CN115405009B - 一种斜波纹钢板剪力墙 - Google Patents

Abstract

本发明涉及房建工程结构抗震领域，特别涉及一种斜波纹钢板剪力墙，包括框架梁、框架柱和墙面构件，所述墙面构件包括沿拉力带方向设置的加劲肋，所述加劲肋的顶端部连接至框架梁和框架柱的节点，所述加劲肋的纵向两侧连接斜波纹钢板，所述斜波纹钢板的波肋方向与所述加劲肋纵向平行，所述加劲肋纵向两侧的所述斜波纹钢板的波纹沿墙面反对称设置。通过设置加劲肋提高对斜波纹钢板的斜向约束作用，由加劲肋和斜波纹钢板共同承担拉力带荷载，充分发挥各自材料优点，提高了斜波纹钢板剪力墙的屈曲荷载、承载效率，减小开合效应对其抵抗侧向力能力的影响，阻止斜波纹钢板的面外变形；自重更小，降低了地震惯性力。

Description

一种斜波纹钢板剪力墙

技术领域

本发明涉及房建工程结构抗震领域，特别涉及一种斜波纹钢板剪力墙。

背景技术

钢框架-钢板剪力墙体系作为一种性能优异的抗侧力体系，在高烈度地震区的新建建筑结构及震后加固中应用日益广泛，该体系一方面充分利用钢结构自重轻、强度高和延性好的优点，另一方面钢板剪力墙本身只承受水平力作用，完全符合结构抗震设计中对第一道抗震防线的低轴压比要求，还可缓解对梁柱节点区的延性要求。

平钢板剪力墙在侧向力作用下容易较早出现剪切屈曲，通过斜向拉力带作用承担侧向荷载，并使钢框架边柱产生附加弯矩，相比而言，波纹钢板因特殊截面构造能够使其在强轴方向上能够承受更大的轴力、剪力或弯矩，由此被广泛引入到当今的钢框架-钢板剪力墙结构体系。但是，随着波纹钢板面外刚度进一步提高，其抵抗侧向力模式由墙板拉力带转换为面内剪切，当波纹钢板沿框架柱纵向连接时，沿波纹的剪力流容易造成框架柱刚度退化，并对梁柱翼缘连接焊缝造成损伤，导致大震时出现一定的面外变形和屈曲并伴随噪音声响。

为进一步提高波纹钢板与钢框架连接的承载能力和可靠性，将波纹钢板斜置以及与双钢板组合的构造形式已被近年来较多技术人员所关注，例如，中国专利CN106499212B（压型钢板剪力墙与RC框架梁的连接结构及其施工方法，公告日20181228）、中国专利申请CN109797891A（一种新型双向斜置波纹钢板剪力墙及其使用方法，公告日20190524）等采用了波纹钢板斜置的剪力墙构造；中国专利CN213268460U（一种双波纹钢板混凝土组合剪力墙，公告日20210525）、中国专利CN215054251U（一种T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙，公告日20211207）采用了双波纹钢板正置的剪力墙构造；中国专利申请CN114809375A（斜向布置FRP型材波纹板内嵌轻质夹芯防屈曲钢板剪力墙，公告日20220729）采用了双波纹钢板斜置的组合剪力墙构造。

但是，当钢框架结构在水平地震荷载作用下发生侧向位移时，梁柱节点域附近梁柱张开、闭合会使剪力墙及其连接局部受到拉力和压力作用，即开合效应，这时仅靠波纹钢板剪力墙单一构件耗能不足，还可能造成斜置波纹钢板剪力墙面外刚度大的优势得不到充分发挥，反而其轴向刚度弱的特点容易造成斜置波纹钢板剪力墙抵抗侧向力能力降低。

