CN115387508B - 一种钢板剪力墙及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢板剪力墙及其施工方法，涉及建筑技术领域；一种钢板剪力墙，包括钢框架、双钢板以及预应力钢筋，所述双钢板延周向与外钢框架固定连接，所述预应力钢筋为两组交叉设置的钢筋，且所述钢筋的端部与所述钢框架固定连接；所述双钢板包括两块钢板、加筋肋和对拉螺栓，所述钢板的外侧壁设置有加筋肋，所述两块钢板相对设置，所述对拉螺栓贯穿所述加筋肋和钢板将两块钢板固定，且两块钢板之间有空隙。钢板剪力墙本通过设置预应力钢筋和双钢板来强化钢板墙的抗震性能，使钢板剪力墙能够实现分级耗能，斜向的预应力钢筋作为第一道防线，双钢板作为第二道防线，外框架作为第三道防线，三部分刚度的不同承载力曲线呈阶梯式上升。

Description

一种钢板剪力墙及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种钢板剪力墙及其施工方法。

背景技术

剪力墙作为一种竖向构件，是众所周知的抗侧向受力系统之一，被设计为具有巨大的平面内刚度，这使剪力墙可以抵抗地震荷载和风荷载，从而使其他结构部件相对安全。目前传统的钢筋混凝土剪力墙体系中，由横向荷载引起的最大弯曲力矩发生在墙的底部，在剪力墙的底部形成了塑料铰，只在底部耗散能量，剪力墙的其他部分的延性仍然没有被使用。然而，钢板剪切墙系统作为一种创新的抗地震侧向力系统，不仅可以提供结构的刚度，而且延性和耗能性能优良。特别是相较于钢筋混凝土剪力墙只在底部耗散能量，钢板剪力墙可以通过整块钢板的屈曲变形来耗散能量，充分发挥材料的性能。

现有钢板剪切墙系统的抗震性能主要存在以下缺点：

（a）传统钢板剪力墙通过薄钢板的屈曲变形耗散能量，震后产生的残余变形难以修复。甚至在多遇地震作用下，存在钢板小部分区域已经屈服，而大部分区域仍处于弹性状态，造成材料的浪费，不能针对不同等级的地震做出自适应的反馈机制。特别是受压失稳将导致结构整体承载力丧失，无法发挥材料的性能。

（b）传统钢板剪力墙通过薄钢板加肋来约束平面外屈曲，延缓钢板的屈曲，提高钢板的极限承载力及延性性能，但这种方式提高承载力和刚度有限。当出现面外屈曲变形时，将大大削弱薄墙板的抗震性能，如水平循环荷载作用下钢板滞回曲线“捏缩”现象。

（c）现有改进方式大多需要在钢板两侧设置混凝土约束钢板，其工艺较为复杂，现场施工难度大成本较高，且大多数的钢板剪力墙保温性能差。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种钢板剪力墙，解决背景技术中提出的至少一个技术问题。

（二）技术方案

本发明采用的技术方案是：一种钢板剪力墙，包括：

钢框架；

双钢板，所述双钢板延周向与外钢框架固定连接；

预应力钢筋，所述预应力钢筋为两组交叉设置的钢筋，且所述钢筋的端部与所述钢框架固定连接；

所述双钢板包括两块钢板、加筋肋和对拉螺栓，所述钢板的外侧壁设置有加筋肋，所述两块钢板相对设置，所述对拉螺栓贯穿所述加筋肋和钢板将两块钢板固定，且两块钢板之间有空隙。

优先的，所述对拉螺栓的外壁在两块钢板之间套设有钢套管。

优先的，所述加筋肋包括两根“几”字型钢材，且两根相对“几”字型钢材相对固定设置。

优先的，所述加筋肋包括两组，两组所述加筋肋交叉设置。

优先的，所述钢框架角部设置有孔洞，所述预应力钢筋安装时延45度角穿过所述孔洞。

优先的，所述预应力钢筋通过锚具与钢框架固定连接，并通过锚具对预应力钢筋施加预应力；

优先的，所述锚具的外表面套设有保护套。

优先的，所述钢板的内侧壁设置有加筋肋。

优先的，每组所述预应力钢筋可以设置多根平行的钢筋。

进一步的，还提供一种钢板剪力墙的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、施工准备、定位放线确定孔洞及双钢板位置；

