專利名稱：一種端板螺栓鋼連梁聯(lián)肢剪力墻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及高層建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)，具體涉及用于高層建筑的鋼連梁聯(lián)肢剪力墻。
背景技術(shù)：
我國人口眾多，建筑用地資源日益稀缺，高層、超高層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)將日益成為我國城市建筑的主流。聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)是通過連梁將兩片或多片單肢剪力墻耦合起來共同抵抗水平荷載尤其是地震作用的一種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，廣泛應(yīng)用于我國高層、超高層建筑中。在中等強度地震或大地震發(fā)生時主要通過連梁的端部和剪力墻肢的底部形成塑性鉸來耗散地震能量，并且連梁應(yīng)率先進(jìn)入塑性，作為主要的耗能構(gòu)件而消耗結(jié)構(gòu)振動能量，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)安全，從而實現(xiàn)“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。然而，在我國2008年的汶川地震中，鋼筋混凝土聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁卻較為普遍地出現(xiàn)了剪切破壞，而剪切破壞是一種脆性破壞模式，其延性和耗能能力較差，連梁的過早剪切破壞將導(dǎo)致聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的強度和剛度顯著退化，進(jìn)而加深結(jié)構(gòu)的破壞程度甚至引起倒塌。因此，如何提高高烈度地震區(qū)聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的耗能能力和實現(xiàn)聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計仍然是聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。我國城市里的住宅、寫字樓等民用建筑越來越普遍的采用高層、超高層結(jié)構(gòu)，為了滿足抗震、抗風(fēng)的要求，常常采用剪力墻核心筒這樣的結(jié)構(gòu)體系。由于建筑功能上的需要，剪力墻上一般都會有開洞，當(dāng)洞口的數(shù)量和面積達(dá)到一定程度，就形成聯(lián)肢剪力墻，相當(dāng)于將多個剪力墻通過上下洞口之間的連梁連接起來共同抵御側(cè)向力作用。國內(nèi)外大量研究表明，聯(lián)肢剪力墻比單肢剪力墻更經(jīng)濟(jì)，受力更合理，因而是目前我國高層住宅等民用建筑的主要結(jié)構(gòu)形式之一。目前，聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁主要有鋼筋混凝土連梁、鋼連梁和鋼-混凝土組合連梁三種形式。以往的研究以及我國汶川地震的震害調(diào)查均表明鋼筋混凝土連梁變形能力差，截面的轉(zhuǎn)動變形能力有限，其在剪壓比稍高時的破壞形態(tài)便趨于脆性剪切破壞，無法實現(xiàn)對連梁高延性和高耗能能力的要求，新西蘭Paulay T.教授等提出了交叉暗柱式配筋連梁該類連梁雖然具有很好的承載力、延性和耗能能力，并為多國規(guī)范所采用，但由于其施工復(fù)雜在我國一直未能推廣應(yīng)用?；诖耍瑖鴥?nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為在高烈度地震區(qū)采用鋼連梁或鋼一混凝土組合連梁來代替鋼筋混凝土連梁是聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)一個較為理想的選擇。但是，研究與工程實踐均已證明，鋼連梁或者鋼-混凝土組合連梁與剪力墻的傳統(tǒng)連接方式由于涉及到鋼梁與鋼筋混凝土墻體的連接，因而構(gòu)造復(fù)雜，施工要求高、難度大，理論分析與設(shè)計難度大，常常成為地震作用傳力路徑上的薄弱環(huán)節(jié)，破壞模式多樣，難以準(zhǔn)確預(yù)測，對于地震后的修復(fù)與加固難度也非常大。另外，傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)房屋的梁和柱都是通過在施工現(xiàn)場進(jìn)行焊接作業(yè)進(jìn)行連接的，然而，1994年發(fā)生的美國加利福尼亞州北嶺地震中，大量鋼結(jié)構(gòu)房屋的梁-柱節(jié)點的焊接部位發(fā)生脆性破壞，嚴(yán)重?fù)p害了鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能，造成了極大的損失。焊接梁-柱、節(jié)點之所以出現(xiàn)問題，主要是由于梁、柱構(gòu)件就位以后，造成現(xiàn)場施工的焊接作業(yè)存在不可避免的缺陷。

