一種可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是涉及一種可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻。該可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻包括內(nèi)嵌鋼板、混凝土蓋板、邊緣構(gòu)件、縱向加勁肋，縱向鋼板條、橫向鋼板組?；炷辽w板、縱向鋼板條、橫向鋼板組均與內(nèi)嵌鋼板固定相連，相當(dāng)于在水平向和豎向都對內(nèi)嵌鋼板增加了一道面外約束；同時(shí)縱向鋼板條和橫向鋼板組將大塊的內(nèi)嵌鋼板分成了小的區(qū)格，可以提高鋼板剪力墻的承載能力，并有效防止內(nèi)嵌鋼板的面外屈曲。因而本發(fā)明鋼板剪力墻的耗能能力、側(cè)向剛度及延性性能均得到大幅提高，并可作為結(jié)構(gòu)中的承重構(gòu)件，分擔(dān)結(jié)構(gòu)中其他承重構(gòu)件的負(fù)擔(dān)。
【專利說明】一種可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是涉及一種具有較大抗側(cè)剛度、較高后期承載能力、較強(qiáng)耗能能力，并可作為結(jié)構(gòu)中豎向承重構(gòu)件的鋼板剪力墻。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼板剪力墻是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，其具有較好的延展性和延性、較大的側(cè)向剛度、較強(qiáng)的耗能能力，抗震性能出眾。美國、日本等發(fā)達(dá)國家已率先將其應(yīng)用于實(shí)際工程，近年來，我國的部分高烈度地區(qū)也逐漸開始應(yīng)用，如:天津的津塔、上海錦江飯店等。早期的鋼板剪力墻設(shè)計(jì)以彈性屈曲荷載作為承載能力極限狀態(tài)，導(dǎo)致鋼板很厚或者加勁肋非常密集，造成材料的極大浪費(fèi)，大幅增加了建造成本。然而對薄鋼板而言，雖然研究表明薄鋼板發(fā)生面外屈曲以后仍具有較高的承載能力，其抗側(cè)力主要來源于薄鋼板屈曲后形成的拉力帶，但是拉力帶的存在使得薄鋼板剪力墻的滯回曲線存在嚴(yán)重的捏攏現(xiàn)象，同時(shí)鋼板屈曲時(shí)也伴隨著較大的聲響，給人的心理帶來恐慌。
[0003]傳統(tǒng)的防屈曲鋼板剪力墻一般利用混凝土蓋板作為約束鋼板面外屈曲的外部構(gòu)件，通過螺栓將鋼板和混凝土蓋板緊密相連，二者之間不留空隙，能提高剪力墻的抗側(cè)剛度。但由于內(nèi)嵌鋼板的屈曲從一開始便受到混凝土蓋板的約束，使混凝土蓋板一直處在受彎狀態(tài)之中，對混凝土蓋板造成了過重的負(fù)擔(dān)，混凝土蓋板可能過早的發(fā)生破壞，對內(nèi)嵌鋼板的約束作用隨之減弱。再者由于傳統(tǒng)防屈曲鋼板剪力墻采用的內(nèi)嵌鋼板較薄，在受力時(shí)一般僅考慮剪切力對其性能的影響，盡量避免其承受豎向荷載，以免造成鋼板剪力墻的過早破壞，故無法分擔(dān)結(jié)構(gòu)中承重構(gòu)件的負(fù)擔(dān)，對整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的貢獻(xiàn)有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于，提供一種具有較大抗側(cè)剛度、較高后期承載能力、較強(qiáng)耗能能力，并可作為結(jié)構(gòu)中豎向承重構(gòu)件的鋼板剪力墻。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)該目的:
