專利名稱：防屈曲耗能鋼板剪力墻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型抗側(cè)力、防屈曲耗能鋼板剪力墻，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋼板剪力墻作為一種新型抗側(cè)力構(gòu)件，在美國(guó)、日本和加拿大等西方發(fā)達(dá)國(guó)家開始廣泛應(yīng)用，近年來(lái)在我國(guó)高烈度抗震設(shè)防地區(qū)已開始應(yīng)用。鋼板剪力墻與鋼筋混凝土剪力墻相比具有更好的耗能能力和更好的延性，克服了混凝土剪力墻在大震作用下混凝土開開裂、延性大幅度降低的缺點(diǎn)，是一種優(yōu)越的抗震耗能構(gòu)件；然而，設(shè)計(jì)鋼板剪力墻時(shí)必須采用較小的寬厚比或設(shè)置強(qiáng)大的加勁肋以抑制鋼板屈曲的發(fā)生才能達(dá)到更好的耗能效果及更好的延性，但這增加了材料及成本、降低了其經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有較大的抗側(cè)力作用，也能在大震作用下有效消能的防屈曲鋼板剪力墻。
本發(fā)明提出的防屈曲耗能鋼板剪力墻，其特征在于，所述剪力墻由內(nèi)嵌鋼板和兩側(cè)外圍混凝土蓋板組成；所述內(nèi)嵌鋼板采用低屈服點(diǎn)高延性鋼材或高強(qiáng)度高延性鋼材；所述外圍混凝土蓋板采用一般混凝土板；所述邊緣構(gòu)件由邊緣梁和邊緣柱組成；所述內(nèi)嵌鋼板與所述混凝土蓋板之間通過(guò)穿透三塊板的螺栓或預(yù)應(yīng)力螺栓連接，在所述混凝土蓋板上開橢圓型孔以便螺栓穿過(guò)且有足夠的滑移空間；在所述混凝土蓋板開孔位置預(yù)埋槽形鋼給予加強(qiáng)，并在加強(qiáng)槽鋼的相應(yīng)位置開橢圓孔。
在上述防屈曲耗能鋼板剪力墻中，所述兩側(cè)外圍混凝土蓋板與邊緣構(gòu)件留有一定的間隙，其值大小取10-50mm。
在上述防屈曲耗能鋼板剪力墻，所述內(nèi)嵌鋼板與邊緣構(gòu)件的連接分為兩種，其一是與邊緣構(gòu)件全部連接，其二是僅與橫梁連接。
在上述防屈曲耗能鋼板剪力墻，所述內(nèi)嵌鋼板與邊緣構(gòu)件的連接采用焊接或螺栓連接。
在上述防屈曲耗能鋼板剪力墻中，所述防屈曲鋼板墻分為大震滑移的防屈曲鋼板墻和完全滑移的防屈曲鋼板墻兩種。
在上述防屈曲耗能鋼板剪力墻中，對(duì)于所述大震滑移的防屈曲鋼板墻，螺栓施加一定的預(yù)應(yīng)力，在混凝土蓋板和內(nèi)嵌鋼板之間產(chǎn)生一定的壓緊力，在小震作用下既能保證內(nèi)嵌鋼板不發(fā)生局部屈曲，而且混凝土蓋板與內(nèi)嵌鋼板之間通過(guò)接觸磨擦共同受力，給結(jié)構(gòu)提供強(qiáng)大的側(cè)向支撐作用；在大震作用下，所述內(nèi)嵌鋼板和混凝土蓋板之間的內(nèi)力差超過(guò)它們之間的摩擦力，于是產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)；在保證內(nèi)嵌鋼板不發(fā)生面外屈曲的情況下，鋼板充分的發(fā)揮耗能作用。
在上述防屈曲耗能鋼板剪力墻中，對(duì)于所述完全滑移的防屈曲鋼板墻，螺栓不施加預(yù)應(yīng)力，無(wú)論在小震還是在大震作用下，混凝土蓋板與內(nèi)嵌鋼板之間始終可以滑移，混凝土蓋板對(duì)內(nèi)嵌鋼板僅提供面外約束，不參與面內(nèi)受力；內(nèi)嵌鋼板提供面內(nèi)剛度和耗能性能。
本發(fā)明對(duì)傳統(tǒng)的鋼板剪力墻通過(guò)在兩側(cè)表面加混凝土蓋板的形式，可以有效的防止鋼板墻面外屈曲，提高鋼板墻的抗側(cè)剛度、耗能及延性性能。這種鋼板墻叫“防屈曲耗能鋼板剪力墻”，簡(jiǎn)稱防屈曲鋼板墻。防屈曲鋼板墻既能提供較大的抗側(cè)力作用，也能在大震作用下有效的消能，這為其設(shè)置了絕佳的市場(chǎng)應(yīng)用地位。這樣，即使對(duì)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(shí)也大大的降低了結(jié)構(gòu)的成本。
