專利名稱：分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新型抗側力、分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻，屬于結構工程技術領域。
背景技術：
在鋼板剪力墻的發(fā)展初期，鋼板墻以彈性屈曲荷載作為承載能力極限狀態(tài)，因而早期設 計的鋼板墻一般很厚或加勁肋非常密集。雖然這種厚鋼板剪力墻或加勁鋼板墻具有良好的耗 能能力、較大的剛度及抗剪承載力，但其最大的缺點是浪費材料、造價昂貴，同時剛度過大 會使得鋼框架先于鋼板墻破壞，這是抗震設防原則不允許的；從經濟性考慮，薄鋼板墻是設 計工作者首選的抗側力構件，其抗側力主要來源于鋼板屈曲后形成的拉力帶。然而由于采用 薄鋼板帶來的這種屈曲后拉力帶的存在，使得薄鋼板墻的滯回曲線存在嚴重的捏攏現象，同 時鋼板屈曲時也伴隨較大的聲響；為了解決薄鋼板墻存在的上述問題，本申請人在中國專利 (ZL200410091547.3)提出了防屈曲鋼板墻的新結構并付諸于實施。從防屈曲鋼板墻的實施 效果來看，采用一塊預制的混凝土蓋板作為薄鋼板墻兩側或單側的約束構件，在正常墻面尺 寸下其制作與施工存在一定的難度。這是因為正常墻面面積太大，采用一塊預制混凝土蓋板，在制作、運輸及施工過程中易于開裂，現場也不容易安裝。鑒于上述已有技術存在的各種問題，本申請?zhí)岢隽朔謪^(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻， 它是將一面墻分成若干區(qū)塊，在每一區(qū)塊內實現抑制鋼板墻屈曲的目的。區(qū)塊之間，設置無 粘結的型鋼加勁肋，實現在區(qū)格邊框處加勁的目的。這樣的分區(qū)，不僅降低了預制混凝土蓋 板的厚度，達到了抑制鋼板屈曲的目的，同時也克服了屈曲聲響，提高了耗能能力，特別是 克服了大塊混凝土蓋板制作與安裝的困難。發(fā)明內容發(fā)明的目的在于提供一種具有較大的抗側剛度，同時能在大震作用下有效消能的鋼板剪 力墻。本發(fā)明提出的分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻，其特征在于所述剪力墻由內嵌鋼板 (2)單元、外圍約束單元及邊緣構件組成；所述外圍約束單元由若干塊分區(qū)的混凝土蓋板(3) 及型鋼加勁肋組成；所述邊緣構件由邊緣柱(1)和邊緣梁(9)組成；所述在各分區(qū)塊之間 的位置處采用豎向型鋼加勁肋(4)及橫向型鋼加勁肋(5)給予加強；所述各分區(qū)塊內混凝 土蓋板(3)采用一般混凝土板；所述內嵌鋼板(2)與各分區(qū)內混凝土蓋板(3)之間通過穿
透二者的螺栓或預應力螺栓(7)連接；所述內嵌鋼板(2)與豎向型鋼加勁肋(4)及橫向型 鋼加勁肋(5)之間通過螺栓或預應力螺栓(7)連接；所述在混凝土蓋板(3)、豎向型鋼加 勁肋(4)及橫向型鋼加勁肋(5)上分別開大圓孔(6)以便螺栓(7)穿過且有足夠的滑移 空間；所述在混凝土蓋板開孔位置預埋一般槽形鋼予以加強，并在加強槽鋼的相應位置也開 大圓孔(6);所述在螺栓或預應力螺栓(7)的螺母與大圓孔之間布設鋼墊片(8);所述外圍 約束單元的各分區(qū)內的混凝土蓋板(3)、型鋼加勁肋、邊緣構件三者之間相互預留一定間隙 (10)。在上述分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻中，所述鋼板剪力墻分為大震滑移的分區(qū)無粘結 防屈曲鋼板墻和完全滑移的分區(qū)無粘結防屈曲鋼板墻兩種。在上述分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻中，所述外圍約束單元為兩側或單側設置。