CN202108134U - 一种新型截面钢板剪力墙 - Google Patents

一种新型截面钢板剪力墙 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及建筑结构,具体为一种新型截面钢板剪力墙,框架柱和框架梁连接构成方形的框架,框架内有与框架柱和框架梁相连接的内填板,所述内填板由完全相同的第一折板和第二折板组成,第一折板由相互间隔的第一凸起和第一凹槽连接组成,第二折板由相互间隔的第二凸起和第二凹槽连接组成,第一凸起、第一凹槽、第二凸起和第二凹槽的长度方向与框架柱的柱向平行,第一折板的凹槽一面与第二折板的凹槽一面相触,第一凹槽与第二凹槽通过铆钉或者螺栓连接,本实用新型克服了薄钢板剪力墙因过早屈曲而不能充分发挥钢材的强度和延性的缺点,提高了钢板剪力墙的面外稳定性和承载力,充分发挥了钢材的优势,减小了用钢量,具有稳定性高、成本低廉的特点。

Description

一种新型截面钢板剪力墙
技术领域
[0001] 本实用新型属于建筑结构技术领域,涉及多高层钢结构建筑中的水平抗侧力构件,具体涉及一种新型截面钢板剪力墙。
背景技术
[0002] 自二十世纪七十年代以来,从世界上第一栋钢板剪力墙体系建筑的兴建开始,钢板剪力墙(简称SPSW-steel plate shear wall)便以其优越的抗侧力性能备受结构设计人员和研究人员的青睐。钢板剪力墙由内嵌钢板和边缘构件(包括梁柱和加劲肋)组成。 根据内嵌钢板高厚比的大小,钢板剪力墙可分为厚钢板剪力墙和薄钢板剪力墙。厚钢板剪力墙有较大的弹性初始面内刚度,一般不会发生局部屈曲,而薄钢板剪力墙在侧向力较小时就发生局部屈曲,通常薄钢板剪力墙比厚钢板剪力墙耗钢量小,因此更经济。国内外的研究成果表明,利用薄钢板剪力墙屈曲后强度可以显著降低用钢量,提高经济效益。
[0003] 我国《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)附录四规定了钢板剪力墙的计算方法和准则,出于安全的考虑,其设计准则是在钢板剪切屈服前不允许发生屈曲,即以弹性屈曲强度作为钢板剪力墙的设计极限状态,没有利用钢板弹性局部屈曲后强度。加拿大和美国的规范中已列入了关于薄钢板剪力墙的设计条文。薄钢板剪力墙结构首先在北美和日本等地应用到工程实际当中,国内关于薄钢板剪力墙的研究也已经有很多成果,也正在逐步地应用于实际工程。
[0004] 为了防止内嵌钢板过早的屈曲,不能充分发挥材料的延性和强度,通常采用设置加劲肋的办法来延缓钢板的屈曲。加劲肋有多种形式,如十字加劲肋,对角交叉加劲肋等。 从理论角度看,这种办法虽然对薄钢板剪力墙的整体屈曲起到一定的延缓作用,但是,在加劲肋所分割的区域都会发生局部屈曲,进而撕裂加劲肋,发展成整体屈曲,并没有从根本上解决薄钢板容易失稳的问题。从实际工程角度看,钢板剪力墙组装完成之后,焊接加劲肋增加了后期制作安装的工序,增加了用钢量,使造价提高;并且将加劲肋焊接在内填钢板上时,会产生诸如残余应力之类的缺陷,破坏内填钢板的整体性,不利于受力。
[0005] 在钢板剪力墙结构中,如果采用单片压型钢板作为内填板,也仅仅只能起到延缓内填板屈曲的作用,当荷载足够大时,内填板也会发生整体屈曲,而且破坏变形比较严重, 不能修复。这是由于单片压型钢板在垂直于内填板的方向上,没有对称性,整体性不好,导致整体受力性能存在不足。
发明内容
[0006] 为了克服上述现有技术的不足,本实用新型的目的在于提供一种新型截面钢板剪力墙,克服了薄钢板剪力墙因过早屈曲而不能充分发挥钢材的强度和延性的缺点,提高了钢板剪力墙的面外稳定性和承载力,充分发挥了钢材的优势,减小了用钢量,具有稳定性高、成本低廉的特点。
[0007] 为了实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是:[0008] 一种新型截面钢板剪力墙,框架柱1和框架梁2连接构成方形的框架,框架内有与框架柱1和框架梁2相连接的内填板3,所述内填板3由完全相同的第一折板31和第二折板32组成,第一折板31由相互间隔的第一凸起311和第一凹槽312连接组成,第二折板32 由相互间隔的第二凸起321和第二凹槽322连接组成,第一凸起311、第一凹槽312、第二凸起321和第二凹槽322的长度方向与框架柱1的柱向平行,第一折板31的凹槽一面与第二折板32的凹槽一面相触,第一凹槽312与第二凹槽322通过连接件7连接。
[0009] 为使加工工艺更加简单,加工速度更加快捷,可直接使用成形的标准板材,所述第一折板31和第二折板32使用压型钢板,可为为V形、波形、肋形、加劲型、双曲波形、燕尾槽形或者双向加劲型,第一凸起311和第二凸起321为压型钢板的波峰,第一凹槽312和第二凹槽322为压型钢板的波谷。
[0010] 所述的连接件7为铆钉或者螺栓。
[0011] 采用焊接方式或者连接螺栓4将框架柱1翼缘和内填板3通过耳板5连接。
