防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種屬于結(jié)構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】的防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻，由開斜槽鋼板、設(shè)置在鋼板兩側(cè)并約束鋼板面外變形的混凝土板，與鋼板相連的邊緣框架組成，鋼板上開設(shè)由根據(jù)需要設(shè)計的不同形式的斜槽，其四周通過螺栓連接內(nèi)嵌于邊緣框架中，由穿過斜槽的螺栓連接兩側(cè)混凝土板。通過在鋼板上開設(shè)不同形式的斜槽，改變了鋼板復(fù)雜的受力狀態(tài)，形成以槽間鋼板拉壓變形為主的受力模式，不僅有利于實現(xiàn)穩(wěn)定的拉壓耗能；同時可以通過改變開設(shè)斜槽的形式和尺寸(長度、寬度)調(diào)節(jié)槽間斜板的參數(shù)，有效的控制剪力墻的失效機制，從而可以調(diào)節(jié)剪力墻的抗側(cè)剛度、強度和延性。本實用新型作為一種新型抗側(cè)力和耗能構(gòu)件，可廣泛適用于多高層結(jié)構(gòu)中。
【專利說明】防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種新型耗能、防屈曲開斜槽鋼板剪力墻，屬于結(jié)構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在抗震設(shè)計中，如何減輕地震中建筑結(jié)構(gòu)(包括主要受力構(gòu)件、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件)不可恢復(fù)性的損傷(如塑形變形)，使結(jié)構(gòu)在地震后能夠迅速修復(fù)并能正常使用，是目前工程抗震研究的熱點。耗能構(gòu)件的引入是一種非常有效的方法，在結(jié)構(gòu)中設(shè)置耗能構(gòu)件可有效地耗散地震的輸入能，使結(jié)構(gòu)的變形主要集中在耗能構(gòu)件中，避免結(jié)構(gòu)中其他構(gòu)件發(fā)生破壞。
[0003]鋼板剪力墻是一種抗震性能良好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，而且近年來在我國超高層建筑中已開始應(yīng)用，但目前主要考慮了鋼板剪力墻的抗側(cè)能力，而未有效地考慮其耗能貢獻。
[0004]非加勁薄鋼板剪力墻在水平剪力作用時，鋼板極易發(fā)生屈曲，最終以拉力帶的形式承擔外荷載；當荷載反向作用時，上一步荷載作用下產(chǎn)生的拉力帶退出工作，并且逐漸形成反向拉力帶；在這個過程中，鋼板處于復(fù)雜受力狀態(tài)且鋼板屈曲不斷發(fā)生變化，當鋼材進入屈服，產(chǎn)生非彈性屈曲時，鋼板中便形成無法恢復(fù)的面外變形，進而形成褶皺，在褶皺處鋼材極易發(fā)生撕裂或斷裂，因此，非加勁薄鋼板剪力墻在往復(fù)荷載作用下的抗疲勞性能不足。
[0005]采用在鋼板兩側(cè)覆蓋混凝土板的措施，可以約束鋼板的面外變形，延緩鋼板屈曲，將改善薄鋼板因屈曲導(dǎo)致拉力帶不斷發(fā)生轉(zhuǎn)化而引起的滯回曲線的捏縮，解決鋼板耗能能力不能得到充分發(fā)揮的問題。但剪力墻中的鋼板處于復(fù)雜受力狀態(tài)，較難控制剪力墻的破壞模式，因而無法準確判斷其屈服荷載和屈服位移，不便于實現(xiàn)參數(shù)(屈服位移，屈服力)可控的設(shè)計；同時在目前的工程應(yīng)用中，鋼板多為一整塊鋼板，當邊緣框架的尺寸和鋼材的屈服強度一定時，鋼板的強度和剛度僅與鋼板的厚度相關(guān)，工程設(shè)計人員很難僅通過調(diào)整鋼板的厚度而得到設(shè)計需要的剛度和強度，當鋼板剪力墻應(yīng)用于多高層建筑時，常因設(shè)計厚度太薄無法滿足加工要求而增大鋼板的厚度，造成了鋼材的浪費，因此極大地限制了鋼板剪力墻在多高層建筑中的推廣應(yīng)用。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的在于提供一種應(yīng)用廣泛、耗能性能卓越、設(shè)計參數(shù)可控的防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻。
