本實(shí)用新型涉及建筑結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶豎向縫隙矩形鋼管排剪力墻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

鋼板剪力墻是鋼結(jié)構(gòu)建筑的一種新型抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的鋼支撐及混凝土剪力墻或核心筒結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)具有延性好、易實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的多重抗震防線的理念、制作施工方便、可增加建筑使用面積等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前廣泛采用的鋼板剪力墻鋼板較薄，在側(cè)向荷載作用下易發(fā)生平面外失穩(wěn)，這給鋼板剪力墻的性能帶來了一定的問題：滯回曲線存在捏縮現(xiàn)象，耗能能力欠理想；需依靠薄鋼板屈曲后形成的拉力場(chǎng)來抵抗水平力，這要求周邊框架梁柱足夠強(qiáng)以滿足拉力場(chǎng)的形成條件。

為了解決現(xiàn)有鋼板剪力墻存在的問題，研究人員從帶豎縫鋼筋混凝土剪力墻獲得啟發(fā)，提出了一種解決方案：帶豎縫鋼板剪力墻。帶豎縫鋼板剪力墻通過在鋼板剪力墻上開設(shè)平行的豎縫，將墻板分成眾多狹長的縫間小柱。通過控制縫間小柱的高寬比，使得其在水平荷載作用下主要發(fā)生彎曲變形；通過控制縫間小柱截面的寬厚比，保證在其端部截面形成塑性鉸之前不發(fā)生板件的局部屈曲。利用上述措施，保證這種帶豎縫鋼板剪力墻的破壞模式為縫間小柱端部截面形成彎曲塑性鉸，以獲得良好的耗能能力。現(xiàn)有的研究表明，帶豎縫鋼板剪力墻具有優(yōu)良的耗能能力和延性，循環(huán)荷載下的滯回曲線飽滿。但是，帶豎縫剪力墻同樣具有很大的局限性：(1)由于豎縫的開設(shè)，鋼板剪力墻的抗側(cè)承載力和剛度大大降低，對(duì)結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和多遇地震下的側(cè)移控制帶來困難；(2)由于縫間小柱截面為狹長條形截面，且其兩側(cè)均為自由邊，這使得保證其局部穩(wěn)定性的寬厚比限值嚴(yán)格，因此在實(shí)用中常需采用相對(duì)較厚的鋼板；(3)由于縫間小柱截面為狹長條形截面，其平面外的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度小，在荷載作用下容易發(fā)生彎扭失穩(wěn)；(4)豎縫尺寸精度要求高，常需要激光切割等高精度加工方法，制作難度大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有技術(shù)中的帶豎縫鋼板剪力墻存在的不足，本實(shí)用新型提供了一種帶豎向縫隙矩形鋼管排剪力墻結(jié)構(gòu)，其利用豎向縫隙間的矩形受彎小柱的在剪力墻平面內(nèi)的彎曲變形來抵抗水平荷載的作用，并在極限狀態(tài)下利用受彎小柱兩端形成的塑性鉸實(shí)現(xiàn)耗能。本實(shí)用新型的豎向縫隙與區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中的帶豎縫鋼板剪力墻中豎縫的概念。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下之技術(shù)方案：

所述剪力墻結(jié)構(gòu)主要由多根沿豎向布置的矩形鋼管緊密沿水平橫向排列而成，每根矩形鋼管沿豎直方向布置，在相鄰的矩形鋼管端部之間通過連接焊縫連接，利用鋼管翼緣和腹板交界處的連接焊縫將相鄰兩鋼管進(jìn)行連接，沿豎向方向連接焊縫的間隔在矩形鋼管之間形成豎向縫隙，相鄰豎向縫隙之間的矩形鋼管形成受彎小柱，受彎小柱在側(cè)向荷載作用下主要發(fā)生彎曲變形直到受彎小柱端部塑性鉸的形成，剪力墻的極限狀態(tài)為受彎小柱端部塑性鉸的形成，通過對(duì)受彎小柱高度和截面的合理設(shè)計(jì)，使得剪力墻在荷載作用下受彎小柱端部的塑性鉸形成先于剪力墻的整體失穩(wěn)、受彎小柱的平面外失穩(wěn)以及矩形鋼管壁的局部失穩(wěn)發(fā)生。

