CN115012553A - 一种既有建筑抗震加固钢板剪力墙 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种既有建筑抗震加固钢板剪力墙，涉及结构工程技术领域，采用的方案是：包括框架和内填钢板，内填钢板的四个边上安装有边缘约束构件，相邻两个边缘约束构件之间铰接，所述内填钢板的前后两个板面上安装有屈曲约束构件，屈曲约束构件的端部与边缘约束构件铰接，所述内填钢板的上下两个边缘约束构件与框架梁通过部分连接件连接，所述内填钢板的中间位置设置有中央支点索夹，所述中央支点索夹上连接有自复位拉索，自复位拉索通过部分连接件上的耳板连接到框架上。构件自重轻、运输方便、安装速度快，不仅可根据抗震加固设计需要灵活调整剪力墙宽度等几何参数，还具有良好的耗能减震性能和自复位能力，可用于提升既有建筑抗震韧性。

Description

一种既有建筑抗震加固钢板剪力墙

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种既有建筑抗震加固钢板剪力墙。

背景技术

社会和经济的高速发展要求建筑结构抵抗地震等灾害的能力不断提升，导致开展既有建筑抗震加固的工程需求也随之大量增加。钢板剪力墙是一类高效的耗能减震构件，在为结构提供水平抗侧刚度的同时，可吸收并消耗输入到结构中的能量，保护主体结构免受损坏。其作用机理为在结构受到地震作用时，通过内填钢板的面内剪切以及剪切屈曲后形成的一系列斜向拉力带抵抗水平荷载。与传统钢筋混凝土剪力墙相比，钢板剪力墙的施工更为便捷，通过合理设计可保证其在地震往复荷载作用下表现出良好的刚度、承载力和滞回性能，具有较为优越的耗能减震特性。因此，钢板剪力墙可用于既有建筑的抗震加固。

依据内填钢板与周边构件的连接情况，钢板剪力墙可以分为四边连接钢板剪力墙与两边连接钢板剪力墙。四边连接钢板剪力墙是目前工程应用较多的一类钢板剪力墙，但四边连接构造将使框架柱承受较大的横向拉力作用，导致框架柱有过早失稳破坏的风险，不符合强柱弱梁的抗震设计原则。在既有建筑中，由于其梁、柱的长度和截面尺寸均已固定，其承载力也已确定，如采用四边连接钢板剪力墙进行结构抗震加固，如上所述，将会对既有结构柱产生较大的横向作用，使结构柱承受过早失效的风险；此外，受既有柱间距的限制，四边连接钢板剪力墙的宽度不能根据抗震加固设计需求自由调整，仅可通过调整内填钢板厚度以适应抗震加固刚度和承载力的需求，但往往需要采用很薄的钢板才能避免附加刚度和承载力超强问题，而过薄的钢板剪力墙的耗能性能较差。两边连接钢板剪力墙的内填钢板仅与上下两侧钢梁相连，可消除内填钢板中的拉力带对框架柱产生的附加内力，防止框架柱过早破坏，也不受既有结构柱间距的限制，但其刚度和承载力较低、耗能较差。

按照内填钢板屈曲约束情况，钢板剪力墙可以分为非加劲钢板剪力墙、加劲钢板剪力墙和防屈曲钢板剪力墙。非加劲钢板剪力墙在较小水平荷载作用下即发生屈曲并伴随较大的屈曲噪音，在往复荷载作用下，其滞回曲线出现明显的捏缩现象，耗能能力较差。加劲钢板剪力墙的加劲肋可将内填钢板划分为一系列具有较小高厚比的子板，屈曲承载力较高，耗能能力也得到一定的改善，但焊接加劲肋在内填钢板内产生的残余应力及变形将降低剪力墙的延性。防屈曲钢板剪力墙通过在内填钢板两侧设置预制混凝土板抑制其剪切屈曲，可获得较为理想的刚度、承载力和耗能能力。但既有建筑抗震加固施工时，一般要求采用对于建筑正常使用功能影响尽量小的施工方案，导致施工工期紧张，现场运输和起重设备也有限。而预制混凝土板的制作周期长且自重较大，因此该类内填钢板屈曲约束构造不能满足既有建筑抗震加固的需求。

基于传统抗震理念，钢板剪力墙等抗震构件在地震中通过发展塑性变形消耗地震能量，结构将产生较大的残余变形。此外，钢板剪力墙多采用通长的鱼尾板与周边框架梁、柱连接，大量的螺栓或焊缝将使得剪力墙不易安装且震后不易更换。这些问题将导致结构震后修复难度较大，产生巨大的经济和时间成本，不符合通过抗震加固提升既有建筑结构韧性的抗震发展理念。