[0007]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]本實用新型提出的防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻，其特征在于，所述剪力墻主要由開斜槽鋼板、設(shè)置在鋼板兩側(cè)并約束鋼板面外變形的混凝土板，與鋼板相連的邊緣框架組成；所述開斜槽鋼板上根據(jù)實際情況和設(shè)計需要開設(shè)不同形式的斜槽，四周通過螺栓連接內(nèi)嵌于邊緣框架中；所示邊緣框架由左邊緣框架柱、上邊緣框架梁、右邊緣框架柱和下邊緣框架梁共同組成。[0009]在上述防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻中，所述的兩側(cè)混凝土板通過穿透三塊板的螺栓連接，為減少螺栓孔對斜槽間鋼板的影響，同時保證槽間鋼板理想的拉壓變形，螺栓孔布置在斜槽中；所述混凝土板根據(jù)鋼板厚度及其所需的面外抗側(cè)剛度確定混凝土厚度，并采用雙層雙向配筋，所述雙向為沿斜槽開設(shè)方向和垂直斜槽開設(shè)方向。
[0010]在上述防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻中，為防止鋼板與混凝土板之間的摩擦導(dǎo)致混凝土板過早開裂，在鋼板與兩側(cè)混凝土板之間設(shè)置無粘結(jié)材料或一定的間隙，其間隙設(shè)置因滿足混凝土板仍能有效約束鋼板的低階屈曲，一般取值不大于1_。
[0011]在上述防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻中，所述混凝土板僅起約束開斜槽鋼板的作用，其與開斜槽鋼板相連的邊緣框架間留有一定的間隙，其值大小根據(jù)保證結(jié)構(gòu)在大震作用時混凝土不因與邊緣框架接觸而參與抵抗水平荷載作用的極限條件設(shè)置。
[0012]在上述防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻中，為便于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和震后的快速修復(fù)，所述開斜槽鋼板四周插入預(yù)先設(shè)計在邊緣框架上的對稱角鋼中，并通過螺栓與之相連，所述對稱角鋼同時加強了因邊緣無混凝土板約束而形成的鋼板薄弱部位。
[0013]在上述防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻中，通過在鋼板上開設(shè)斜槽，將鋼板的薄弱部位從邊緣轉(zhuǎn)移到內(nèi)部，形成所述的開斜槽鋼板，改變了鋼板復(fù)雜的受力狀態(tài)，形成以槽間鋼板拉壓變形為主的受力模式，不僅有利于實現(xiàn)穩(wěn)定的拉壓耗能；同時可以通過考察槽間鋼板的拉壓變形，較好的確定剪力墻的屈服荷載和屈服位移。
[0014]在上述防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻中，通過改變斜槽寬度、槽間鋼板寬度、斜槽的布置形式，可以設(shè)計不同的剪力墻強度和剛度，進而實現(xiàn)不同的屈服荷載及其對應(yīng)的屈服位移，實現(xiàn)參數(shù)可控的設(shè)計。