[0006]一種可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻，包括內(nèi)嵌鋼板、混凝土蓋板、邊緣構(gòu)件、縱向加勁肋，縱向鋼板條、橫向鋼板組；所述邊緣構(gòu)件包括邊緣梁、邊緣柱，所述內(nèi)嵌鋼板與邊緣梁固定相連；所述混凝土蓋板的數(shù)量為2，縱向加勁肋的數(shù)量為4，縱向鋼板條的數(shù)量至少為2，橫向鋼板組的數(shù)量至少為6 ;所述混凝土蓋板、縱向加勁肋、縱向鋼板條、橫向鋼板組均對稱固定于內(nèi)嵌鋼板兩側(cè)，且均與內(nèi)嵌鋼板(直接或間接)相連；其中，位于同一側(cè)的兩根縱向加勁肋分別設(shè)置于內(nèi)嵌鋼板的兩端，混凝土蓋板、縱向鋼板條、橫向鋼板組均設(shè)置于位于同一側(cè)的兩根縱向加勁肋之間；所述橫向鋼板組由設(shè)置于同一側(cè)的、于同一水平面上的橫向鋼板組成，所述橫向鋼板條設(shè)置于縱向加勁肋與相鄰縱向鋼板條之間、以及兩相鄰縱向鋼板條之間；所述混凝土蓋板與內(nèi)嵌鋼板存在間隙；所述縱向鋼板條、橫向鋼板組均設(shè)置于內(nèi)嵌鋼板與混凝土蓋板之間。
[0007]進(jìn)一步的，所述混凝土蓋板與縱向加勁肋的加強(qiáng)部分、邊緣構(gòu)件之間存在間隙。[0008]進(jìn)一步的，所述縱向鋼板條的數(shù)量為2，橫向鋼板組的數(shù)量為6 ;各縱向鋼板條均設(shè)置于同一側(cè)兩縱向加勁肋中間；位于同一側(cè)的橫向鋼板組等距地設(shè)置于內(nèi)嵌鋼板的上部、中部、以及下部。
[0009]進(jìn)一步的，所述縱向鋼板條兩端均與邊緣梁固定相連。
[0010]進(jìn)一步的，所述縱向鋼板條、橫向鋼板組中每根橫向鋼板條的厚度均等于內(nèi)嵌鋼板與混凝土蓋板之間的間距。
[0011]進(jìn)一步的，所述縱向鋼板條、橫向鋼板組中每根橫向鋼板條的寬度均為10?20mmo
[0012]進(jìn)一步的，所述內(nèi)嵌鋼板與混凝土蓋板之間的間距為3?30mm。
[0013]進(jìn)一步的，所述混凝土蓋板與邊緣構(gòu)件的間距為10?50mm。
[0014]進(jìn)一步的，所述混凝土蓋板與縱向加勁肋的加強(qiáng)部分的間距為10?50mm。
[0015]進(jìn)一步的，所述內(nèi)嵌鋼板與至少一根邊緣柱固定相連。
[0016]本發(fā)明通過在傳統(tǒng)的鋼板剪力墻兩側(cè)設(shè)置縱向加勁肋，并在同一側(cè)的兩縱向加勁肋之間設(shè)置縱向鋼板條、橫向鋼板組、混凝土蓋板；混凝土蓋板、縱向鋼板條、橫向鋼板組均與內(nèi)嵌鋼板固定相連，相當(dāng)于在水平方向和豎直方向都對內(nèi)嵌鋼板增加了一道面外約束。而且縱向鋼板條將內(nèi)嵌鋼板分成若干區(qū)塊，在地震荷載、風(fēng)荷載等水平荷載作用下，由于縱向加勁肋和縱向鋼板條的存在，減小了水平方向上內(nèi)嵌鋼板的高厚比，使內(nèi)嵌鋼板在每一個(gè)區(qū)塊內(nèi)的受力特性接近厚板，從而大幅提高水平方向屈曲臨界荷載；在豎向荷載作用下，每個(gè)區(qū)塊的橫向鋼板條將內(nèi)嵌鋼板豎向穩(wěn)定性計(jì)算的計(jì)算高度減小至少一半，屈曲臨界荷載增加至少四倍，對內(nèi)嵌鋼板的水平向承載能力和豎向承載能力均進(jìn)行了加強(qiáng)，有效防止內(nèi)嵌鋼板的面外屈曲。
[0017]另外，縱向鋼板條和橫向鋼板組也起到了加勁肋的作用。同樣可以提高鋼板剪力墻的承載能力，并有效防止內(nèi)嵌鋼板的面外屈曲。因而本發(fā)明鋼板剪力墻的耗能能力、側(cè)向剛度及延性性能均得到大幅提高，并能夠作為結(jié)構(gòu)中豎向承重構(gòu)件使用，分擔(dān)結(jié)構(gòu)中其他承重構(gòu)件的負(fù)擔(dān)。
[0018]所述混凝土蓋板與內(nèi)嵌鋼板之間設(shè)置間隙，可避免內(nèi)嵌鋼板的屈曲從一開始就受到混凝土蓋板的約束，進(jìn)而防止混凝土蓋板過早的發(fā)生破壞，提高剪力墻的抗側(cè)剛度。