上述分析便是现有技术的不足。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种既有建筑抗震加固钢板剪力墙，构件自重轻、运输方便、安装速度快，具有良好的刚度、承载力以及耗能减震性能，且对既有建筑不利影响小。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种既有建筑抗震加固钢板剪力墙，包括框架和内填钢板，内填钢板的四个边上安装有边缘约束构件，内填钢板四个边上的边缘约束构件首尾依次连接形成闭合的四边形框，相邻两个边缘约束构件之间铰接，所述内填钢板的前后两个板面上安装有屈曲约束构件，屈曲约束构件的端部与边缘约束构件铰接，所述内填钢板的上下两个边缘约束构件与框架梁通过部分连接件连接，所述内填钢板的中间位置设置有中央支点索夹，所述中央支点索夹上连接有自复位拉索，自复位拉索通过部分连接件上的耳板连接到框架上。内填钢板四周设置相互铰接的边缘约束构件，能够为内填钢板屈曲后拉力带的充分发展提供足够的锚固，解决了传统两边连接钢板剪力墙刚度和承载力低，耗能性能差的问题；内填钢板两侧设置钢制的屈曲约束构件，不仅能够抑制内填钢板过早屈曲，有效提升钢板剪力墙的使用性能和抗震性能，还可以大幅减少施工周期以及运输和安装的难度；屈曲约束构件与边缘约束构件通过连接销轴铰接形成自平衡系统，可以有效降低为保证内填钢板屈曲后拉力带充分发展所需的边缘约束构件刚度，不仅节约了边缘约束构件所需钢材，还降低了其自重；钢板剪力墙通过部分连接件与框架连接，可避免大量的螺栓以及焊缝连接，加快安装进度、降低施工难度；自复位拉索可为结构层间变形提供恢复力，控制结构在地震过程中残余变形累积，降低结构快速修复的难度，中央支点索夹可使自复位拉索中的索力具有垂直于内填钢板平面的分力，该分力可协助屈曲约束构件抑制内填钢板的屈曲，降低屈曲约束构件的刚度需求。

进一步的，所述框架包括上下两根框梁和左右两根框柱，框梁和框柱围绕形成四边形的框架，上方的框梁安装有两个间隔布置的部分连接件，下方的框梁相对应位置也安装有两个部分连接件，部分连接件通过高强度螺栓安装到框梁上，内填钢板上下两侧边缘约束构件通过高强度螺栓与部分连接件连接。与传统的四边连接钢板剪力墙相比，本发明中钢板剪力墙仅与框梁连接，可避免内填钢板屈曲后形成的拉力带对框柱的附加横向作用，防止既有建筑中竖向传力构件过早失效，降低了结构整体倒塌的风险，还可根据既有建筑抗震加固需要灵活调整钢板剪力墙的几何参数，在防止附加刚度及承载力超强的前提下，保证钢板剪力墙具有良好的耗能减震性能，部分连接件的使用可降低钢板剪力墙安装及震后更换的难度。

进一步的，所述边缘约束构件呈条状，边缘约束构件通过多个高强度螺栓安装在内填钢板的边缘，边缘约束构件的端部设置有带铰接孔的耳板，两个边缘约束构件上耳板的铰接孔对准后通过销轴连接。实现边缘约束构件间的铰接。

进一步的，所述屈曲约束构件包括横向屈曲约束构件和纵向屈曲约束构件，横向屈曲约束构件和纵向屈曲约束构件交叉呈十字形布置。进一步的，所述纵向屈曲约束构件和横向屈曲约束构件均呈条状，纵向屈曲约束构件包括上屈曲约束段和下屈曲约束段，上屈曲约束段的下部与横向屈曲约束构件铰接，上屈曲约束段的上部与上方的边缘约束构件铰接，下屈曲约束段的上部与横向屈曲约束构件铰接，下屈曲约束段的下部与下方的边缘约束构件铰接，横向屈曲约束构件的两端与左右两侧的边缘约束构件铰接。进一步的，所述边缘约束构件以及屈曲约束构件上设置有带铰接孔的耳板，通过销轴实现它们之间的铰接，避免屈曲约束构件与边缘约束构件因组成几何不变体系而承担水平荷载，导致屈曲约束构件或边缘约束构件过早失效。边缘约束构件和屈曲约束构件形成的自平衡系统，可以有效降低为保证内填钢板屈曲后拉力带充分发展所需的边缘约束构件刚度，不仅节约了边缘约束构件所需钢材，还降低了其自重。

进一步的，所述横向屈曲约束构件和纵向屈曲约束构件上间隔设置有第一螺栓孔，所述内填钢板相应位置上设置有第二螺栓孔，第一螺栓孔的孔径大于第二螺栓孔的孔径，即第一螺栓孔为扩大的螺栓孔，第二螺栓孔为普通的螺栓孔，通过垫板和高强度螺栓实现屈曲约束构件在内填钢板上的固定，同时避免了屈曲约束构件因与内填钢板共同承担水平荷载而过早破坏。