[0015]在上述防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻中，鋼板上開槽的形式分為非等長斜槽、單排等長斜槽、多排等長斜槽三種。
[0016]對于開設(shè)有非等長斜槽的防屈曲耗能鋼板剪力墻，沿對角方向在鋼板上開設(shè)非等長的斜槽，槽間斜板由中間向兩側(cè)逐漸變短，形成非等長斜板。兩側(cè)混凝土板約束槽間斜板的面外變形，在小震作用下，非等長的槽間斜板以拉壓作用的形式承擔外荷載；在大震作用下，通過非等長的槽間斜板拉壓屈服耗能耗散地震輸入能，因槽間斜板由中間向兩側(cè)逐漸變短和各斜板的相對位移各自不同，各斜板無法同時屈服，通過各斜板的相對位移和考慮拉壓變形，控制所述剪力墻的各階段受力特點，進而確定其各階段屈服荷載和屈服位移。
[0017]對于開設(shè)有單排等長斜槽的防屈曲耗能鋼板剪力墻，沿對角方向在鋼板上開設(shè)等長的斜槽，形成槽間等長斜板。因斜槽對鋼板的削弱較少，在小震作用時，仍以鋼板受剪承擔外荷載；在大震作用下，因槽間斜板具有相同長度，通過考慮各斜板拉壓變形，控制所述剪力墻的各階段受力特點，進而確定其屈服荷載和屈服位移。
[0018]對于開設(shè)有多排等長斜槽的防屈曲耗能鋼板剪力墻，將鋼板劃分成多個區(qū)域，在每個區(qū)域上開設(shè)平行的等長斜槽，進而形成槽間等長斜板，在小震作用下，以等長的槽間斜板以拉壓作用承擔外荷載；在大震作用下，通過等長的槽間斜板拉壓屈服耗能耗散地震輸入能，因槽間斜板具有相同長度，各斜板可以實現(xiàn)同時屈服，通過考慮各斜板拉壓變形，控制所述剪力墻的受力特點，進而確定其屈服荷載和屈服位移。
[0019]本實用新型的有益效果是:
[0020]I)在傳統(tǒng)屈曲約束鋼板剪力墻基礎(chǔ)上，通過在鋼板上開設(shè)斜槽，改變鋼板復(fù)雜的受力狀態(tài)，使槽間斜板以承受拉壓作用為主，通過內(nèi)部槽間斜板的充分拉壓塑性變形而耗能，從而具有更加穩(wěn)定的滯回耗能能力；2)通過改變開設(shè)斜槽的形式和尺寸(長度、寬度)，能夠調(diào)節(jié)槽間斜板的參數(shù)，從而調(diào)節(jié)剪力墻的抗側(cè)剛度、強度和延性，克服了傳統(tǒng)鋼板剪力墻僅通過調(diào)整鋼板的厚度調(diào)節(jié)剪力墻的剛度和強度的局限，且剛度與強度存在相互制約，無法實現(xiàn)僅改變剛度或僅改變強度，因而很難得到設(shè)計需要的剛度和強度；3)在鋼板上開設(shè)斜槽，通過改變開設(shè)斜槽的形式和尺寸(長度、寬度)，可以有效的控制剪力墻的破壞模式，通過計算槽間斜板的拉壓屈服，控制所述剪力墻的受力特點，進而確定其屈服荷載和屈服位移，便于實現(xiàn)參數(shù)可控的設(shè)計，使破壞主要集中在易修復(fù)的構(gòu)件，震后易修復(fù)；4)目前鋼板剪力墻因其具有較大的抗側(cè)剛度而主要應(yīng)用于超高層建筑中，在鋼板上開設(shè)斜槽，增大了剪力墻的抗側(cè)剛度和強度的變化范圍，使其在中高層建筑中得以應(yīng)用，大大推廣了該剪力墻的應(yīng)用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型的防屈曲開斜槽耗能鋼板剪力墻的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是圖1的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是圖2的縱向剖視圖。
[0024]圖4是圖2的橫向剖視圖(未畫混凝土板)。
[0025]圖5是鋼板與邊緣框架的連接示意圖。
[0026]圖6是本實用新型的無混凝土約束的非等長斜槽剪力墻的示意圖。
[0027]圖7是圖5中開設(shè)非等長斜槽的鋼板示意圖。
[0028]圖8是本實用新型的防屈曲開斜槽耗能鋼板剪力墻單排等長斜槽示意圖。
[0029]圖9是圖8中開設(shè)單排等長斜槽的鋼板示意圖。