本發(fā)明提供的防屈曲鋼板剪力墻是高層建筑鋼結(jié)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)的一種新型抗側(cè)力構(gòu)件，它具有抗震性能好、延性高、耗能滯回環(huán)飽滿等特點(diǎn)，是一種優(yōu)越的抗震耗能構(gòu)件。


圖1為本發(fā)明的防屈曲耗能鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的防屈曲耗能鋼板剪力墻單元分解圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如圖1、2所示，1-左側(cè)邊緣柱，2-右側(cè)邊緣柱，3-上端邊緣梁，4-下端邊緣梁，5-內(nèi)嵌鋼板，6-混凝土蓋板，7-混凝土蓋板上預(yù)留橢圓孔，8-內(nèi)嵌鋼板與混凝土蓋板的連接螺栓，9-混凝土蓋板與框架之間預(yù)留縫隙，本發(fā)明的防屈曲鋼板墻由內(nèi)嵌鋼板和鋼板前后約束混凝土蓋板及邊緣構(gòu)件組成；邊緣構(gòu)件由左、右邊緣柱1，2和上、下邊緣梁3，4組成，內(nèi)嵌鋼板5采用低屈服點(diǎn)高延性鋼材或高強(qiáng)度高延性鋼材；前后混凝土蓋板6采用一般混凝土板；內(nèi)嵌鋼板5與混凝土蓋板6之間通過(guò)穿透三塊板的螺栓或預(yù)應(yīng)力螺栓8連接，在混凝土蓋板6上開橢圓型孔7以便螺栓8穿過(guò)且有足夠的滑移空間；在混凝土蓋板開孔位置預(yù)埋一般槽形鋼給予加強(qiáng)，并在加強(qiáng)槽鋼的相應(yīng)位置也開橢圓孔。
防屈曲鋼板墻的種類及受力機(jī)理大震滑移的防屈曲鋼板墻；在小震作用下，內(nèi)嵌鋼板單元和外圍混凝土約束單元在接觸面處不能相對(duì)滑移，通過(guò)給螺栓施加一定的初始預(yù)應(yīng)力使二者共同受力。在大震作用下，內(nèi)嵌鋼板與混凝土蓋板開始滑移，混凝土板在面內(nèi)退出受力，此后僅提供面外約束剛度。
完全滑移的防屈曲鋼板墻；在小震和大震作用下，內(nèi)嵌鋼板單元和外圍混凝土約束單元在接觸面處能相對(duì)滑移，二者通過(guò)螺栓擰緊，但不施加初始預(yù)應(yīng)力?；炷涟鍍H提供平面外約束剛度，不參與其面內(nèi)受力；防屈曲鋼板墻的構(gòu)造及連接要求；
(1)兩側(cè)混凝土蓋板與邊緣構(gòu)件不連接，留有一定的間隙，其值大小取10-50mm；(2)鋼板墻與邊緣構(gòu)件的連接分為兩種，其一是與邊緣構(gòu)件全部連接，其二是僅與橫梁連接；(3)內(nèi)嵌鋼板與邊緣構(gòu)件(梁和柱)采用焊接或螺栓連接，視設(shè)計(jì)而定。
防屈曲鋼板剪力墻的截面尺寸確定(1)鋼板的抗剪極限承載力計(jì)算公式Fv＝0.8a tsfv，其中a＝鋼板墻的橫向?qū)挾?，h＝鋼板墻的高度，ts＝鋼板墻的厚度；(2)確定混凝土蓋板的厚度及配筋情況通過(guò)鋼板墻整體屈曲分析決定外圍混凝土蓋板剛度與鋼板墻剛度的比值；在設(shè)計(jì)時(shí)，只要滿足這一比值條件，可以認(rèn)為混凝土蓋板平面外的約束剛度滿足要求。
防屈曲鋼板剪力墻的設(shè)計(jì)原則(1)地震作用計(jì)算按中震考慮，并按照框架和墻板元計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力；在小震作用下，框架、鋼板墻承載力及層間位移角滿足設(shè)計(jì)要求；(2)鋼板墻的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是決定其厚度，其原則是要在大震作用下保證內(nèi)嵌鋼板進(jìn)入屈服而耗能，避免鋼板墻太強(qiáng)導(dǎo)致框架構(gòu)件先行破壞；內(nèi)嵌鋼板要有一定的厚度，以便在小震作用下能滿足構(gòu)件承載力要求及彈性位移角限值。
權(quán)利要求
