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(shí)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(guó)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(guó)城市建筑的主流。聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)是通過(guò)連梁將兩片或多片單肢剪力墻耦合起來(lái)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(guó)高層、超高層建筑中。在中等強(qiáng)度地震或大地震發(fā)生時(shí)主要通過(guò)連梁的端部和剪力墻肢的底部形成塑性鉸來(lái)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(dòng)能量，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)安全，從而實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。然而，在我國(guó)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(guò)早剪切破壞將導(dǎo)致聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(shí)現(xiàn)聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)仍然是聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。我國(guó)城市里的住宅、寫字樓等民用建筑越來(lái)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(huì)有開(kāi)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(gè)剪力墻通過(guò)上下洞口之間的連梁連接起來(lái)共同抵御側(cè)向力作用。國(guó)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(guó)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(guó)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(dòng)變形能力有限，其在剪壓比稍高時(shí)的破壞形態(tài)便趨于脆性剪切破壞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guó)規(guī)范所采用，但由于其施工復(fù)雜在我國(guó)一直未能推廣應(yīng)用。基于此，國(guó)內(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(lái)代替鋼筋混凝土連梁是聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)一個(gè)較為理想的選擇。但是，研究與工程實(shí)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(jì)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(cè)，對(duì)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(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接作業(yè)進(jìn)行連接的，然而，1994年發(fā)生的美國(guó)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(diǎn)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(diǎn)之所以出現(xiàn)問(wèn)題，主要是由于梁、柱構(gòu)件就位以后，造成現(xiàn)場(chǎng)施工的焊接作業(yè)存在不可避免的缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)傳統(tǒng)聯(lián)肢剪力墻采用的鋼筋混凝土連梁無(wú)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(jì)難度大的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種施工方便，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且具有更為優(yōu)良的抗震性能的新型聯(lián)肢剪力墻。實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)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(guò)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(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)I、本實(shí)用新型著眼于解決鋼連梁與剪力墻之間的連接問(wèn)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(guò)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(wèn)題，實(shí)現(xiàn)施工簡(jiǎn)便，分析與設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，還能通過(guò)采用狗骨式構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)塑性變形集中，進(jìn)一步增強(qiáng)了鋼連梁的耗能減震能力。2、本實(shí)用新型采用端板螺栓連接則避免了現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)，只需要將鋼連梁通過(guò)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(shí)用新型創(chuàng)造性地解決了鋼連梁與剪力墻的連接問(wèn)題，同時(shí)，由于連梁-剪力墻的連接接節(jié)點(diǎn)由型鋼-混凝土組合節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為施工上極為簡(jiǎn)單的型鋼-型鋼端板螺栓連接節(jié)點(diǎn)，帶來(lái)一系列設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)施方式
實(shí)施例I :參見(jiàn)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(guò)加勁板8保證鋼連梁3中間區(qū)段的穩(wěn)定性與抗剪強(qiáng)度。本實(shí)用新型充分利用鋼連梁的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)解決鋼連梁與混凝土剪力墻的連接節(jié)點(diǎn)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(shí)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(shí)際需要，將其設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)與剪力墻的連接。同時(shí)，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(diǎn)構(gòu)造可以采用是施工上極為簡(jiǎn)便的端板螺栓連接，傳力路徑明確，分析設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。參見(jiàn)圖3，狗骨式端板螺栓連接的施工過(guò)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(kāi)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(huì)造成焊接缺陷，因此，地震作用下端板與梁端的焊接不會(huì)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(qiáng)度等級(jí)為Q420或Q490的高強(qiáng)度螺桿穿過(guò)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(qiáng)螺栓抗拉強(qiáng)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(shí)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(guò)程中，由于鋼材與混凝土兩種材料性質(zhì)的不同，往往會(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(shí)用新型創(chuàng)造性的引入“狗骨式”鋼連梁端部構(gòu)造，通過(guò)局部削弱截面，實(shí)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(shí)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(wèn)題，同時(shí)，由于連梁-剪力墻的連接接節(jié)點(diǎn)由型鋼-混凝土組合節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為型鋼-型鋼節(jié)點(diǎn)，帶來(lái)一系列設(shè)計(jì)與施工上的便利。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)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(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)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(kāi)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(shí)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(guò)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(shí)用新型著眼于解決鋼連梁與剪力墻之間的連接問(wèn)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(wèn)題，實(shí)現(xiàn)施工簡(jiǎn)便，分析與設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，還能通過(guò)“狗骨式”構(gòu)造，增強(qiáng)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(hào)E04B1/98GK202483027SQ20122011389
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:重慶大學(xué)