實用新型內(nèi)容針對傳統(tǒng)聯(lián)肢剪力墻采用的鋼筋混凝土連梁無法滿足結(jié)構(gòu)抗震的延性需要，而新型的鋼連梁或者鋼-混凝土組合連梁與混凝土剪力墻的傳統(tǒng)連接方式存在構(gòu)造復(fù)雜、施工技術(shù)要求高且難度大、分析與設(shè)計難度大的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種施工方便，設(shè)計簡單，且具有更為優(yōu)良的抗震性能的新型聯(lián)肢剪力墻。實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種鋼連梁聯(lián)肢剪力墻，包括混凝土剪力墻；其特征在于，在混凝土剪力墻中預(yù)埋不參與受力的鋼框架，鋼連梁與預(yù)埋鋼框架的鋼柱通過端板螺栓連接；將鋼連梁靠近剪力墻邊緣的端部位置局部削弱截面，為“狗骨式”。相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下優(yōu)點I、本實用新型著眼于解決鋼連梁與剪力墻之間的連接問題并進(jìn)一步改善鋼連梁抗震耗能性能，將不參與受力的鋼框架預(yù)埋到剪力墻中，鋼連梁與鋼框架柱通過端板螺栓連接，從而形成聯(lián)肢剪力墻，將靠近剪力墻位置的鋼連梁截面局部削弱，形成“狗骨式”構(gòu)造。這樣不但能夠徹底解決連梁-剪力墻的連接問題，實現(xiàn)施工簡便，分析與設(shè)計更簡單，還能通過采用狗骨式構(gòu)造，實現(xiàn)塑性變形集中，進(jìn)一步增強了鋼連梁的耗能減震能力。2、本實用新型采用端板螺栓連接則避免了現(xiàn)場焊接作業(yè)，端板是在預(yù)制工廠里焊 接到連梁上的，在施工現(xiàn)場，只需要將鋼連梁通過端板栓接到預(yù)埋鋼柱上，就能形成可靠的連梁-剪力墻連接。3、本實用新型創(chuàng)造性地解決了鋼連梁與剪力墻的連接問題，同時，由于連梁-剪力墻的連接接節(jié)點由型鋼-混凝土組合節(jié)點轉(zhuǎn)化為施工上極為簡單的型鋼-型鋼端板螺栓連接節(jié)點，帶來一系列設(shè)計與施工上的便利，而創(chuàng)造性的采用“狗骨式”連梁端部構(gòu)造，能夠更進(jìn)一步提高鋼連梁乃至聯(lián)肢剪力墻的抗震性能。

圖I是本實用新型端板螺栓鋼連梁聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)立面示意圖；圖2是圖I的平面圖；圖3是鋼連梁立面示意圖；圖4是圖3的1-1剖視圖；圖5是鋼連梁平面示意圖。圖中，混凝土剪力墻一 1，預(yù)埋鋼框架一2，鋼連梁一3，端板一4，螺栓一5，削弱截面一6，“狗骨式”梁端一 7，加勁板一8。
具體實施方式
實施例I :參見圖I 圖2，一種鋼連梁聯(lián)肢剪力墻，它是在混凝土剪力墻I中預(yù)埋鋼框架2，鋼連梁3與預(yù)埋鋼框架2的鋼柱連接，所述鋼連梁3與預(yù)埋鋼框架2的鋼柱的連接方式為端板4螺栓5連接；將鋼連梁3靠近剪力墻邊緣的端部位置局部削弱截面6，形成“狗骨式”梁端7，通過加勁板8保證鋼連梁3中間區(qū)段的穩(wěn)定性與抗剪強度。本實用新型充分利用鋼連梁的優(yōu)勢，同時解決鋼連梁與混凝土剪力墻的連接節(jié)點復(fù)雜并改善鋼連梁耗能能力抗震性能，進(jìn)而進(jìn)一步提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。本實用新型中，預(yù)埋鋼框架2的設(shè)置，是為了滿足鋼連梁3與混凝土剪力墻I連接的施工需要，并不需要參與承擔(dān)水平地震作用，但也可以根據(jù)實際需要，將其設(shè)計成為抗側(cè)力體系的一部分，與混凝土剪力墻協(xié)同工作，共同抵御水平地震作用。由于預(yù)埋鋼框架2的存在，使得鋼連梁3能夠直接與鋼柱連接，實現(xiàn)與剪力墻的連接。同時，由于鋼連梁3與剪力墻I的連接創(chuàng)造性轉(zhuǎn)變?yōu)殇撨B梁與鋼框架的連接，其節(jié)點構(gòu)造可以采用是施工上極為簡便的端板螺栓連接，傳力路徑明確，分析設(shè)計簡單。參見圖3，狗骨式端板螺栓連接的施工過程首先，在鋼構(gòu)件預(yù)制工廠，鋼梁的兩端進(jìn)行局部削弱作業(yè)，形成狗骨式構(gòu)造，再在梁兩端焊接端板，形成如圖3 圖5所示的鋼連梁構(gòu)件。令bf為鋼連梁翼緣寬度，d為鋼連梁高度，則局部削弱截面的幾何尺寸可規(guī)定如下從梁端之開始進(jìn)行削弱的截面間距 a=(0. 5 0. 75) bf ;削弱截面的梁段寬度b=(0. 65 0. 85) d ;削弱截面的最大深度C= (0