1.防屈曲耗能鋼板剪力墻，其特征在于，所述剪力墻由內(nèi)嵌鋼板單元和前后兩側(cè)混凝土蓋板單元及邊緣構(gòu)件組成；所述內(nèi)嵌鋼板采用低屈服點(diǎn)高延性鋼材或高強(qiáng)度高延性鋼材；所述前后兩側(cè)混凝土蓋板采用一般混凝土板；所述邊緣構(gòu)件由邊緣梁和邊緣柱組成；所述內(nèi)嵌鋼板與所述混凝土蓋板之間通過(guò)穿透三塊板的螺栓或預(yù)應(yīng)力螺栓連接，在所述混凝土蓋板上開橢圓型孔以便螺栓穿過(guò)且有足夠的滑移空間；在所述混凝土蓋板開孔位置預(yù)埋槽形鋼給予加強(qiáng)，并在加強(qiáng)槽鋼的相應(yīng)位置開橢圓孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防屈曲耗能鋼板剪力墻，其特征在于，所述兩側(cè)混凝土蓋板與邊緣構(gòu)件留有一定的間隙，其值大小取10-50mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防屈曲耗能鋼板剪力墻，其特征在于，所述內(nèi)嵌鋼板與邊緣構(gòu)件的連接分為兩種，其一是與周邊構(gòu)件全部連接，其二是僅與橫梁連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防屈曲耗能鋼板剪力墻，其特征在于，所述內(nèi)嵌鋼板與邊緣構(gòu)件采用焊接或螺栓連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防屈曲耗能鋼板剪力墻，其特征在于，所述防屈曲鋼板墻分為大震滑移的防屈曲鋼板墻和完全滑移的防屈曲鋼板墻兩種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防屈曲耗能鋼板剪力墻，其特征在于，對(duì)于所述大震滑移的防屈曲鋼板墻，螺栓施加一定的預(yù)拉力，在所述混凝土蓋板和內(nèi)嵌鋼板之間產(chǎn)生一定的壓緊力，在小震作用下既能保證內(nèi)嵌鋼板不發(fā)生局部屈曲，而且與鋼板墻通過(guò)接觸磨擦共同受力，提供強(qiáng)大的面外約束作用；在大震作用下，所述內(nèi)嵌鋼板和外圍混凝土蓋板之間的內(nèi)力差超過(guò)它們之間的摩擦力，于是產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)；在保證鋼板不發(fā)生面外屈曲的情況下，鋼板充分的發(fā)揮耗能作用。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防屈曲耗能鋼板剪力墻，其特征在于，對(duì)于所述完全滑移的防屈曲鋼板墻，螺栓不施加預(yù)應(yīng)力；分別在小震和大震作用下，混凝土蓋板與內(nèi)嵌鋼板之間可以滑移，混凝土蓋板對(duì)鋼板僅提供面外約束，不參與面內(nèi)受力；內(nèi)嵌鋼板提供面內(nèi)剛度和耗能性能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域的防屈曲耗能鋼板剪力墻。其特征是所述剪力墻由內(nèi)嵌鋼板和兩側(cè)外圍混凝土蓋板組成；所述內(nèi)嵌鋼板采用低屈服點(diǎn)高延性鋼材或高強(qiáng)度高延性鋼材；所述外圍混凝土蓋板采用一般混凝土板；所述邊緣構(gòu)件由邊緣梁和邊緣柱組成；所述內(nèi)嵌鋼板與所述混凝土蓋板之間通過(guò)穿透三塊板的螺栓或預(yù)應(yīng)力螺栓連接，在所述混凝土蓋板上開橢圓型孔以便螺栓穿過(guò)且有足夠的滑移空間；在所述混凝土蓋板開孔位置預(yù)埋槽形鋼給予加強(qiáng)，并在加強(qiáng)槽鋼的相應(yīng)位置開橢圓孔。本發(fā)明提供的防屈曲鋼板剪力墻是高層建筑鋼結(jié)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)的一種新型抗側(cè)力構(gòu)件，它具有抗震性能好、延性高、耗能滯回環(huán)飽滿等特點(diǎn)，是一種優(yōu)越的抗震耗能構(gòu)件。
文檔編號(hào)E04B2/58GK1603539SQ20041009154
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者郭彥林 申請(qǐng)人:清華大學(xué)