所述的連接焊縫在每相鄰矩形鋼管之間沿豎向存在有一整段或者間斷的多段，沿豎向兩個(gè)連接焊縫之間的相鄰矩形鋼管間隙作為豎向縫隙，從而形成剪力墻在豎直方向的一段或者多段豎向縫隙，沿垂直于矩形鋼管方向的兩段豎向縫隙之間的矩形鋼管單體或者組合作為受彎小柱，即相鄰矩形鋼管單體或者組合之間未設(shè)有連接焊縫的相鄰矩形鋼管單體或者組合作為受彎小柱，相鄰豎向縫隙間的受彎小柱為單個(gè)矩形鋼管構(gòu)成或者由兩個(gè)以上矩形鋼管相焊接組合構(gòu)成。

具體實(shí)施的剪力墻的豎向縫隙均開設(shè)在矩形鋼管之間的連接位置，可以簡(jiǎn)單地在制作過程中通過間斷需要開設(shè)豎向縫隙位置處的連接焊縫即可實(shí)現(xiàn)。根據(jù)需要，沿高度方向，可以開設(shè)一排或多排豎向縫隙；沿寬度方向，可以在每個(gè)矩形鋼管兩側(cè)均開設(shè)豎向縫隙，也可以每隔兩個(gè)或以上矩形鋼管開設(shè)豎向縫隙。

相鄰矩形鋼管之間的連接焊縫在整體剪力墻結(jié)構(gòu)受到剪力達(dá)到極限狀態(tài)前不會(huì)發(fā)生破壞。即使得在豎直方向上，豎向縫隙端部的連接焊縫以及上下相鄰豎向縫隙之間的連接焊縫(如有)的抗剪承載力滿足在受彎小柱端部截面達(dá)到全塑性彎矩時(shí)不發(fā)生破壞。

所述受彎小柱所在的管段端部位置在極限狀態(tài)下形成塑性鉸，所述的受彎小柱所在的管段長度滿足使得受彎小柱端部的塑性鉸形成先于受彎小柱的平面外失穩(wěn)和受彎小柱鋼管壁的局部失穩(wěn)發(fā)生，受彎小柱端部的塑性鉸是在剪力墻結(jié)構(gòu)受到剪力時(shí)在受彎小柱所在的管段端部位置。

優(yōu)選地，同一排受彎小柱的兩端焊接一根橫向加強(qiáng)鋼板條以加強(qiáng)，即一排矩形鋼管的一側(cè)或者兩側(cè)在位于同一水平位置的連接焊縫和豎向縫隙交界處設(shè)有一條沿水平橫向的橫向加強(qiáng)鋼板條，橫向加強(qiáng)鋼板條與各根矩形鋼管通過周邊的焊縫固定連接。橫向加強(qiáng)鋼板條用來減小焊縫端部位置附近的應(yīng)力集中，防止焊縫的過早破壞。鋼板條的周邊利用角焊縫與矩形鋼管壁連接

優(yōu)選地，所述的豎向縫隙內(nèi)填充粘滯性材料以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和耗能能力。

優(yōu)選地，所有矩形鋼管內(nèi)填充混凝土，或者位于整個(gè)剪力墻結(jié)構(gòu)邊緣的兩根矩形鋼管通過增加板厚或填充混凝土加強(qiáng)，用來提高剪力墻的受力性能。

優(yōu)選地，組成剪力墻的部分或者全部矩形鋼管內(nèi)可填充混凝土來提高剪力墻的剛度和承載能力，特別是當(dāng)剪力墻承擔(dān)部分豎向荷載時(shí)。

相鄰矩形鋼管在上下兩端的端部之間均通過連接焊縫連接，構(gòu)成位于矩形鋼管中部的一排受彎小柱，每個(gè)受彎小柱由矩形鋼管構(gòu)成，從而形成上下兩排連接焊縫和位于上下兩排連接焊縫之間的豎向縫隙；并在中間的一排受彎小柱的兩端焊接一根橫向加強(qiáng)鋼板條以加強(qiáng)，即上排連接焊縫和豎向縫隙交界處以及下排連接焊縫和豎向縫隙交界處加焊有水平橫向布置的橫向加強(qiáng)鋼板條，橫向加強(qiáng)鋼板條的四周采用角焊縫與矩形鋼管焊接。