[0019]本發(fā)明提供的可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻可以作為高層建筑鋼結(jié)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)的一種新型承載構(gòu)件和耗能構(gòu)件，其具有較大抗側(cè)剛度、較高后期承載能力、較強(qiáng)耗能能力，并可作為結(jié)構(gòu)中豎向承重構(gòu)件，在地震作用下有效耗能。在風(fēng)荷載和常遇地震作用下，本發(fā)明主要提供抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)反應(yīng)始終處于彈性階段；在罕遇地震作用下，本發(fā)明主要提供延性和耗能能力，并可以有效防止結(jié)構(gòu)倒塌。
[0020]本發(fā)明滯回飽滿，制作施工簡易，是一種優(yōu)越的耗能減震構(gòu)件。即使相對于較薄的鋼板剪力墻，也可以獲得較高的耗能能力和延性，可有效降低結(jié)構(gòu)的成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例的主視圖。
[0022]圖2為圖1中鋼板剪力墻的A-A截面視圖。
[0023]圖3為圖1中鋼板剪力墻的分解圖(去除混凝土蓋板)。[0024]圖4為圖1中混凝土蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]附圖標(biāo)識(shí)說明:1-內(nèi)嵌鋼板，2-混凝土蓋板，3-縱向加勁肋，4-縱向鋼板條，5-邊緣梁，6-邊緣柱，7-橫向鋼板條，8-雙向配筋。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合附圖以及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0027]圖1至3所示為本發(fā)明可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻其中一個(gè)實(shí)施例。
[0028]該可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻包括內(nèi)嵌鋼板1、混凝土蓋板2、邊緣構(gòu)件、縱向加勁肋3，縱向鋼板條4、橫向鋼板組。所述內(nèi)嵌鋼板I采用低屈服點(diǎn)高延性鋼材或高強(qiáng)度高延性鋼材。所述邊緣構(gòu)件包括邊緣梁5、邊緣柱6，所述內(nèi)嵌鋼板I位于上、下兩邊緣梁5之間，且與邊緣梁5固定相連。
[0029]參見圖2、圖3，所述混凝土蓋板2的數(shù)量為2，縱向加勁肋3的數(shù)量為4，縱向鋼板條4的數(shù)量為2，橫向鋼板組的數(shù)量為6。所述混凝土蓋板2、縱向加勁肋3、縱向鋼板條4、橫向鋼板組均對稱固定于內(nèi)嵌鋼板I兩側(cè)，具體的，縱向加勁肋3、縱向鋼板條4、橫向鋼板組均與內(nèi)嵌鋼板I焊接固定，混凝土蓋板2通過螺栓、螺母與內(nèi)嵌鋼板I固定相連。其中，位于同一側(cè)的兩根縱向加勁肋3分別設(shè)置于內(nèi)嵌鋼板I的左右兩端；所述縱向鋼板條4設(shè)置于位于同一側(cè)的兩根縱向加勁肋3的中間位置上，并且其上、下兩端均與邊緣梁5固定相連；位于同一側(cè)的橫向鋼板組等距地設(shè)置于內(nèi)嵌鋼板I的上部、中部、以及下部，所述橫向鋼板組由設(shè)置于同一側(cè)的、于同一水平面上的2根橫向鋼板條7組成，并且橫向鋼板條7均設(shè)置于縱向加勁肋3與相鄰縱向鋼板條4之間。
[0030]本實(shí)施例在內(nèi)嵌鋼板I中間位置設(shè)置縱向鋼板條4，縱向鋼板條4、縱向加勁肋3將內(nèi)嵌鋼板I分成兩個(gè)區(qū)塊。在各區(qū)塊的上部、下部和中間位置固定橫向鋼板條7，并通過螺栓、螺母將混凝土蓋板2固定，相當(dāng)于在水平方向和豎直方向都對內(nèi)嵌鋼板I增加了 一道面外約束。