[0012] 采用焊接方式或者连接螺栓4将框架梁2翼缘和内填板3通过角钢6连接。
[0013] 所述第一凸起311、第一凹槽312、第二凸起321和第二凹槽322的宽度相等,此时更加便于加工。
[0014] 所述第一折板31和第二折板32的板厚均勻,范围为2mm〜12mm,第一凹槽312 与第一凸起311的连接坡度为90°或者任意锐角,最好是30°〜60°,尤其60°时效果较佳。
[0015] 与现有技术相比,本实用新型的新型截面钢板剪力墙内填板的破坏仅是因为材料强度不够而引起的,并且发生在局部,可以满足抗震三阶段设计的“中震可修”,相当于增强了侧向刚度,内填板不易失稳,改善了一直以来薄钢板剪力墙屈曲先于材料屈服的缺陷,不仅满足了正常使用的要求,而且还充分发挥了材料的强度和延性,节约了钢材。另外,由于具有了良好的延性,极大地提高了耗散地震能量的能力,也可减小震后修复工作量。该实用新型的所有构件都可以在工厂加工,然后在工地组装,施工工艺简单,造价低廉,便于推广应用。
附图说明
[0016] 图1是本实用新型的结构示意图;
[0017] 图2是本实用新型内填板的横截面视图。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
[0019] 如图1和图2所示,本实用新型为一种新型截面钢板剪力墙,框架柱1和框架梁2 连接构成方形的框架,框架内有与框架柱1和框架梁2相连接的内填板3,采用焊接方式或者连接螺栓4将框架柱1翼缘和内填板3通过耳板5连接,将框架梁2翼缘和内填板3通过角钢6连接,所述内填板3由完全相同的第一折板31和第二折板32组成,第一折板31 由相互间隔的第一凸起311和第一凹槽312连接组成,第二折板32由相互间隔的第二凸起 321和第二凹槽322连接组成,第一凸起311、第一凹槽312、第二凸起321和第二凹槽322 的长度方向与框架柱1的柱向平行,第一折板31的凹槽一面与第二折板32的凹槽一面相
4触,第一凹槽312与第二凹槽322通过铆钉或者螺栓连接。
[0020] 框架柱1和框架梁2上都设置有加劲肋8,加劲肋8的厚度大于或等于框架梁2翼缘厚度,以加强框架的结构强度。
[0021] 所述第一折板31和第二折板32的板厚均勻,都为4mm,第一凸起311、第一凹槽 312、第二凸起321和第二凹槽322的宽度相等,第一凹槽312与第一凸起311的连接坡度为60°,即,第一折板31与第二折板32连接后的横截面呈逐一连接的正六边形,类似蜂窝状。
[0022] 为使加工工艺更加简单,加工速度更加快捷,所述第一折板31和第二折板32直接使用了成形的标准板材压型钢板,其可为为V形、波形、肋形、加劲型、双曲波形、燕尾槽形或者双向加劲型,第一凸起311和第二凸起321为压型钢板的波峰,第一凹槽312和第二凹槽322为压型钢板的波谷。
[0023] 借助于大型有限元软件ANSYS,对一个单层单跨框架——剪力墙模型进行了分析。 框架梁柱刚结,内填板嵌固在四周的梁柱上,结构底面为固定支座,梁腹板设置了侧向支撑,阻止其在平面外的变形。
[0024] 构件截面形式及主要尺寸:柱截面冊150X150X7X10mm;梁截面 HN300X150X6. 5 X 9mm ;内填板分别是厚度为2毫米的平钢板和蜂窝形截面板。梁、柱的钢材标号为Q345,板的钢材标号为Q235,在有限元分析中,所有梁、柱、板全部采用shelllSl 壳单元。通过弹性屈曲分析和考虑非线性的弹塑性屈曲分析,得到了一些主要的性能参数, 如表1和表2所示,其中表1为结构水平承载力的比较,表2为内填板面外变形的比较。
[0025] 表1结构水平承载力的比较
[0026]
Figure CN202108134UD00051
[0027] 表2内填板面外变形的比较
[0028]
Figure CN202108134UD00052
[0029] 由表1可以看出平钢板剪力墙的内填板在很小的外力下,就会发生屈曲,而屈曲后还能承受荷载,有很高的屈曲后强度,最终使得结构的极限承载力达到462. 2kN ;而新型截面钢板剪力墙的内填板要发生屈曲,就需要高于平钢板30倍左右的弹性屈曲临界荷载, 但是由于初始几何缺陷以及材料非线性的影响,当结构的极限承载力达到561. 5kN时就开始产生破坏。
[0030] 由表2可以看出新型截面钢板剪力墙的面外变形很小,面内稳定性优于平钢板。
[0031] 本实用新型的新型截面钢板剪力墙内填板相当于增强了侧向刚度,内填板不易失稳,改善了一直以来薄钢板剪力墙屈曲先于材料屈服的缺陷,总的来说,新型截面钢板剪力墙的性能要远远优于平板钢板剪力墙,同时,本实用新型不仅满足了正常使用的要求,而且还充分发挥了材料的强度和延性,节约了钢材。另外,由于具有了良好的延性,极大地提高了耗散地震能量的能力,也可减小震后修复工作量。本实用新型的所有构件都可以在工厂加工,然后在工地组装,施工工艺简单,造价低廉,便于推广应用。