在所述受彎小柱的矩形鋼管中間，相鄰的兩矩形鋼管之間再通過至少一段連接焊縫連接，形成上下間隔分布的至少兩排受彎小柱，并在每個(gè)受彎小柱的兩端均焊接一根橫向加強(qiáng)鋼板條。

對(duì)于所述受彎小柱的所有矩形鋼管，以至少兩個(gè)緊鄰的矩形鋼管為一組，每組矩形鋼管之間再通過沿豎向貫通的連接焊縫連接，使得原各個(gè)受彎小柱沿水平橫向合并作組合，形成由至少兩個(gè)矩形鋼管構(gòu)成的受彎小柱。

豎向縫隙的長度和位置，以及豎向縫隙之間的受彎小柱的截面可根據(jù)剪力墻承載能力和剛度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)沿同一間隙的豎直方向存在大于一排豎向縫隙時(shí)，兩豎向縫隙間的高度范圍內(nèi)組成的水平方向構(gòu)件的承載能力需保證受彎小柱塑性鉸形成時(shí)不發(fā)生破壞。

矩形鋼管的寬度(即剪力墻的厚度)能滿足剪力墻在達(dá)到極限承載力時(shí)不會(huì)發(fā)生平面外失穩(wěn)。相鄰豎向縫隙間的受彎小柱的長度滿足小柱端部截面的彎曲塑性鉸形成先于截面板件的局部失穩(wěn)和小柱的平面外失穩(wěn)。

所述的矩形鋼管管壁的寬厚比滿足截面塑性發(fā)展的要求，滿足受彎小柱截面塑性鉸的形成和塑性轉(zhuǎn)動(dòng)的要求。截面塑性發(fā)展的要求指的是按照設(shè)定的剪力墻的延性和極限變形能力(如層間位移角)指標(biāo)計(jì)算得到的受彎小柱端部截面的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力的要求。在截面塑性轉(zhuǎn)動(dòng)要求確定的情況下，可以根據(jù)相關(guān)規(guī)范(如GB50017-2017，EuroCode 3-2006)條文可以查表計(jì)算得到相應(yīng)的寬厚比限值。

采用本實(shí)用新型的帶豎向縫隙矩形鋼管排剪力墻結(jié)構(gòu)，既可以解決普通薄鋼板剪力墻平面外剛度小、耗能性能不佳的問題，同時(shí)相比帶豎縫鋼板剪力墻可以大大提高抗側(cè)承載力和剛度，并且由于豎向縫隙間小柱為單腔或多腔矩形截面，其平面外彎曲剛度特別是扭轉(zhuǎn)剛度顯著提高，可以避免豎向縫隙間小柱的彎扭失穩(wěn)，同時(shí)可以大大降低制作難度。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果：

1)相比薄鋼板剪力墻和帶豎縫鋼板剪力墻，可顯著提高剪力墻的平面外剛度，避免平面外失穩(wěn)的發(fā)生，同時(shí)避免拉力場(chǎng)的產(chǎn)生。

2)與現(xiàn)有技術(shù)中的帶豎縫鋼板剪力墻相比，采用矩形鋼管代替條形截面作為豎縫間受彎小柱的截面，可以大大提高受彎小柱的平面外穩(wěn)定性，避免受彎小柱彎扭失穩(wěn)的發(fā)生。

3)與帶豎縫鋼板剪力墻相比，采用矩形鋼管代替條形截面作為豎縫間受彎小柱的截面，可以大大提高受彎小柱在剪力墻平面內(nèi)的受彎剛度，從而提高剪力墻的抗側(cè)剛度；

4)與帶豎縫鋼板剪力墻相比，采用矩形鋼管代替條形截面作為豎縫間受彎小柱的截面，可以大大提高受彎小柱截面在剪力墻平面內(nèi)的塑性彎矩值，提高剪力墻的抗側(cè)承載能力；