因此，目前亟需要一种技术方案，以解决现有斜波纹钢板剪力墙单一波纹钢板斜置的构造在拉力带形成过程中容易在侧向力较大时连续屈曲，构件耗能不足，且抗侧力性能较差，无法发挥波纹钢板斜置构造面外刚度大的优点，无法减小开合效应对波纹钢板剪力墙轴向抗侧力的不利影响的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术问题，提供了一种斜波纹钢板剪力墙。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种斜波纹钢板剪力墙，包括框架梁、框架柱和墙面构件，所述墙面构件包括沿拉力带方向设置的加劲肋，所述加劲肋的顶端部连接至框架梁和框架柱的节点，所述加劲肋的纵向两侧连接斜波纹钢板，所述斜波纹钢板的波肋方向与所述加劲肋纵向平行，所述加劲肋纵向两侧的所述斜波纹钢板的波纹沿墙面反对称设置。

本发明的一种斜波纹钢板剪力墙，通过设置加劲肋提高对斜波纹钢板的斜向约束作用，由加劲肋和斜波纹钢板共同承担拉力带荷载，提高了斜波纹钢板剪力墙的屈曲荷载，提高承载效率，减小开合效应对斜波纹钢板剪力墙抵抗侧向力能力的影响，阻止斜波纹钢板的面外变形；加劲肋和斜波纹钢板耗能和承重能力分工明确，可充分发挥各自材料优点，充分发挥斜波纹钢板具有较大面外刚度和剪切屈服强度的优点；相较于具有同等承载力的同类型剪力墙，自重更小，降低了地震惯性力，同时，加劲肋纵向两侧的斜波纹钢板的波纹反对称设置有利于两侧板面稳定发挥抗屈曲承载力。

作为本发明的优选方案，所述加劲肋的截面呈十字形，所述加劲肋纵向与框架梁或框架柱的夹角为45°±10°。充分发挥十字形绕两主惯性轴的惯性矩几乎相同的优点，提高墙面构件的整体稳定性，并能够使加劲肋贴合拉力带方向的同时为墙面门洞等附属设施留出施作空间。

作为本发明的优选方案，所述斜波纹钢板远离所述加劲肋的纵向侧边搭接连接平面钢板，所述斜波纹钢板和所述平面钢板组合填充框架梁和框架柱组成的内框空间。

作为本发明的优选方案，所述斜波纹钢板填充框架梁和框架柱组成的内框空间。

作为本发明的优选方案，框架梁和/或框架柱靠近所述墙面构件的一侧连接软钢阻尼机构，所述墙面构件与所述软钢阻尼机构连接。成型软钢阻尼机构与斜波纹钢板组合的剪力墙。

作为本发明的优选方案，包括两个所述墙面构件，两个所述墙面构件反对称设置，两个所述墙面构件在加劲肋的顶端部两侧沿框架梁纵向和框架柱纵向均连接所述软钢阻尼机构。成型软钢阻尼机构与斜波纹双钢板组合的剪力墙。

作为本发明的优选方案，两个所述墙面构件之间设置填充材料构件。以提高斜波纹钢板面外屈曲能力，极大减小震颤及噪音。

作为本发明的优选方案，所述软钢阻尼机构包括第一翼缘板和第二翼缘板，所述第一翼缘板和所述第二翼缘板之间排列设置若干软钢结构件，所述第一翼缘板与框架梁或框架柱连接，所述第二翼缘板与所述斜波纹钢板连接。充分发挥软钢结构件的塑性性能和耗能能力，与斜向加劲肋和斜波纹钢板共同形成多道抗震防线，有效增强剪力墙框架结构抗震能力，且方便软钢阻尼机构拆卸，当地震中出现损伤后可独立更换和方便检修，提高装配化施工效率。

作为本发明的优选方案，所述软钢结构件包括T型件，所述T型件的腹板与墙面平行，所述T型件的顶板与墙面垂直。

作为本发明的优选方案，框架梁和框架柱的节点处设置阻尼块，所述加劲肋的顶端部与所述阻尼块嵌套配合，所述软钢阻尼机构与所述阻尼块抵接，所述阻尼块包括自复位形状记忆合金结构件。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、通过设置加劲肋提高对斜波纹钢板的斜向约束作用，由加劲肋和斜波纹钢板共同承担拉力带荷载，提高了斜波纹钢板剪力墙的屈曲荷载，提高承载效率，减小开合效应对斜波纹钢板剪力墙抵抗侧向力能力的影响，阻止斜波纹钢板的面外变形；