进一步的，所述中央支点索夹位于横向屈曲约束构件和纵向屈曲约束构件的交叉位置处，即内填钢板的中心位置处，中央支点索夹高出于屈曲约束构件，自复位拉索穿过中央支点索夹，自复位拉索的两端通过部分连接件上的耳板分别与上下两根框梁连接。自复位拉索具有两根，两根自复位拉索交叉布置，两端分别位于斜对角设置的部分连接件处。中央支点索夹可使自复位拉索中的索力具有垂直于内填钢板平面的分力，该分力可协助屈曲约束构件抑制内填钢板的屈曲，降低屈曲约束构件的刚度需求，不仅节约了屈曲约束构件所需钢材，还降低了其自重。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

1、钢板剪力墙仅与框梁连接，可避免内填钢板屈曲后形成的拉力带对框柱的附加拉力作用，防止结构竖向传力构件过早失效，降低了结构整体倒塌的风险。

2、内填钢板四周设置边缘约束构件，能够充分保证内填钢板屈曲后拉力带的发展，解决了传统两边连接钢板剪力墙刚度和承载力低，耗能性能差的问题。

3、内填钢板两侧设置屈曲约束构件，能够抑制内填钢板过早屈曲，有效提升钢板剪力墙的使用性能和抗震性能。

4、屈曲约束构件与边缘约束构件通过连接销轴铰接形成的自平衡系统，可以有效降低为保证内填钢板屈曲后拉力带充分发展所需的边缘约束构件刚度，不仅节约了边缘约束构件所需钢材，还降低了其自重。

5、自复位拉索可为结构层间变形提供恢复力，控制结构在地震过程中残余变形累积，降低结构快速修复的难度，满足韧性结构的要求。

6、中央支点索夹可使自复位拉索中的索力具有垂直于内填钢板平面的分力，该分力可协助屈曲约束构件抑制内填钢板的屈曲，降低屈曲约束构件的刚度需求，不仅节约了屈曲约束构件所需钢材，还降低了其自重。

7、钢板剪力墙通过部分连接件与框梁连接，减少了螺栓连接数量或焊缝长度，降低了钢板剪力墙的安装和震后更换难度。

8、通过构件铰接、扩大螺栓孔等构造的使用，边缘约束构件、屈曲约束构件等部件在地震过程中不直接参与抵抗水平荷载且始终保持弹性，震后仅需更换内填钢板即可完成钢板剪力墙的修复，节约了大量钢材。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式的结构示意图。

图2为本发明具体实施方式显示边缘约束构件之间连接关系的示意图。

图3为本发明具体实施方式显示纵向屈曲约束构件和横向屈曲约束构件连接关系的示意图。

图4为本发明具体实施方式显示横向屈曲约束构件和边缘约束构件连接关系的示意图。

图5为本发明具体实施方式显示部分连接件的示意图。

图6为本发明具体实施方式显示中央支点索夹处结构的示意图。

图中，1、框梁，2、框柱，3、边缘约束构件，4、销轴，5、内填钢板，6、横向屈曲约束构件，7、纵向屈曲约束构件，8、垫板，9、高强度螺栓，10、自复位拉索，11、交叉索连接耳板，12、部分连接件，13、带铰接孔的耳板，14、中央支点索夹，701、上屈曲约束段，702、下屈曲约束段。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

如图1至图6所示，本具体实施方式提供了一种既有建筑抗震加固钢板剪力墙，包括框架和内填钢板5，内填钢板5的四个边上安装有边缘约束构件3，内填钢板5四个边上的边缘约束构件3首尾依次连接形成闭合的四边形框，相邻两个边缘约束构件3之间铰接，内填钢板5的前后两个板面上安装有屈曲约束构件，屈曲约束构件的端部与边缘约束构件3铰接，内填钢板5的中间位置设置有中央支点索夹14，中央支点索夹14上连接有自复位拉索10，自复位拉索10通过部分连接件12连接到框架上。

