统双钢板剪力墙大大减小。

Description

一种模块化装配式双钢板剪力墙
技术领域
本专利涉及一种模块化装配式双钢板剪力墙，属于结构工程领域。
背景技术
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。钢板剪力墙结构是上世纪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。
但是钢板剪力墙由于高厚比或宽厚比较大易发生面外局部屈曲，影响其承载能力。钢板剪力墙在受剪时会形成对角的拉应力带，导致与其角部连接的柱承受附加轴力和弯矩作用，从而成为薄弱部位。因此，相关研究发现设置双层钢板可以有效降低轴压比，控制剪力墙厚度，避免使用超厚钢板，使得墙体具有较高的抗侧刚度、极限承载力、良好的延性和耗能能力，具有广阔的应用前景。
目前已有的双钢板剪力墙有使用加劲板作为连接构件的，有使用平面钢筋桁架作为连接构件拉结两个外侧钢板的。以上两种双钢板剪力墙需要在两个整片外侧钢板上焊接连接构件，加工十分困难。
为了解决以上几类双钢板剪力墙存在的缺陷，本专利基于提高双钢板剪力墙弹性剪切屈曲荷载及其抗剪承载力的理念，提出了一种模块化装配式双钢板剪力墙。该双钢板剪力墙采用内加劲单元作为连接构件，通过螺栓连接、焊接和钢板之间的相互作用对外侧钢板产生点状、线状、面状的约束作用，很好的控制了外侧钢板的屈曲变形。同时外侧钢板与内加劲单元之间只需常规焊接较少焊缝即可实现双钢板剪力墙的加工，极大地减小了该构件的加工难度。
发明内容
本发明提出的一种模块化装配式双钢板剪力墙，属于结构工程领域。旨在改善现有的几类双层钢板剪力墙中连接构件对外侧钢板的屈曲约束效果，提升双钢板剪力墙的性能，以及解决双钢板剪力墙加工制作难度大的问题，达到减小双钢板剪力墙的加工难度，降低人工费、机械费，及易于装配的目标。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术手段：
一种模块化装配式双钢板剪力墙，其特征在于：该双层钢板剪力墙由两个边缘柱和一个整体式钢板剪力墙单元组成；所述的整体式钢板剪力墙单元由两个外侧钢板和一个内加劲单元组成；所述的内加劲单元由两个加劲平板和两个与加劲平板相垂直的水平向波形钢板组成；所述结构中，水平向波形钢板靠外焊接在加劲平板上，加劲平板焊接在外侧钢板上，外侧钢板靠外焊接在边缘柱上；水平向波形钢板的波峰以及外侧钢板对应位置处进行开孔，用单边螺栓连接外侧钢板与水平向波纹钢板；边缘柱、外侧钢板、加劲平板和水平向波形钢板等高。
内加劲单元中线与外侧钢板中线对齐，外侧钢板为完整一块，区格间宽厚比限制如下，加劲平板与边缘柱间外侧钢板宽厚比应在[100,250]区间内取值，同时，加劲平板与边缘柱间外侧钢板最大宽度应小于0.5m；加劲平板间外侧钢板及水平向波形钢板宽厚比应在[200,500]区间内取值，同时，水平向波形钢板宽厚比应大于加劲平板间外侧钢板宽厚比。
内加劲单元中水平向波形钢板在波峰处与外侧钢板接触，接触处外侧钢板与水平向波形钢板均开圆孔或长圆孔，纵向开孔间距为一个波长，横向开孔间距采用1.5倍波长。
水平向波形钢板的具体形状为正弦波浪腹板、三角形波折腹板、梯形波折腹板或直角波折腹板；所述的墙体形状为一字形钢板剪力墙、L形钢板剪力墙、T形钢板剪力墙、Z形钢板剪力墙或十字形钢板剪力墙。
本专利的优点主要表现在以下几个方面：
1、基于提高外侧钢板弹性剪切屈曲荷载及其抗剪承载力的理念，本专利通过设置内加劲单元连接两个外侧钢板；内加劲单元中加劲平板与外侧钢板焊接，波形钢板与外侧钢板相互挤压，这两种作用对外侧钢板起到线状和面状约束效果；此外，波形钢板还与外侧钢板通过单边螺栓进行连接，对外侧钢板起到了点状约束的效果。
2、本专利中轴向力主要由边缘柱承担，提高了外侧钢板的抗剪承载力；波形钢板具有侧向刚度大和面外刚度大的优势，一方面，波形钢板能直接参与承担侧向荷载，另一方面，波形钢板的面外刚度较大，对外侧钢板的面外鼓曲变形有较强的抑制作用，这两点均提高了双钢板剪力墙的抗剪承载力。
3、本专利在构件加工上十分有优势。本专利中的内加劲单元具有成熟的工艺手段，只需在工厂焊接加工即可；而双钢板剪力墙的拼装只需要在加劲平板与外侧钢板连接处焊接4道焊缝即可完成，加工难度远远小于平板加劲双钢板剪力墙或桁架加劲双钢板剪力墙；较小的加工难度同时也保证了双钢板剪力墙的质量和承载性能。
附图说明
图1为一种模块化装配式双层钢板剪力墙的整体图；
图2为一种模块化装配式双层钢板剪力墙的拆分图；
图3为一种模块化装配式双层钢板剪力墙的内加劲单元图；
图4为一种模块化装配式双层钢板剪力墙的俯视图；
图5为一种模块化装配式双层钢板剪力墙的剖面图；
图6为一种模块化装配式双层钢板剪力墙的多种布置形式图；
图7为一种模块化装配式双层钢板剪力墙的多种波形腹板类型图。
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，一种模块化装配式双钢板剪力墙包括以下构件。
1——边缘柱；
2——外侧钢板；
3——水平向波形钢板；
4——加劲平板；
5——单边螺栓；
6——内加劲单元；
7——整体式钢板剪力墙单元。
如图1～5所示，该专利由两个边缘柱(1)和一个整体式钢板剪力墙单元(7)焊接而成。所述的整体式钢板剪力墙单元(7)由两个外侧钢板(2)和一个内加劲单元(6)组成；所述的内加劲单元(6)由两个水平向波形钢板(3)和两个加劲平板(4)组成；将水平向波形钢板(3)靠外垂直焊接于加劲平板(4)上，然后将加劲平板(4)焊接在外侧钢板(2)上，且保证内加劲单元(6)的中线与外侧钢板(2)的中线重合；然后将外侧钢板(2)靠外焊接于边缘柱(1)上；最后在外侧钢板(2)上安装单边螺栓(5)即可形成所述的模块化装配式双钢板剪力墙。
如图6、7所示，波形钢板具体形状为正弦波浪形腹板、三角形波折腹板、梯形波折腹板或直角波折腹板；所述的墙体形状为一字形双层钢板剪力墙、L形双层钢板剪力墙、T形双层钢板剪力墙、Z形双层钢板剪力墙或十字形双层钢板剪力墙。