2、加劲肋和斜波纹钢板耗能和承重能力分工明确，可充分发挥各自材料优点，充分发挥斜波纹钢板具有较大面外刚度和剪切屈服强度的优点；

3、相较于具有同等承载力的同类型剪力墙，自重更小，降低了地震惯性力；

本发明其他实施方式的有益效果是：

1、成型软钢阻尼机构与斜波纹钢板组合的剪力墙，软钢阻尼机构利用软钢所具有的良好滞回变形耗能性能，在框架梁和框架柱的节点域附近对地震能量进行耗散，减轻地震能量下的结构损伤程度，达到减震控制的目的；

2、成型软钢阻尼机构与斜波纹双钢板组合的剪力墙，有利于提高剪力墙的轴压力学性能和极限承载能力，并满足剪力墙抵御往复地震的作用，同时，两墙面构件的加劲肋组合能够有效防止由于侧向压力引起的钢板鼓曲，提高墙面构造的延性；

3、T型件的腹板用于将斜波纹钢板端部存在的非纵向剪力流转换为主要的屈服耗能，并向梁柱纵向扩展，提高耗能效率，T型件的顶板用于将非纵向剪力流转换成自平衡横向分量，由此在拉力带形成过程中，可有效避免传统波纹钢板边直接连接于框架柱，非纵向剪力流造成的框架柱刚度退化的问题；

4、阻尼块对加劲肋进行斜向固定，在地震作用下框架梁和框架柱发生转动并伴随拉/压作用，即开合效应时，通过阻尼块将剪力合理传递至软钢阻尼机构，防止加劲肋因端部应力集中而屈曲，并利用自复位形状记忆合金阻尼块的超弹性特点，实现节点局部耗能和复位。

附图说明

图1是实施例1的一种斜波纹钢板剪力墙的正面结构示意图；

图2是实施例1的一种斜波纹钢板剪力墙的背面结构示意图；

图3是实施例1中墙面构件的结构示意图一（图1中A-A剖面位置）；

图4是实施例1中墙面构件的结构示意图二（图1中A-A剖面位置）；

图5是实施例2的一种斜波纹钢板剪力墙的正面结构示意图；

图6是实施例2的一种斜波纹钢板剪力墙的背面结构示意图；

图7是实施例4中所述软钢阻尼机构的结构示意图（图1中B-B剖面）；

图8是实施例5的一种斜波纹钢板剪力墙的使用状态图一；

图9是实施例5的一种斜波纹钢板剪力墙的使用状态图二；

图10是实施例7中墙面构件的结构示意图（图1中A-A剖面位置）；

图11是实施例8中软钢阻尼机构的结构示意图（图1中B-B剖面位置）。

图标：

1-框架梁，2-框架柱，3-加劲肋，4-斜波纹钢板，5-软钢阻尼机构，51-第一翼缘板，52-第二翼缘板，53-软钢结构件，531-腹板，532-顶板，6-平面钢板，7-阻尼块，8-连接螺栓。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-图2，图5-图9所示，本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，包括框架梁1、框架柱2和墙面构件，所述墙面构件包括加劲肋3，加劲肋3纵向与框架梁1或框架柱2的夹角为45°，加劲肋3的截面呈十字形，加劲肋3的顶端部连接至框架梁1和框架柱2的节点，加劲肋3的纵向两侧连接斜波纹钢板4，斜波纹钢板4的波肋方向与加劲肋3纵向平行，加劲肋3纵向两侧的斜波纹钢板4的波纹反对称设置。