[0030]圖10是本實用新型的防屈曲開斜槽耗能鋼板剪力墻多排等長斜槽示意圖。
[0031]圖11是圖10中開設(shè)多排等長斜槽的鋼板示意圖。
[0032]圖中1.左邊緣框架柱，2.右邊緣框架柱，3.上邊緣框架柱，4.下邊緣框架柱，
5.鋼板與邊緣框架連接的對稱角鋼，6.混凝土蓋板，7.鋼板與邊緣框架的連接螺栓，8.連接兩側(cè)混凝土蓋板的螺栓，9.開斜槽鋼板，10.非等長斜槽，11.混凝土蓋板與邊緣框架之間的預(yù)留縫隙，12.單排等長斜槽，13.多排等長斜槽。
[0033]【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型進一步說明。
[0035]本實用新型的防屈曲開斜槽耗能鋼板剪力墻由開斜槽鋼板(9)和鋼板兩側(cè)的約束混凝土蓋板(6)和邊緣框架組成；邊緣框架由左邊緣框架柱(I)、右邊緣框架柱(2)、上邊緣框架梁(3)和下邊緣框架梁⑷組成；開斜槽鋼板(9)采用低屈服點高延性鋼材；同時在開斜槽鋼板(9)上開設(shè)單排等長斜槽(12)、多排等長斜槽(13)或非等長的斜槽(10);開斜槽鋼板(9)的四周通過螺栓(7)與對稱角鋼(5)相連，對稱角鋼同時與邊緣框架通過螺栓(7)相連，所述對稱角鋼(5)同時加強了因邊緣無混凝土板(6)約束而形成的開斜槽鋼板(9)的薄弱部位；兩側(cè)混凝土蓋板(6)采用預(yù)制的混凝土板，并通過螺栓(8)與開斜槽鋼板(9)相連，約束開斜槽鋼板(9)的面外屈曲；混凝土板上的連接螺栓(8)盡量布置在斜槽處，以減少對槽間鋼板的削弱，同時保證槽間斜板理想的拉壓變形。[0036]本實用新型的制作工藝如下:在工廠加工時，根據(jù)建筑布局的要求確定開斜槽鋼板(9)的高度和跨度；根據(jù)結(jié)構(gòu)承載力和抗側(cè)剛度的要求設(shè)計斜槽的形式(單排等長斜槽
(12)、多排等長斜槽(13)或非等長斜槽(10))、斜槽的尺寸和開斜槽鋼板(9)的厚度；預(yù)先在混凝土蓋板(6)對應(yīng)位置開設(shè)一定數(shù)量的孔洞(對應(yīng)于開斜槽鋼板(9)上的斜槽位置處以減少對槽間鋼板的削弱)，用于兩側(cè)混凝土蓋板(6)的螺栓連接，進而有效約束開斜槽鋼板(9)面外變形；因開斜槽鋼板(9)通過螺栓(7)與邊緣框架相連時，根據(jù)構(gòu)造要求在開斜槽鋼板(9)的四周邊緣位置開設(shè)螺栓孔洞，加工邊緣框架時，根據(jù)連接構(gòu)造預(yù)先將開設(shè)螺栓連接對稱角鋼(5)對應(yīng)的孔洞?，F(xiàn)場安裝時，當框架安裝完成后，開斜槽鋼板(9)插入對稱角鋼(5)中，并通過高強摩擦型螺栓(7)與之相連，對稱角鋼(5)再通過高強摩擦型螺栓
(7)與邊緣框架相連形成整體，混凝土蓋板(6)通過普通螺栓(8)外掛在開斜槽鋼板(9)的兩側(cè)約束鋼板面外變形，提高鋼板的面外剛度。本實用新型制作簡單，構(gòu)件各單元可與工廠加工制作，現(xiàn)場僅需進行拼裝，施工效率高，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；而且槽間鋼板受力明確，通過改變開設(shè)斜槽的形式和尺寸(長度、寬度)，可以有效的控制剪力墻的受力特點，便于實現(xiàn)參數(shù)可控的設(shè)計方法，同時具有穩(wěn)定的耗能能力和優(yōu)良的抗疲勞性能等特點，是十分理想的結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件和耗能構(gòu)件。
【權(quán)利要求】