在上述分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻中，所述剪力墻是將一面剪力墻分成若干區(qū)塊， 在每一個分區(qū)塊內，所述外圍約束單元采用混凝土蓋板抑制鋼板的屈曲，達到提高鋼板墻的 耗能能力及降低屈曲噪音的目的。在上述分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻中，所述剪力墻面分區(qū)后，分區(qū)位置的外圍約束 單元采用型鋼加勁肋，所述型鋼加勁肋為帽形、箱形或其它截面形式的冷彎薄壁型鋼。在上述分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻中，所述邊緣構件、型鋼加勁肋及各分區(qū)內混凝 土蓋板三者之間，相互均留有一定的間隙，其值大小取10 50附w，以保證在鋼板墻受力過 程中互相不致發(fā)生碰撞。在上述分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻中，所述內嵌鋼板與邊緣構件的連接或者與周邊 構件全部連接，或者僅與橫梁連接。在上述分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻中，所述內嵌鋼板與邊緣構件采用焊接、螺栓連 接或栓焊混合連接。在上述分區(qū)無粘結防屈曲鋼板剪力墻中，對于所述大震滑移的分區(qū)無粘結防屈曲鋼板墻， 螺栓施加一定的預應力，在約束單元和內嵌鋼板之間產生一定的壓緊力，在小震作用下既能 給內嵌鋼板提供強大的側向支撐作用，保證內嵌鋼板不發(fā)生整體或局部屈曲，而且外圍約束 單元與內嵌鋼板之間通過接觸磨擦共同受力；在大震作用下，所述內嵌鋼板和外圍約束單元 之間的內力差超過它們之間的摩擦力，于是產生相對滑動；在保證內嵌鋼板不發(fā)生面外屈曲 的情況下，鋼板充分發(fā)揮耗能作用。在上述分區(qū)無粘結防屈曲鋼板剪力墻中，對于所述完全滑移的分區(qū)無粘結防屈曲鋼板墻， 螺栓不施加預應力，無論在小震還是在大震作用下，外圍約束單元與內嵌鋼板之間始終可以 相對滑移，約束單元對內嵌鋼板僅提供面外約束，不參與面內受力；內嵌鋼板提供面內剛度 和耗能性能。本發(fā)明通過在傳統(tǒng)的薄鋼板剪力墻兩側或單側增設型鋼加勁肋及分區(qū)混凝土蓋板，可以 有效的防止薄鋼板墻面外屈曲，并克服了實際中采用整塊混凝土蓋板帶來的制作與施工困難。 這種鋼板墻叫"分區(qū)無粘結防屈曲鋼板剪力墻"，簡稱分區(qū)無粘結防屈曲鋼板墻。分區(qū)無粘結 防屈曲鋼板墻既能提供較大的抗側剛度，也能在大震作用下有效消能，并易于制作安裝，這 為其設置了絕佳的市場應用前景。這樣，即使對于比較薄的鋼板，也可以獲得比較高的耗能 性能和延性，同時也大大的降低了結構的成本。本發(fā)明提供的分區(qū)無粘結防屈曲鋼板剪力墻是高層建筑鋼結構或其它結構的一種新型抗 側力構件，它具有抗震性能好、延性高、耗能滯回環(huán)飽滿、制作施工簡便等特點，是一種優(yōu) 越的抗震耗能構件。


圖1為本發(fā)明的防屈曲鋼板剪力墻結構平面示意圖。 圖2為本發(fā)明的防屈曲鋼板剪力墻各單元的分解示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明 如圖1-2所示，l一邊緣柱2— 內嵌鋼板3— 外圍分區(qū)混凝土蓋板 4一外圍豎向型鋼加勁肋5— 外圍橫向型鋼加勁肋6— 混凝土蓋板及型鋼加勁肋上預留的大圓孔7— 內嵌鋼板與外圍混凝土蓋板及型鋼加勁肋之間的連接螺栓8— 螺母與型鋼加勁肋之間的鋼墊片 9一邊緣梁IO—外圍約束單元(混凝土蓋板及型鋼加勁肋)與框架之間的預留縫隙本發(fā)明的分區(qū)無粘結防屈曲鋼板墻由內嵌鋼板、外圍分區(qū)混凝土蓋板、外圍型鋼加勁肋 及邊緣構件組成；邊緣構件由邊緣柱1和邊緣梁9組成；內嵌鋼板2采用低屈服點高延性鋼 材或高強度高延性鋼材；分區(qū)線位置采用豎向型鋼加勁肋4及橫向型鋼加勁肋5;各分區(qū)內 混凝土蓋板采用一般混凝土板3;內嵌鋼板2與各分區(qū)內混凝土蓋板3之間通過穿透二者的 螺栓或預應力螺栓7連接；內嵌鋼板2與豎向型鋼加勁肋4及橫向型鋼加勁肋5之間通過螺 栓或預應力螺栓7連接；在混凝土蓋板3、豎向型鋼加勁肋4及橫向型鋼加勁肋5上分別開 大圓孔6以便螺栓7穿過且有足夠的滑移空間；在混凝土蓋板開孔位置預埋一般槽形鋼給予加強，并在加強槽鋼的相應位置也開大圓孔6;螺栓或預應力螺栓的螺母與大圓孔之間布設 鋼墊片8;外圍各分區(qū)內混凝土蓋板、型鋼加勁肋、邊緣構件三者相互預留一定間隙IO。