0.25)bf。某由于焊接是在工廠進(jìn)行，可以完全按照工藝要求進(jìn)行施工，不會造成焊接缺陷，因此，地震作用下端板與梁端的焊接不會發(fā)生破壞。端板上預(yù)留空洞，與剪力墻中的預(yù)埋鋼柱上的相應(yīng)位置的空洞吻合。將強度等級為Q420或Q490的高強度螺桿穿過鋼連梁端板與鋼柱翼緣，并施加一定的預(yù)拉力(一般為高強螺栓抗拉強度的30%左右)，從而將鋼連梁與預(yù)埋鋼柱連接在一起。最后澆筑剪力墻混凝土。本實用新型所述的鋼連梁的“狗骨式”梁端構(gòu)造，指的是將距離鋼梁端部一定距離以及一定梁段寬度內(nèi)的上、下翼緣截面削弱，造成局部薄弱部位。在地震中，由于鋼連梁兩端的彎矩作用最大，在梁端將彎矩作用傳遞給剪力墻過程中，由于鋼材與混凝土兩種材料性質(zhì)的不同，往往會導(dǎo)致梁端附近的剪力墻混凝土發(fā)生局部脆性承壓破壞，削弱連梁與剪力墻的連接，增加修復(fù)的難度與成本。采用“狗骨式”梁端構(gòu)造后，靠近梁端被削弱的截面部分形成薄弱部位，盡管該部位的彎矩要小于梁端彎矩，但是由于截面被削弱，因此會先于梁端截面屈服并進(jìn)入塑性階段，因此鋼連梁的彎矩會重新分布，在削弱截面部位達(dá)到塑性彎矩以后，梁端彎矩不會再增加，鋼連梁的塑性變形與耗能集中于截面削弱薄弱部位，因此，與梁端相連的剪力墻混凝土以及端板與梁端的焊接均得到保護(hù)。本實用新型創(chuàng)造性的引入“狗骨式”鋼連梁端部構(gòu)造，通過局部削弱截面，實現(xiàn)塑性變形局部集中，改善了鋼連梁抗震耗能能力，進(jìn)一步提高了整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。本實用新型創(chuàng)造解決了聯(lián)肢剪力墻中鋼連梁與剪力墻的連接問題，同時，由于連梁-剪力墻的連接接節(jié)點由型鋼-混凝土組合節(jié)點轉(zhuǎn)化為型鋼-型鋼節(jié)點，帶來一系列設(shè)計與施工上的便利。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種端板螺栓鋼連梁聯(lián)肢剪力墻，包括混凝土剪力墻；其特征在于，在混凝土剪力墻中預(yù)埋鋼框架，鋼連梁與預(yù)埋鋼框架的鋼柱采用端板螺栓連接；將鋼連梁靠近剪力墻邊緣的端部位置局部削弱截面，做成鋼連梁的“狗骨式”梁端構(gòu)造。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述端板螺栓鋼連梁聯(lián)肢剪力墻，其特征在于，所述鋼連梁的“狗骨式”梁端構(gòu)造，是將距離鋼梁端部一定距離以及一定梁段寬度內(nèi)的上、下翼緣截面削弱，形成局部薄弱部位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述端板螺栓鋼連梁聯(lián)肢剪力墻，其特征在于，所述局部削弱部位的幾何尺寸為從梁端之開始進(jìn)行削弱的截面間距a=(0. 5 0. 75)bf ;削弱截面的梁段寬度b=(0. 65 0. 85) d ;削弱截面的最大深度C= (0 0. 25) bf。
專利摘要本實用新型提供一種端板螺栓鋼連梁聯(lián)肢剪力墻，它是在混凝土剪力墻中預(yù)埋鋼框架，鋼連梁與預(yù)埋鋼框架的鋼柱通過端板螺栓連接；將鋼連梁靠近剪力墻邊緣的端部位置局部削弱截面，形成“狗骨式”構(gòu)造。本實用新型著眼于解決鋼連梁與剪力墻之間的連接問題并改善鋼連梁的抗震耗能性能，將鋼框架預(yù)埋到剪力墻中，鋼連梁與鋼框架柱采用端板螺栓連接方式，并將鋼連梁端部局部范圍內(nèi)的截面削弱，形成“狗骨式”構(gòu)造。這樣不但能夠徹底解決鋼連梁-混凝土剪力墻的連接問題，實現(xiàn)施工簡便，分析與設(shè)計更簡單，還能通過“狗骨式”構(gòu)造，增強鋼連梁的耗能減震能力，提高聯(lián)肢剪力墻體系的抗震性能。
文檔編號E04B1/98GK202483027SQ20122011389
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者伍云天, 李英民, 肖巖 申請人:重慶大學(xué)