5)與帶豎縫鋼板剪力墻相比，由于采用矩形鋼管代替條形截面作為豎縫間受彎小柱的截面，將受彎小柱的截面板件從兩側(cè)邊自由轉(zhuǎn)變成兩側(cè)邊平面外位移約束和部分扭轉(zhuǎn)約束，大大提高了截面板件的邊緣約束作用，從而大大放松了保證板件穩(wěn)定性的寬厚比限值。

6)相比薄鋼板剪力墻，可以通過調(diào)整矩形鋼管的截面和豎向縫隙位置和長度，來調(diào)整剪力墻的抗側(cè)剛度和承載能力。

綜合來說，本實(shí)用新型具有抗側(cè)承載能力大、平面外剛度大、抗側(cè)剛度大、抗震性能好、延性好和耗能滯回環(huán)飽滿等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型剪力墻結(jié)構(gòu)第一種實(shí)施例的立面示意圖。

圖2為本實(shí)用新型中相鄰鋼管之間的焊縫連接示意圖。

圖3為本實(shí)用新型剪力墻結(jié)構(gòu)第二種實(shí)施例的立面示意圖。

圖4為本實(shí)用新型剪力墻結(jié)構(gòu)第三種實(shí)施例的立面示意圖。

圖5為本實(shí)用新型剪力墻結(jié)構(gòu)第一種實(shí)施例的尺寸示意圖。

圖6為本實(shí)用新型剪力墻結(jié)構(gòu)第二種實(shí)施例的尺寸示意圖。

圖7為本實(shí)用新型剪力墻結(jié)構(gòu)第三種實(shí)施例的尺寸示意圖。

圖中：矩形鋼管1、連接焊縫2、豎向縫隙3、受彎小柱4、邊緣矩形鋼管5、橫向加強(qiáng)鋼板條6。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖所示實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

本實(shí)用新型的剪力墻結(jié)構(gòu)主要由多根沿豎向布置的矩形鋼管1緊密沿水平橫向排列而成，在相鄰的矩形鋼管1之間的局部通過沿豎向方向間隔設(shè)置的連接焊縫2連接，沿豎向方向連接焊縫2的間隔在矩形鋼管之間形成豎向縫隙3，相鄰豎向縫隙3之間的矩形鋼管形成受彎小柱4，受彎小柱4在側(cè)向荷載作用下主要發(fā)生彎曲變形直到受彎小柱4端部塑性鉸的形成。

本實(shí)用新型在具體實(shí)施中，剪力墻的厚度取80-500mm，矩形鋼管壁厚取4-16mm，矩形鋼管翼緣的寬厚比不大于(f_y為材料屈服強(qiáng)度值，單位MPa)，矩形鋼管腹板的寬厚比不大于受彎小柱截面的高度與寬度(即剪力墻厚度)之比不大于6。

本實(shí)用新型的實(shí)施例如下：

實(shí)施例1

如圖1所示，相鄰矩形鋼管1在上下兩端的端部之間均通過連接焊縫2連接，利用鋼管翼緣和腹板交界處的連接焊縫將相鄰兩鋼管進(jìn)行連接，如圖2所示，構(gòu)成位于矩形鋼管1中部的一排受彎小柱4，從而形成上下兩排連接焊縫2和位于上下兩排連接焊縫2之間的一排豎向縫隙3，相鄰豎向縫隙間隔一個(gè)矩形鋼管，每個(gè)受彎小柱4由單根矩形鋼管1構(gòu)成。

并在中間的一排受彎小柱4的兩端焊接一根橫向加強(qiáng)鋼板條6以加強(qiáng)，即上排連接焊縫2和豎向縫隙3交界處以及下排連接焊縫2和豎向縫隙3交界處加焊有水平橫向布置的橫向加強(qiáng)鋼板條6，橫向加強(qiáng)鋼板條6的四周采用角焊縫與矩形鋼管1焊接，用來減小焊縫端部位置附近的應(yīng)力集中，防止焊縫的過早破壞。鋼板條的四周采用角焊縫與矩形鋼管焊接。