Claims (10)

1. 一种新型截面钢板剪力墙,框架柱(1)和框架梁(¾连接构成方形的框架,框架内有与框架柱(1)和框架梁(¾相连接的内填板(3),其特征在于,所述内填板(3)由完全相同的第一折板(31)和第二折板(3¾组成,第一折板(31)由相互间隔的第一凸起(311)和第一凹槽(31¾连接组成,第二折板(3¾由相互间隔的第二凸起(321)和第二凹槽(322) 连接组成,第一凸起(311)、第一凹槽(312)、第二凸起(321)和第二凹槽(322)的长度方向与框架柱(1)的柱向平行,第一折板(31)的凹槽一面与第二折板(3¾的凹槽一面相触,第一凹槽(31¾与第二凹槽(32¾通过连接件(7)连接。
2.根据权利要求1所述的新型截面钢板剪力墙,其特征在于,所述第一折板(31)和第二折板(3¾为压型钢板,第一凸起(311)和第二凸起(321)为压型钢板的波峰,第一凹槽 (312)和第二凹槽(322)为压型钢板的波谷。
3.根据权利要求2所述的新型截面钢板剪力墙,其特征在于,所述压型钢板为V形、波形、肋形、加劲型、双曲波形、燕尾槽形或者双向加劲型。
4.根据权利要求1所述的新型截面钢板剪力墙,其特征在于,所述的连接件(7)为铆钉或者螺栓。
5.根据权利要求1所述的新型截面钢板剪力墙,其特征在于,采用焊接方式或者连接螺栓(4)将框架柱(1)翼缘和内填板(¾通过耳板(¾连接。
6.根据权利要求1所述的新型截面钢板剪力墙,其特征在于,采用焊接方式或者连接螺栓⑷将框架梁⑵翼缘和内填板⑶通过角钢(6)连接。
7.根据权利要求1所述的新型截面钢板剪力墙,其特征在于,所述第一凸起(311)、第一凹槽(312)、第二凸起(321)和第二凹槽(322)的宽度相等。
8.根据权利要求1所述的新型截面钢板剪力墙,其特征在于,第一凹槽(31¾与第一凸起(311)的连接坡度范围为0°〜90°。
9.根据权利要求1所述的新型截面钢板剪力墙,其特征在于,第一凹槽(31¾与第一凸起(311)的连接坡度范围为30°〜60°。
10.根据权利要求1所述的新型截面钢板剪力墙,其特征在于,所述第一折板(31)和第二折板(32)的板厚均勻,范围为2mm〜12mm。
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