其中，框架包括上下两根框梁1和左右两根框柱2，框梁1和框柱2围绕形成四边形的框架，上方的框梁1安装有两个间隔布置的部分连接件12，下方的框梁1相对应位置也安装有两个部分连接件12，部分连接件12通过高强度螺栓9安装到框梁1上，内填钢板5上下两侧的边缘约束构件3通过高强度螺栓9与部分连接件12连接。边缘约束构件3呈条状，边缘约束构件3通过多个高强度螺栓9安装在内填钢板5的边缘，边缘约束构件3的端部设置有带铰接孔的耳板13，两个边缘约束构件3上耳板的铰接孔对准后通过销轴4连接，实现边缘约束构件3间的铰接。屈曲约束构件包括横向屈曲约束构件6和纵向屈曲约束构件7，横向屈曲约束构件6和纵向屈曲约束构件7交叉呈十字形布置。进一步的，纵向屈曲约束构件7和横向屈曲约束构件6均呈条状，纵向屈曲约束构件7包括上屈曲约束段701和下屈曲约束段702，上屈曲约束段701的下部与横向屈曲约束构件6铰接，上屈曲约束段701的上部与上方的边缘约束构件3铰接，下屈曲约束段702的上部与横向屈曲约束构件6铰接，下屈曲约束段702的下部与下方的边缘约束构件3铰接，横向屈曲约束构件6的两端与左右两侧的边缘约束构件3铰接。边缘约束构件3、横向屈曲约束构件6和纵向屈曲约束构件7上设置有带铰接孔的耳板13，通过销轴4实现它们之间的铰接。其中，横向屈曲约束构件6和纵向屈曲约束构件7上间隔设置第一螺栓孔，内填钢板5相应位置上设置第二螺栓孔，通过垫板8和高强度螺栓9实现屈曲约束构件在内填钢板5上的固定，且保证屈曲约束构件不参与抵抗水平荷载。

另外，中央支点索夹14位于横向屈曲约束构件6和纵向屈曲约束构件7的交叉位置处，即内填钢板5的中心位置处，中央支点索夹14高出于屈曲约束构件，自复位拉索10穿过中央支点索夹14，自复位拉索10的两端通过部分连接件12上的交叉索连接耳板11分别与上下两根框梁1连接。自复位拉索10具有两根，两根自复位拉索10交叉布置，两端分别位于斜对角设置的部分连接件12处。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”、“内侧”等（如果存在）是用于区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种既有建筑抗震加固钢板剪力墙，其特征在于，包括框架和内填钢板，内填钢板的四个边上安装有边缘约束构件，相邻两个边缘约束构件之间铰接，所述内填钢板的前后两个板面上安装有屈曲约束构件，屈曲约束构件的端部与边缘约束构件铰接，所述内填钢板的上下两个边缘约束构件与框架梁通过部分连接件连接，所述内填钢板的中间位置设置有中央支点索夹，所述中央支点索夹上连接有自复位拉索，自复位拉索通过部分连接件上的耳板连接到框架上。

2.如权利要求1所述的既有建筑抗震加固钢板剪力墙，其特征在于，所述框架包括上下两根框梁和左右两根框柱，框梁和框柱围绕形成四边形的铰接框架，上方的框梁安装有两个间隔布置的部分连接件，下方的框梁相对应位置也安装有两个部分连接件，部分连接件通过高强度螺栓安装到框梁上，内填钢板上下两侧边缘约束构件通过高强度螺栓与部分连接件连接。

3.如权利要求2所述的既有建筑抗震加固钢板剪力墙，其特征在于，所述边缘约束构件呈条状，边缘约束构件安装在内填钢板的边缘，边缘约束构件的端部设置有带铰接孔的耳板，两个边缘约束构件上耳板的铰接孔对准后通过销轴连接。

4.如权利要求3所述的既有建筑抗震加固钢板剪力墙，其特征在于，所述屈曲约束构件包括横向屈曲约束构件和纵向屈曲约束构件，横向屈曲约束构件和纵向屈曲约束构件交叉呈十字形布置。

5.如权利要求4所述的既有建筑抗震加固钢板剪力墙，其特征在于，所述纵向屈曲约束构件和横向屈曲约束构件均呈条状，纵向屈曲约束构件包括上屈曲约束段和下屈曲约束段，上屈曲约束段的下部与横向屈曲约束构件铰接，上屈曲约束段的上部与上方的边缘约束构件铰接，下屈曲约束段的上部与横向屈曲约束构件铰接，下屈曲约束段的下部与下方的边缘约束构件铰接，横向屈曲约束构件的两端与左右两侧的边缘约束构件铰接。

6.如权利要求5所述的既有建筑抗震加固钢板剪力墙，其特征在于，所述边缘约束构件和屈曲约束构件上均设置有带铰接孔的耳板。

7.如权利要求4-6任一所述的既有建筑抗震加固钢板剪力墙，其特征在于，所述屈曲约束构件上间隔开设第一螺栓孔，所述内填钢板相应位置上设置第二螺栓孔，第一螺栓孔的孔径大于第二螺栓孔的孔径。

8.如权利要求4-6任一所述的既有建筑抗震加固钢板剪力墙，其特征在于，所述中央支点索夹位于横向屈曲约束构件和纵向屈曲约束构件的交叉位置处，中央支点索夹高出于屈曲约束构件，自复位拉索穿过中央支点索夹，自复位拉索的两端通过部分连接件上的耳板分别与上下两根框梁连接。

9.如权利要求8所述的抗震加固钢板剪力墙，其特征在于，自复位拉索具有两根，两根自复位拉索交叉布置，自复位拉索的两端分别位于斜对角设置的部分连接件处。

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