步骤二、安装预应力钢筋

沿钢框架孔洞定位点切割形成孔洞，将预应力钢筋穿过孔洞；

步骤三、施加预应力

预应力钢筋两端安装锚具，将保护套穿过安装孔，通过锚具张拉预应力钢筋；

步骤四、安装第一块钢板

将一侧钢板与钢框架焊接；

步骤五、安装连接装置

安装第一块钢板的两侧加筋肋，对拉螺栓从外侧穿过钢板和两侧加筋肋后，将钢套管及第二块钢板内侧加筋肋沿安装孔穿过对拉螺栓；

步骤六、安装第二块钢板

将另一侧钢板穿过对拉螺栓，并将钢板与钢框架沿四周焊接；

步骤七、连接双钢板

安装第二块钢板外侧加筋肋，利用对拉螺栓施加预紧力将双钢板连接成为整体。

（三）有益效果

本发明提供了一种钢板剪力墙，与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明实施例提供的钢板剪力墙通过设置预应力钢筋和双钢板来强化钢板墙的抗震性能，使钢板剪力墙能够实现分级耗能，斜向的预应力钢筋作为第一道防线，双钢板作为第二道防线，外框架作为第三道防线，三部分刚度的不同承载力曲线呈阶梯式上升；

通过对拉螺栓和钢套管将两块钢板连接成为一个整体，实现双钢板协同变形，提升钢板墙的抗侧向刚度和抗震性能。

在多遇地震（小震）作用下，斜向的预应力钢筋作为第一道防线，由于提前施加预应力的作用，塑性变形区域由钢板墙转移至预应力钢筋上，能量的耗散主要通过预应力钢筋的塑性变形承担，而双钢板处于弹性状态，震后只需要更换预应力钢筋即可实现结构的的震后修复。

在设防地震（中震）作用下，斜向的预应力钢筋由于薄弱点的塑性变形加剧，此时预应力钢筋不能继续提供承载力和耗能，双钢板作为第二道防线开始发挥作用，在加筋加筋肋和对拉螺栓骨架的约束作用下，耗能及承载力主要由双钢板承担，保证外框架仍处于弹性状态。

在罕遇地震（大震）作用下，外框架作为第三道防线提供了大部分的承载力，斜向的预应力钢筋和双钢板由于塑性变形加剧或破坏提供的承载力有限，此时双钢板大部分材料进入塑性变形阶段，通过塑性变形和破坏耗散地震能量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例整体结构示意图；

图2为本发明实施例钢框架示意图；

图3为本发明实施例双钢板连接示意图；

图4为本发明实施例加筋肋连接示意图；

图5为本发明实施例钢框架的墙角部示意图；

图6为本发明实施例锚具细部构造示意图；

图7为本发明实施例的施工流程图；

其中，钢框架1、双钢板2、预应力钢筋3、“几”字型钢材4、孔洞5、加筋肋6、对拉螺栓7、对拉螺栓8、钢套管9、锚具10、保护套11。

具体实施方法

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明：

如图1-7所示，本发明实施例提供一种钢板剪力墙，结构主要包括钢框架1、双钢板2、预应力钢筋3。所述双钢板2延周向与外钢框架1固定连接，所述预应力钢筋3为两组交叉设置的钢筋，且所述钢筋的端部与所述钢框架1固定连接；所述双钢板2包括两块钢板、加筋肋6和对拉螺栓7，所述钢板的外侧壁设置有加筋肋6，所述两块钢板相对设置，所述对拉螺栓7贯穿所述加筋肋6和钢板将两块钢板固定，且两块钢板之间有空隙。双钢板2延四周与钢框架1的固定连接方式可以为焊接，双钢板2的两块钢板之间留有一定间距形成空腔，保证预应力钢筋3安装置于空腔中，避免预应力钢筋3破坏时造成危险。上述加筋肋6和对拉螺栓7形成了骨架结构，通过该骨架结构将2块钢板连接成为一个整体，可以协同工作变形。