1.防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻，其特征在于，所述剪力墻主要由開斜槽鋼板、設(shè)置在鋼板兩側(cè)并約束鋼板面外變形的混凝土板，與鋼板相連的邊緣框架組成；所述開斜槽鋼板上根據(jù)實際情況和設(shè)計開設(shè)非等長斜槽、單排等長斜槽或多排等長斜槽，四周通過螺栓連接內(nèi)嵌于邊緣框架中；所示邊緣框架由左邊緣框架柱、上邊緣框架梁、右邊緣框架柱和下邊緣框架梁共同組成；通過改變斜槽寬度、槽間鋼板寬度、斜槽的布置形式，可以設(shè)計不同的剪力墻強度和剛度，進而實現(xiàn)不同的屈服荷載及其對應(yīng)的屈服位移，實現(xiàn)參數(shù)可控的設(shè)計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻，其特征是:所述的兩側(cè)混凝土板通過穿透三塊板的螺栓連接，為減少螺栓孔對斜槽間鋼板的影響，同時保證槽間鋼板理想的拉壓變形，螺栓孔布置在斜槽中；所述混凝土板根據(jù)鋼板厚度及其所需的面外抗側(cè)剛度確定混凝土厚度，并采用雙層雙向配筋，所述雙向為沿斜槽開設(shè)方向和垂直斜槽開設(shè)方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻，其特征是:所述混凝土板僅起約束開斜槽鋼板的作用，其與開斜槽鋼板相連的邊緣框架間留有一定的間隙，其值大小根據(jù)保證結(jié)構(gòu)在大震作用時混凝土不因與邊緣框架接觸而參與抵抗水平荷載作用的極限條件設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻，其特征是:為防止鋼板與混凝土板之間的摩擦導(dǎo)致混凝土板過早開裂，在鋼板與兩側(cè)混凝土板之間設(shè)置無粘結(jié)材料或一定的間隙，其間隙設(shè)置因滿足混凝土板仍能有效約束鋼板的低階屈曲，取值不大于1_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻，其特征是:所述開斜槽鋼板四周插入預(yù)先設(shè)計在邊緣框架上的對稱角鋼中，并通過螺栓與之相連，所述對稱角鋼同時加強了因邊緣無混凝土板約束而形成的鋼板薄弱部位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻，其特征是:對于開設(shè)有非等長斜槽的防屈曲耗能鋼板剪力墻，沿對角方向在鋼板上開設(shè)非等長的斜槽，槽間斜板由中間向兩側(cè)逐漸變短，形成非等長斜板；兩側(cè)混凝土板約束槽間斜板的面外變形，在小震作用下，非等長的槽間斜板以拉壓作用的形式承擔外荷載；在大震作用下，通過非等長的槽間斜板拉壓屈服耗能耗散地震輸入能，因槽間斜板由中間向兩側(cè)逐漸變短和各斜板的相對位移各自不同，各斜板無法同時屈服，通過各斜板的相對位移和考慮拉壓變形，控制所述剪力墻的各階段受力特點，進而確定其各階段屈服荷載和屈服位移。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻，其特征是:對于開設(shè)有單排等長斜槽的防屈曲耗能鋼板剪力墻，沿對角方向在鋼板上開設(shè)等長的斜槽，形成槽間等長斜板，因斜槽對鋼板的削弱較少，在小震作用時，仍通過鋼板抗剪承擔外荷載；在大震作用下，因槽間斜板具有相同長度，通過考慮各斜板拉壓變形，控制所述剪力墻的各階段受力特點，進而確定其屈服荷載和屈服位移。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防屈曲開斜槽鋼板耗能剪力墻，其特征是:對于開設(shè)有多排等長斜槽的防屈曲耗能鋼板剪力墻，將鋼板劃分成多個區(qū)域，在每個區(qū)域上開設(shè)平行的等長斜槽，進而形成槽間等長斜板，在小震作用下，以等長的槽間斜板以拉壓作用承擔外荷載；在大震作用下，通過等長的槽間斜板拉壓屈服耗能耗散地震輸入能，因槽間斜板具有相同長度，各斜板可以實現(xiàn)同時屈服，通過考慮各斜板拉壓變形，控制所述剪力墻的受力特點，進而確定其屈服荷載和屈服位移。
【文檔編號】E04B2/56GK203583717SQ201320483021
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】歐進萍, 金雙雙 申請人:歐進萍