[0031]在地震荷載、風(fēng)荷載等水平荷載作用下，由于縱向加勁肋3和縱向鋼板條4的存在，減小了水平方向上內(nèi)嵌鋼板I的高厚比，使內(nèi)嵌鋼板I在每一個(gè)區(qū)塊內(nèi)的受力特性接近厚板，從而大幅提高水平方向屈曲臨界荷載。在豎向荷載作用下，每個(gè)區(qū)塊的三條橫向鋼板條7將內(nèi)嵌鋼板I豎向穩(wěn)定性計(jì)算的計(jì)算高度減小一半，屈曲臨界荷載增加四倍。因而對內(nèi)嵌鋼板I的水平向承載能力和豎向承載能力均進(jìn)行了加強(qiáng)，有效防止內(nèi)嵌鋼板I的面外屈曲。另外，縱向鋼板條4和橫向鋼板條7也起到了加勁肋的作用，同樣可以提高鋼板墻的承載能力，并有效防止內(nèi)嵌鋼板I的面外屈曲。
[0032]而且混凝土蓋板2可以較好的為內(nèi)嵌鋼板I提供面外約束，進(jìn)而提高鋼板墻的承載能力，并有效防止內(nèi)嵌鋼板I的面外屈曲，從而使鋼板剪力墻的耗能能力、側(cè)向剛度及延性性能均得到大幅提高，并能夠作為結(jié)構(gòu)中豎向承重構(gòu)件使用，分擔(dān)結(jié)構(gòu)中其他承重構(gòu)件的負(fù)擔(dān)。
[0033]參見圖1、圖2，所述混凝土蓋板2與縱向加勁肋3的加強(qiáng)部分、邊緣構(gòu)件、內(nèi)嵌鋼板I均存在間隙；所述縱向鋼板條4、橫向鋼板組均設(shè)置于內(nèi)嵌鋼板I與混凝土蓋板2之間。具體的，所述內(nèi)嵌鋼板I與混凝土蓋板2之間的間距為3?30mm ;所述混凝土蓋板2與邊緣構(gòu)件的間距為10?50mm,混凝土蓋板2與縱向加勁肋3的加強(qiáng)部分的間距為10?50mm。所述縱向鋼板條4、橫向鋼板組中每根橫向鋼板條7厚度均等于內(nèi)嵌鋼板I與混凝土蓋板2之間的間距，寬度均為10?20mm。同時(shí)混凝土蓋板2通過螺栓、螺母與縱向鋼板條4、橫向鋼板組緊密相連。
[0034]混凝土蓋板2與內(nèi)嵌鋼板I之間設(shè)置間隙，可避免內(nèi)嵌鋼板I的屈曲從一開始就受到混凝土蓋板2的約束，進(jìn)而防止混凝土蓋板2過早的發(fā)生破壞，提高剪力墻的抗側(cè)剛度。而混凝土蓋板2與邊緣構(gòu)件、縱向加勁肋3的加強(qiáng)部分之間設(shè)置間隙，可保證剪力墻在受力過程中混凝土蓋板2與邊緣構(gòu)件、縱向加勁肋3的加強(qiáng)部分相互不致發(fā)生碰撞。所述縱向加勁肋3的加強(qiáng)部分是指縱向加勁肋3中與內(nèi)嵌鋼板I相垂直部分。
[0035]鋼板剪力墻的混凝土蓋板與內(nèi)嵌鋼板間預(yù)留空隙的設(shè)計(jì)原則為:
[0036]I)確定鋼板剪力墻的抗剪極限承載力計(jì)算公式:
[0037]Fv = Θ.a.tp.fv
[0038]其中a為內(nèi)嵌鋼板的橫向?qū)挾?；tp為內(nèi)嵌鋼板的厚度；fv為內(nèi)嵌鋼板的剪切屈曲強(qiáng)度；Θ為折減系數(shù)，一般取為0.7?0.9。
[0039]2)按中震考慮地震作用，考慮鋼板剪力墻的各組件的相互作用計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力；在小震作用下，考慮鋼板剪力墻保持彈性狀態(tài)；
[0040]3)鋼板剪力墻的設(shè)計(jì)關(guān)鍵之一是計(jì)算內(nèi)嵌鋼板的厚度，原則是保證內(nèi)嵌鋼板在大震作用下能夠進(jìn)入屈服階段并耗能，設(shè)計(jì)應(yīng)保證內(nèi)嵌鋼板、混凝土蓋板的破壞先于邊緣框架，做到“強(qiáng)框架弱墻板”;在小震作用下，要能夠滿足鋼板剪力墻承載力要求及彈性位移限值；
[0041]4)鋼板剪力墻的設(shè)計(jì)關(guān)鍵之二是決定混凝土蓋板的剛度，其原則是在大震作用下保證內(nèi)嵌鋼板始終不發(fā)生面外屈曲。
[0042]參見圖1，所述內(nèi)嵌鋼板I還可以與其中一根邊緣柱6或兩根邊緣柱6固定相連。