實(shí)施例1的具體尺寸如圖5所示。最終實(shí)施是將剪力墻在荷載作用下，受彎小柱4發(fā)生彎曲變形，極限狀態(tài)下受彎小柱4端部形成塑性鉸，剪力墻的受力性能不受剪力墻的整體失穩(wěn)、受彎小柱4的平面外失穩(wěn)以及矩形鋼管1壁的局部失穩(wěn)控制。

實(shí)施例2

如圖3所示，相鄰矩形鋼管1在上端部之間、中部之間和下端部之間均通過連接焊縫2連接，構(gòu)成位于矩形鋼管1中部的兩排受彎小柱4，形成上中下三排連接焊縫2以及位于上排和中排連接焊縫2之間和位于中排和下排連接焊縫2之間的豎向縫隙3；并在中間兩排受彎小柱4的兩端均焊接一根橫向加強(qiáng)鋼板條6以加強(qiáng)，即在上排連接焊縫2和上排豎向縫隙3交界處、中排連接焊縫2和上排豎向縫隙3交界處、中排連接焊縫2和下排豎向縫隙3交界處以及下排連接焊縫2和下排豎向縫隙3交界處加焊有水平橫向布置的橫向加強(qiáng)鋼板條6，橫向加強(qiáng)鋼板條6的四周采用角焊縫與矩形鋼管1焊接。

實(shí)施例2的具體尺寸如圖6所示。最終實(shí)施是將剪力墻在荷載作用下，受彎小柱4發(fā)生彎曲變形，極限狀態(tài)下受彎小柱4端部形成塑性鉸，剪力墻的受力性能不受剪力墻的整體失穩(wěn)、受彎小柱4的平面外失穩(wěn)以及矩形鋼管1壁的局部失穩(wěn)控制。

實(shí)施例3

如圖4所示，以相鄰兩根矩形鋼管1為一組，每組矩形鋼管1之間通過沿豎向的整條連接焊縫2連接，相鄰兩組矩形鋼管1在上下兩端的端部之間均通過連接焊縫2連接，構(gòu)成位于矩形鋼管1中部的一排受彎小柱4，每個(gè)受彎小柱4由兩根矩形鋼管1構(gòu)成，從而形成上下兩排連接焊縫2與位于上下兩排連接焊縫2之間的交替布置的連接焊縫2和豎向縫隙3；并在中間各組受彎小柱4的兩端焊接一根橫向加強(qiáng)鋼板條6以加強(qiáng)，橫向加強(qiáng)鋼板條6的四周采用角焊縫與矩形鋼管1焊接。

實(shí)施例3的具體尺寸如圖7所示。最終實(shí)施是將剪力墻在荷載作用下，受彎小柱4發(fā)生彎曲變形，極限狀態(tài)下受彎小柱4端部形成塑性鉸，剪力墻的受力性能不受剪力墻的整體失穩(wěn)、受彎小柱4的平面外失穩(wěn)以及矩形鋼管1壁的局部失穩(wěn)控制。

實(shí)施例4

實(shí)施例4

在實(shí)施例1-3任一基礎(chǔ)上，在剪力墻邊緣位置的邊緣矩形鋼管5通過增加板厚或填充混凝土進(jìn)行加強(qiáng)，用來提高剪力墻的受力性能。

實(shí)施例5

在實(shí)施例1-3任一基礎(chǔ)上，其組成剪力墻的部分或者全部矩形鋼管1可內(nèi)填混凝土，特別是當(dāng)剪力墻承擔(dān)部分豎向荷載時(shí)，可通過填混凝土來提高剪力墻的剛度和承載能力。

實(shí)施例6

在實(shí)施例1-3任一基礎(chǔ)上，在部分或者所有豎向縫隙3內(nèi)填充粘滯性材料來提高剪力墻的抗側(cè)剛度和耗能能力。

通過本實(shí)用新型上述的剪力墻結(jié)構(gòu)具體實(shí)施能夠彌補(bǔ)薄鋼板剪力墻和帶豎縫鋼板剪力墻存在的不足，利用矩形受彎小柱4的在剪力墻平面內(nèi)的彎曲變形來抵抗水平荷載的作用，并在極限狀態(tài)下受彎小柱4兩端形成塑性鉸。