墻面分區(qū)后，分區(qū)線位置采用型鋼加勁肋；每一個分區(qū)內，采用混凝土蓋板抑制鋼板的 屈曲，以提高鋼板墻的耗能能力；各分區(qū)內的混凝土蓋板、型鋼加勁肋以及邊緣梁柱構件三 者之間相互預留一定的間隙，目的是保證鋼板墻面內變形時相互不致發(fā)生碰撞。通過高強度 螺栓把混凝土蓋板和型鋼加勁肋與內嵌薄鋼板分別連接，并采用在混凝土蓋板與型鋼加勁肋 上開大圓孔的方法實現螺栓能夠與它們相對滑移的目的，保證混凝土蓋板與型鋼加勁肋不參 與內嵌鋼板在面內的抗側力作用，僅僅提供面外約束。高強度螺栓可以施加一定的預緊力， 滿足在小震下二者共同變形，協同抵抗外荷載；在大震下可以相對滑移，實現混凝土蓋板始 終不會開裂，給鋼板提供持續(xù)的面外約束，其最終目的是克服其滯回曲線的捏攏現象，保證 鋼板發(fā)揮最佳的耗能能力。分區(qū)無粘結防屈曲鋼板墻的種類及受力機理大震滑移的分區(qū)無粘結防屈曲鋼板墻通過給螺栓施加一定的初始預拉力，實現在小震 作用下，內嵌鋼板單元和外圍約束單元在接觸面處不能相對滑移，二者共同受力。在大震作 用下，內嵌鋼板與外圍約束單元開始滑移，外圍約束單元退出面內受力，此后僅給內嵌鋼板 單元提供面外約束剛度。完全滑移的分區(qū)無粘結防屈曲鋼板墻在小震和大震作用下，內嵌鋼板單元和外圍約束 單元在接觸面處均能相對滑移，二者通過螺栓擰緊，但不施加初始預應力。外圍約束單元僅 提供平面外約束剛度，不參與其面內受力；分區(qū)無粘結防屈曲鋼板墻的構造及連接要求-(1) 邊緣構件、型鋼加勁肋及各分區(qū)混凝土蓋板三者相互不接觸，留有一定的間隙，其 值大小取10 50附m ;(2) 內嵌鋼板與邊緣構件(梁和柱)的連接分為兩種，其一是與邊緣構件全部連接，其 二是僅與橫梁連接；(3) 內嵌鋼板與邊緣構件(梁和柱)采用焊接、螺栓連接或栓焊混合連接，視設計而定。 分區(qū)無粘結防屈曲鋼板剪力墻的截面尺寸確定(1) 確定鋼板墻的抗剪極限承載力計算公式K-o.8^。-y;其中"-內嵌鋼板的橫向寬度，~=內嵌鋼板的厚度，乂=內嵌鋼板的剪切屈曲強度(2) 確定外圍約束單元的剛度，包括分區(qū)混凝土蓋板的外觀尺寸、蓋板的厚度、配筋情況及型鋼加勁肋的剛度通過內嵌鋼板與外圍約束單元的整體屈曲分析決定外圍約束單元剛度與內嵌鋼板剛度的比值；在設計時，只要滿足這一比值條件，可以認為約束單元的平面外 約束剛度滿足要求。
防屈曲鋼板剪力墻的設計原則(1) 地震作用計算按中震考慮，并按照框架和墻板元計算結構的內力；在小震作用下， 框架、鋼板墻承載力及層間位移角滿足設計要求；(2) 鋼板墻的設計關鍵之一是決定內嵌鋼板的厚度，其原則是要在大震作用下保證內嵌 鋼板進入屈服而耗能，避免鋼板墻太強導致框架構件先行破壞；內嵌鋼板要有一定的厚度， 以便在小震作用下能滿足構件承載力要求及彈性位移限值。(3) 鋼板墻的設計關鍵之二是決定外圍約束單元的剛度，其原則保證內嵌鋼板始終不發(fā) 生面外屈曲。
權利要求