Claims (4)

1.一种模块化装配式双钢板剪力墙，其特征在于：该双层钢板剪力墙由两个边缘柱和一个整体式钢板剪力墙单元组成；所述的整体式钢板剪力墙单元由两个外侧钢板和一个内加劲单元组成；所述的内加劲单元由两个加劲平板和两个与加劲平板相垂直的水平向波形钢板组成；所述结构中，水平向波形钢板靠外焊接在加劲平板上，加劲平板焊接在外侧钢板上，外侧钢板靠外焊接在边缘柱上；水平向波形钢板的波峰以及外侧钢板对应位置处进行开孔，用单边螺栓连接外侧钢板与水平向波纹钢板；边缘柱、外侧钢板、加劲平板和水平向波形钢板等高。
2.根据权利要求1所述的一种模块化装配式双钢板剪力墙，其特征在于：内加劲单元中线与外侧钢板中线对齐，外侧钢板为完整一块，区格间宽厚比限制如下，加劲平板与边缘柱间外侧钢板宽厚比应在[100,250]区间内取值，加劲平板与边缘柱间外侧钢板最大宽度应小于0.5m；加劲平板间外侧钢板及水平向波形钢板宽厚比应在[200,500]区间内取值，水平向波形钢板宽厚比应大于加劲平板间外侧钢板宽厚比。
3.根据权利要求1所述的一种模块化装配式双钢板剪力墙，其特征在于：内加劲单元中水平向波形钢板在波峰处与外侧钢板接触，接触处外侧钢板与水平向波形钢板均开圆孔或长圆孔，纵向开孔间距为一个波长，横向开孔间距采用1.5倍波长。
4.根据权利要求1所述的一种模块化装配式双钢板剪力墙，其特征在于：水平向波形钢板的具体形状为正弦波浪腹板、三角形波折腹板、梯形波折腹板或直角波折腹板；所述的墙体形状为一字形钢板剪力墙、L形钢板剪力墙、T形钢板剪力墙、Z形钢板剪力墙或十字形钢板剪力墙。
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