一实施例中，所述对拉螺栓7的外壁在两块钢板之间套设有钢套管9，钢套管9限制两块钢板的移动。

一实施例中，所述加筋肋6包括两根“几”字型钢材4，且两根相对“几”字型钢材4相对固定设置。“几”字型钢材4即为钢材的横截面呈“几”字型。

一实施例中，所述加筋肋6包括两组，两组所述加筋肋6交叉设置。

一实施例中，所述钢框架1角部设置有孔洞5，所述预应力钢筋安装时延45度角穿过所述孔洞5。通过沿钢框架1对角线45度方向设置预应力钢筋3，在多遇地震作用下，耗能主要由预应力钢筋3承担，塑性变形主要集中在预应力钢筋，保证其余部件处于弹性状态，只要更换预应力钢筋3，其他部件无损伤不需要修复，减少维修费用。

一实施例中，所述预应力钢筋3通过锚具10与钢框架1固定连接，并通过锚具10对预应力钢筋3施加预应力；所述锚具10的外表面套设有保护套11；上述实施例，安装时通过锚具10施加预应力，由于钢框架1的孔洞5位置的预应力钢筋会受到剪切作用，尾部设置保护套11，避免预应力钢筋被孔洞5剪坏。

一实施例中，所述钢板的内侧壁设置有加筋肋6，也就是钢板的内外侧均设置有加筋肋6，当两块钢板相对设置时，对拉螺栓7贯穿所有的加筋肋6和钢板将两块钢板固定在一起，再通过钢套管9，一方面是限制了内部的加筋肋6的移动，另一方面连接加筋肋形成骨架，通过骨架连接的构造措施使得2块钢板能够成为一个整体，可以协同工作变形。

一实施例中，每组所述预应力钢筋3可以设置多根平行的钢筋。

本发明实施例通过设置预应力钢筋3和双钢板2来强化钢板墙的抗震性能，使钢板剪力墙能够实现分级耗能，斜向的预应力钢筋3作为第一道防线，双钢板2作为第二道防线，外框架1作为第三道防线。

本发明实施例还提供一种钢板剪力墙的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、施工准备、定位放线确定孔洞5及双钢板2位置；

步骤二、安装预应力钢筋3

沿钢框架1孔洞定位点切割形成孔洞5，将预应力钢筋3穿过孔洞5；

步骤三、施加预应力

预应力钢筋3两端安装锚具10，将保护套11穿过安装孔，通过锚具10张拉预应力钢筋3；

步骤四、安装第一块钢板

将一侧钢板与钢框架1焊接；

步骤五、安装连接装置

安装第一块钢板的两侧加筋肋6，对拉螺栓7从外侧穿过钢板和两侧加筋肋6后，将钢套管9及第二块钢板内侧加筋肋6沿安装孔穿过对拉螺栓7；

步骤六、安装第二块钢板

将另一侧钢板穿过对拉螺栓7，并将钢板与钢框架1沿四周焊接；

步骤七、连接双钢板

安装第二块钢板外侧加筋肋6，利用对拉螺栓7施加预紧力将双钢板2连接成为整体。

在多遇地震（小震）作用下，斜向的预应力钢筋3作为第一道防线，由于提前施加预应力的作用，塑性变形区域由钢板墙转移至预应力钢筋上，能量的耗散主要通过预应力钢筋3的塑性变形承担，而双钢板处于弹性状态，震后只需要更换预应力钢筋3即可实现结构的的震后修复。传统的钢板墙变形了可能要换整块钢板，本发明实施例就只要换掉预应力钢筋3就可以实现修复。

在设防地震（中震）作用下，斜向的预应力钢筋3由于薄弱点的塑性变形加剧，此时预应力钢筋3不能继续提供承载力和耗能，双钢板2作为第二道防线开始发挥作用，在加筋肋6和对拉螺栓7骨架的约束作用下，耗能及承载力主要由双钢板2承担，保证外框架1仍处于弹性状态。

在罕遇地震（大震）作用下，外框架1作为第三道防线提供了大部分的承载力，斜向的预应力钢筋3和双钢板2由于塑性变形加剧或破坏提供的承载力有限，此时双钢板2大部分材料进入塑性变形阶段，通过塑性变形和破坏耗散地震能量。