1、分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻，其特征在于所述剪力墻由內嵌鋼板(2)單元、外圍約束單元及邊緣構件組成；所述外圍約束單元由若干塊分區(qū)的混凝土蓋板(3)及型鋼加勁肋組成；所述邊緣構件由邊緣柱(1)和邊緣梁(9)組成；所述各分區(qū)塊之間的位置采用豎向型鋼加勁肋(4)及橫向型鋼加勁肋(5)；所述各分區(qū)塊內混凝土蓋板(3)采用一般混凝土板；所述內嵌鋼板(2)與各分區(qū)內混凝土蓋板(3)之間通過穿透二者的螺栓或預應力螺栓(7)連接；所述內嵌鋼板(2)與豎向型鋼加勁肋(4)及橫向型鋼加勁肋(5)之間通過螺栓或預應力螺栓(7)連接；所述在混凝土蓋板(3)、豎向型鋼加勁肋(4)及橫向型鋼加勁肋(5)上分別開大圓孔(6)以便螺栓(7)穿過且有足夠的滑移空間；所述在混凝土蓋板開孔位置預埋一般槽形鋼予以加強，并在加強槽鋼的相應位置也開大圓孔(6)；所述在螺栓或預應力螺栓(7)的螺母與大圓孔之間布設鋼墊片(8)；所述外圍約束單元的各分區(qū)內的混凝土蓋板(3)、型鋼加勁肋、邊緣構件三者之間相互預留一定間隙(10)。
2、 根據權利要求1所述的分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻，其特征在于，所述鋼板 剪力墻分為大震滑移的分區(qū)無粘結防屈曲鋼板墻和完全滑移的分區(qū)無粘結防屈曲鋼板墻兩 種。
3、 根據權利要求1所述的分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻，其特征在于所述外圍約束單元在內嵌鋼板兩側或單側設置。
4、 根據權利要求1所述的分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻，其特征在于所述剪力墻是將一面剪力墻分成若干區(qū)塊，在每一個分區(qū)塊內，所述外圍約束單元采用混凝土蓋板抑 制鋼板的屈曲。
5、 根據權利要求1或3所述的分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻，其特征在于所述剪力墻面分區(qū)后，分區(qū)位置的外圍約束單元采用型鋼加勁肋，所述型鋼加勁肋為帽形、箱形 或其它截面形式的冷彎薄壁型鋼。
6、 根據權利要求1所述的分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻，其特征在于，所述邊緣構件、型鋼加勁肋及各分區(qū)內混凝土蓋板三者之間，相互均留有一定的間隙，其值大小取10 50附附。
7、 根據權利要求1所述的分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻，其特征在于，所述內嵌鋼板與邊緣構件的連接或者與周邊構件全部連接，或者僅與橫梁連接。
8、 根據權利要求1所述的分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻，其特征在于，所述內嵌鋼板與邊緣構件采用焊接、螺栓連接或栓焊混合連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分區(qū)塊式無粘結防屈曲鋼板剪力墻，屬于結構工程技術領域。其特征在于所述剪力墻由內嵌鋼板單元、外圍約束單元及邊緣構件組成；所述外圍約束單元由若干塊分區(qū)的混凝土蓋板及型鋼加勁肋組成；所述邊緣構件由邊緣柱和邊緣梁組成；所述各分區(qū)塊之間采用豎向型鋼加勁肋及橫向型鋼加勁肋；所述內嵌鋼板與各分區(qū)內混凝土蓋板之間通過穿透二者的螺栓或預應力螺栓連接；所述內嵌鋼板與豎向型鋼加勁肋及橫向型鋼加勁肋之間通過螺栓或預應力螺栓連接。本發(fā)明提供的鋼板剪力墻是高層建筑鋼結構或其它結構的一種新型抗側力構件，它具有抗震性能好、延性高、耗能滯回環(huán)飽滿、制作施工簡便等特點，是一種優(yōu)越的抗震耗能構件。
文檔編號E04B2/56GK101126253SQ20071017526
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權日2007年9月28日
發(fā)明者郭彥林 申請人:清華大學