本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，加劲肋3纵向与拉力带的面外变形轨迹相适应，利用十字形结构绕两主惯性轴的惯性矩几乎相同的优点，将斜波纹钢板4从加劲肋3的两侧与加劲肋3搭接连接，有利于两侧板面稳定发挥抗屈曲承载力，并通过加劲肋3提高对斜波纹钢板4的斜向约束作用，由加劲肋3和斜波纹钢板4共同承担拉力带荷载，加劲肋3和斜波纹钢板4耗能和承重能力分工明确，提高了斜波纹钢板4剪力墙的屈曲荷载，提高承载效率，减小开合效应对斜波纹钢板4剪力墙抵抗侧向力能力的影响，有效阻止斜波纹钢板4的面外变形；充分发挥各自材料优点，相较于具有同等承载力的同类型剪力墙，自重更小，降低了地震惯性力。

具体的，在一些实施例中，斜波纹钢板4的波形截面可以是梯形、正弦波形、矩形或其他任一波形形式，可根据实际情况进行选择。

具体的，在一些实施例中，框架柱2可以是H型钢柱、工字钢柱，也可以是钢管混凝土柱，可根据实际情况进行选择。

具体的，在一些实施例中，加劲肋3纵向与框架梁1或框架柱2的夹角可根据实际情况在一定范围内进行调整，使加劲肋3贴合拉力带方向的同时为墙面门洞等附属设施留出施作空间。

具体的，在一些实施例中，位于加劲肋3纵向两侧的斜波纹钢板4的波纹反对称设置，且斜波纹钢板4在垂直于加劲肋3的方向上宽度相同，如图5、图6所示，所述反对称设置表示加劲肋3纵向两侧的斜波纹钢板4以加劲肋3为起点沿墙面延伸且波纹的波形相反，且斜波纹钢板4可根据实际情况搭接在加劲肋3的任一侧面。

本实施例中，优选位于加劲肋3两侧的斜波纹钢板4在垂直于加劲肋3的方向上宽度相同，在斜波纹钢板4远离加劲肋3的纵向侧边搭接连接平面钢板6，斜波纹钢板4和平面钢板6组合填充框架梁1和框架柱2组成的内框空间，可根据实际情况，调整加劲肋3纵向与框架梁1或框架柱2的夹角，使平面钢板6区域扩大，能够满足墙面门洞等附属设施的施作。

本实施例中，优选斜波纹钢板4和平面钢板6通过设置过渡面板进行面接触的搭接连接，在过渡面板周侧两斜交的交线上采用侧面角焊缝进行焊接连接。

具体的，在一些实施例中，斜波纹钢板4与框架梁1或框架柱2之间、平面钢板6与框架梁1或框架柱2之间的连接形式可根据实际情况设置为栓接连接、焊接连接或其组合。

本实施例中，优选斜波纹钢板4与框架梁1和框架柱2之间均为焊接连接，平面钢板6与框架梁1和框架柱2之间均为焊接连接。

实施例2

如图3-图4所示，本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，结构与实施例1相同，区别在于：斜波纹钢板4填充框架梁1和框架柱2组成的内框空间，成型由框架柱2、框架梁1、斜波纹钢板4和加劲肋3组合成型的剪力墙。

实施例3

如图1-图7所示，本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，结构与实施例1或实施例2相同，区别在于：框架梁1和/或框架柱2靠近墙面构件的一侧连接软钢阻尼机构5，所述墙面构件与所述软钢阻尼机构5连接。

本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，软钢阻尼机构5安装在框架梁1和框架柱2的翼缘与斜波纹钢板4端部之间，成型软钢阻尼机构5与斜波纹钢板4组合的剪力墙，地震作用下，通过软钢阻尼机构5的剪切变形来耗散地震能量，减轻结构的伤程度、达到减震控制的目的。

本实施例中，优选在加劲肋3的顶端部两侧沿框架梁1纵向和框架柱2纵向设置软钢阻尼机构5，软钢阻尼机构5与对应的框架梁1或框架柱2螺栓连接，斜波纹钢板4与对应的软钢阻尼机构5焊接连接，以避免螺栓孔对软钢阻尼机构的连接翼缘削弱，并实现墙面构件装配化，方便安装和施工，且可灵活拆卸，方便运输。