进一步的，相对于现有的薄钢板剪力墙需要采取两侧浇筑混凝土盖板来约束钢板的面外屈曲变形，导致工艺复杂且增加自重。然而，本发明实施例提供的逐级耗能的双钢板剪力墙结构所有部件连接为焊接和干式连接，加筋肋6和对拉螺栓7骨架可以有效提高抗面外屈曲变形的能力，且震后维修只需要更换预应力钢筋和钢板，便能够实现剪力墙结构的快速修复。

针对现有钢板剪力墙变形特点沿钢板墙对角线45度方向设置预应力钢筋3，通过对预应力钢筋3提前施加预应力的措施，将塑性变形区由传统的钢板转移至预应力钢筋。基于多道防线的思想，将承载力针对多遇、设防、罕遇地震进行分级，充分发挥各部件材料性能。

目前现有的钢板剪力墙保温隔热性能较差，本发明实施例采用双钢板形成的空腔具有一定保温隔热的作用。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种钢板剪力墙的施工方法，其特征在于：钢板剪力墙包括：钢框架（1）；

双钢板（2），所述双钢板（2）延周向与外钢框架（1）固定连接；

预应力钢筋（3），所述预应力钢筋（3）为两组交叉设置的钢筋，且所述钢筋的端部与所述钢框架（1）固定连接；

所述双钢板（2）包括两块钢板、加筋肋（6）和对拉螺栓（7），所述钢板的外侧壁设置有加筋肋（6），所述两块钢板相对设置，所述对拉螺栓（7）贯穿所述加筋肋（6）和钢板将两块钢板固定，且两块钢板之间有空隙；

所述对拉螺栓（7）的外壁在两块钢板之间套设有钢套管（9）;

所述钢框架（1）角部设置有孔洞（5），所述预应力钢筋安装时延45度角穿过所述孔洞（5）；

施工方法包括以下步骤：

步骤一、施工准备、定位放线确定孔洞（5）及双钢板（2）位置；

步骤二、安装预应力钢筋（3）

沿钢框架（1）孔洞定位点切割形成孔洞（5），将预应力钢筋（3）穿过孔洞（5）；

步骤三、施加预应力

预应力钢筋（3）两端安装锚具（10），将保护套（11）穿过安装孔，通过锚具（10）张拉预应力钢筋（3）；

步骤四、安装第一块钢板

将一侧钢板与钢框架（1）焊接；

步骤五、安装连接装置

安装第一块钢板的两侧加筋肋（6），对拉螺栓（7）从外侧穿过钢板和两侧加筋肋（6）后，将钢套管（9）及第二块钢板内侧加筋肋（6）沿安装孔穿过对拉螺栓（7）；

步骤六、安装第二块钢板

将另一侧钢板穿过对拉螺栓（7），并将钢板与钢框架（1）沿四周焊接；

步骤七、连接双钢板

安装第二块钢板外侧加筋肋（6），利用对拉螺栓（7）施加预紧力将双钢板（2）连接成为整体。

2.根据权利要求1所述钢板剪力墙的施工方法，其特征在于：所述加筋肋（6）包括两根“几”字型钢材（4），且两根相对“几”字型钢材（4）相对固定设置。

3.根据权利要求2所述钢板剪力墙的施工方法，其特征在于：所述加筋肋（6）包括两组，两组所述加筋肋（6）交叉设置。

4.根据权利要求1所述钢板剪力墙的施工方法，其特征在于：所述预应力钢筋（3）通过锚具（10）与钢框架（1）固定连接，并通过锚具（10）对预应力钢筋（3）施加预应力。

5.根据权利要求4所述钢板剪力墙的施工方法，其特征在于：所述锚具（10）的外表面套设有保护套（11）。

6.根据权利要求1所述钢板剪力墙的施工方法，其特征在于：所述钢板的内侧壁设置有加筋肋（6）。

7.根据权利要求1所述钢板剪力墙的施工方法，其特征在于：每组所述预应力钢筋（3）设置多根平行的钢筋。