[0043]參見圖3，所述縱向加勁肋3為角鋼，所述縱向加勁肋3的加強(qiáng)部分為角鋼中與內(nèi)嵌鋼板I相垂直的一邊；所述角鋼的另一邊夾在混凝土蓋板2與內(nèi)嵌鋼板I之間，其厚度等于混凝土蓋板2與內(nèi)嵌鋼板I的間距。
[0044]參見4，所述混凝土蓋板2內(nèi)設(shè)置雙向配筋8，以加強(qiáng)混凝土蓋板2的剛度。
[0045]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻，其特征在于:包括內(nèi)嵌鋼板、混凝土蓋板、邊緣構(gòu)件、縱向加勁肋，縱向鋼板條、橫向鋼板組；所述邊緣構(gòu)件包括邊緣梁、邊緣柱，所述內(nèi)嵌鋼板與邊緣梁固定相連；所述混凝土蓋板的數(shù)量為2，縱向加勁肋的數(shù)量為4，縱向鋼板條的數(shù)量至少為2，橫向鋼板組的數(shù)量至少為6 ;所述混凝土蓋板、縱向加勁肋、縱向鋼板條、橫向鋼板組均對稱固定于內(nèi)嵌鋼板兩側(cè)，且均與內(nèi)嵌鋼板相連；其中，位于同一側(cè)的兩根縱向加勁肋分別設(shè)置于內(nèi)嵌鋼板的兩端，混凝土蓋板、縱向鋼板條、橫向鋼板組均設(shè)置于位于同一側(cè)的兩根縱向加勁肋之間；所述橫向鋼板組由設(shè)置于同一側(cè)的、于同一水平面上的橫向鋼板組成，所述橫向鋼板條設(shè)置于縱向加勁肋與相鄰縱向鋼板條之間、以及兩相鄰縱向鋼板條之間；所述混凝土蓋板與內(nèi)嵌鋼板存在間隙；所述縱向鋼板條、橫向鋼板組均設(shè)置于內(nèi)嵌鋼板與混凝土蓋板之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻，其特征在于:所述混凝土蓋板與縱向加勁肋的加強(qiáng)部分、邊緣構(gòu)件之間存在間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻，其特征在于:所述縱向鋼板條的數(shù)量為2，橫向鋼板組的數(shù)量為6 ;各縱向鋼板條均設(shè)置于同一側(cè)兩縱向加勁肋中間；位于同一側(cè)的橫向鋼板組等距地設(shè)置于內(nèi)嵌鋼板的上部、中部、以及下部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻，其特征在于:所述縱向鋼板條兩端均與邊緣梁固定相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻，其特征在于:所述縱向鋼板條、橫向鋼板組中每根橫向鋼板條的厚度均等于內(nèi)嵌鋼板與混凝土蓋板之間的間距。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻，其特征在于:所述縱向鋼板條、橫向鋼板組中每根橫向鋼板條的寬度均為10?20mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻，其特征在于:所述內(nèi)嵌鋼板與混凝土蓋板之間的間距為3?30mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻，其特征在于:所述混凝土蓋板與邊緣構(gòu)件的間距為10?50mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻，其特征在于:所述混凝土蓋板與縱向加勁肋的加強(qiáng)部分的間距為10?50mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可作為豎向承重構(gòu)件的屈曲約束鋼板剪力墻，其特征在于:所述內(nèi)嵌鋼板與至少一根邊緣柱固定相連。
【文檔編號】E04B1/98GK103696511SQ201410005466
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】譚平, 李洋, 張穎, 李高仰, 魏瑤, 龍耀球 申請人:廣州大學(xué)