具体的，在一些实施例中，软钢阻尼机构5可扩展至设置到框架梁1和框架柱2内框四边。

本实施例中，优选所述软钢阻尼机构5包括第一翼缘板51和第二翼缘板52，所述第一翼缘板51和所述第二翼缘板52之间排列设置若干软钢结构件53。

具体的，所述第一翼缘板51与对应的框架梁1或框架柱2螺栓连接，所述第二翼缘板52与所述斜波纹钢板4焊接连接。地震作用下，第一翼缘板51相对对应的框架梁1或框架柱2、第二翼缘板52相对斜波纹钢板4均只产生微小位移，充分发挥软钢结构件53的塑性性能和耗能能力，在第一翼缘板51和第二翼缘板52之间的柔性区产生较大变形，由此第一翼缘板51和第二翼缘板52产生相对位移，通过软钢弹性形滞回变形而耗散地震能量，且方便软钢阻尼机构5拆卸，当地震中出现损伤后可拆卸第一翼缘板51与对应框架梁1或框架柱2之间的连接螺栓，实现独立更换，方便剪力墙检修，提高剪力墙的装配化施工效率。

优选的，耗能后保持完好无损的软钢结构件53可重复利用。

实施例4

如图1-图7所示，本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，在实施例3的基础上，软钢结构件53包括T型件，T型件的软钢结构件53包括垂直连接的腹板531和顶板532，所述T型件的腹板531与墙面平行，所述T型件的顶板531与墙面垂直。

本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，T型的软钢结构件53，腹板531与对应的框架梁1或框架柱2的纵向一致，与墙面平行，可以将斜波纹钢板4端部存在的非纵向剪力流转换成为主要的屈服耗能向梁柱纵向扩展，提高耗能效率，顶板532与对应连接的框架梁1或框架柱2横截面方向一致，与墙面垂直，可将非纵向剪力流转换成自平衡横向分量，由此在拉力带形成过程中，保证将剪力流主方向与框架柱2纵向一致且横向剪力流分量保持平衡，可有效避免传统直接连接于框架柱2的波纹钢板边非纵向剪力流可能造成的框架柱2刚度退化的问题，该软钢阻尼机构5能够在开合效应下剪切屈服，不仅使软钢材料的塑性性能和耗能能力充分发挥，避免侧向力作用下钢柱刚度退化，而且可作为除斜向加劲肋3及斜波纹钢板4外的另一道防线，共同增强框架结构抵抗余震的能力。

具体的，在一些实施例中，软钢结构件53可根据实际情况进行形状结构调整。

实施例5

如图8、图9所示，本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，以单层斜波纹钢板4的墙面构件组成的剪力墙为例，使用时，多个剪力墙在梁柱结构的框架上反向设置、排列或排布，成型能够对不同方向侧向力进行抵抗的完整墙体，增强框架梁柱结构的整体抗余震能力，较好实现对往复地震的抵御作用。

实施例6

如图1-图11所示，本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，在实施例1-实施例4的基础上，框架梁1和框架柱2的节点处嵌入设置阻尼块7，所述加劲肋3的顶端部与所述阻尼块7嵌套配合，所述软钢阻尼机构5与所述阻尼块7抵接。

本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，阻尼块7呈三棱柱状，连接于框架梁1下翼缘和加劲肋3之间、框架柱2翼缘和加劲肋3之间，对加劲肋3顶端部进行包夹限位，与框架梁1、框架柱2和软钢阻尼机构5连接或抵接。

具体的，在一些实施例中，阻尼块7包括自复位形状记忆合金结构件，自复位形状记忆合金结构件的阻尼块7充分利用材料特性，具有自恢复能力，在地震作用下，框架梁1和框架柱2发生侧移使节点张开、闭合时，即开合作用时，具有自恢复能力的阻尼块7既能够利用其超弹性特点进行节点局部耗能和复位，防止加劲肋3因端部应力集中而屈曲，又能够将剪力合理传递给软钢阻尼机构5，增强梁柱框架抗地震的能力。

实施例7

如图1-图4，图10-图11所示，区别于实施例5，本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，包括两个所述墙面构件，两个所述墙面构件反对称设置，两个所述墙面构件分别连接至所述软钢阻尼机构5。

本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，设置双面墙面构件，双层斜波纹钢板4通过软钢阻尼机构5、框架梁1和框架柱2连为整体，成型软钢阻尼机构5与斜波纹双钢板组合的剪力墙，能够满足剪力墙抵御往复地震作用。

具体的，两个所述墙面构件的所述加劲肋3沿墙面反对称设置表示两个墙面构件结构相同，剪力墙的正面和反面外观形状一致，且两个加劲肋3在剪力墙墙面的投影呈交叉状。

优选的，两个所述墙面构件之间设置填充材料构件。以提高斜波纹钢板4面外屈曲能力，极大减小震颤及噪音。

具体的，填充材料构件包括结构泡沫材料或轻质混凝土，可根据实际情况进行调整。

实施例8

如图10-图11所示，本实施例的一种斜波纹钢板剪力墙，在实施例6的基础上，两个墙面构件分别对应连接独立的软钢阻尼机构5，成型斜波纹双钢板双向耗能的剪力墙，两个墙面构件独立耗能，能够充分满足抵御往复地震的作用，提高剪力墙稳定性，且对剪力墙在梁柱框架上的排布方式没有特定要求，方便剪力墙的使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种斜波纹钢板剪力墙，包括框架梁（1）、框架柱（2）和墙面构件，其特征在于，所述墙面构件包括沿拉力带方向设置的加劲肋（3），所述加劲肋（3）的顶端部连接至框架梁（1）和框架柱（2）的节点，所述加劲肋（3）的纵向两侧搭接连接斜波纹钢板（4），所述斜波纹钢板（4）的波肋方向与所述加劲肋（3）纵向平行，所述加劲肋（3）纵向两侧的所述斜波纹钢板（4）的波纹反对称设置，框架梁（1）和/或框架柱（2）靠近所述墙面构件的一侧连接软钢阻尼机构（5），所述墙面构件与所述软钢阻尼机构（5）连接，所述软钢阻尼机构（5）包括第一翼缘板（51）和第二翼缘板（52），所述第一翼缘板（51）和所述第二翼缘板（52）之间排列设置若干软钢结构件（53），所述第一翼缘板（51）与框架梁（1）或框架柱（2）连接，所述第二翼缘板（52）与所述斜波纹钢板（4）连接。

2.如权利要求1所述的一种斜波纹钢板剪力墙，其特征在于，所述加劲肋（3）的截面呈十字形，所述加劲肋（3）纵向与框架梁（1）或框架柱（2）的夹角为45°±10°。

3.如权利要求1所述的一种斜波纹钢板剪力墙，其特征在于，所述斜波纹钢板（4）远离所述加劲肋（3）的纵向侧边搭接连接平面钢板（6），所述斜波纹钢板（4）和所述平面钢板（6）组合填充框架梁（1）和框架柱（2）组成的内框空间。

4.如权利要求1所述的一种斜波纹钢板剪力墙，其特征在于，所述斜波纹钢板（4）填充框架梁（1）和框架柱（2）组成的内框空间。

5.如权利要求1所述的一种斜波纹钢板剪力墙，其特征在于，包括两个所述墙面构件，两个所述墙面构件反对称设置，两个所述墙面构件在加劲肋（3）的顶端部两侧沿框架梁（1）纵向和框架柱（2）纵向均连接所述软钢阻尼机构（5）。

6.如权利要求5所述的一种斜波纹钢板剪力墙，其特征在于，两个所述墙面构件之间设置填充材料构件。

7.如权利要求1所述的一种斜波纹钢板剪力墙，其特征在于，所述软钢结构件（53）包括T型件，所述T型件的腹板（531）与墙面平行，所述T型件的顶板（532）与墙面垂直。

8.如权利要求1所述的一种斜波纹钢板剪力墙，其特征在于，框架梁（1）和框架柱（2）的节点处设置阻尼块（7），所述加劲肋（3）的顶端部与所述阻尼块（7）嵌套配合，所述软钢阻尼机构（5）与所述阻尼块（7）抵接，所述阻尼块（7）包括自复位形状记忆合金结构件。

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