一種帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種屬于結(jié)構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】的新型的帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻。帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻由外貼鋼板、內(nèi)嵌混凝土板、拉力支撐、托架、連接耳板、L形連接板和邊緣構(gòu)件組成；本發(fā)明提供的帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻是高層建筑結(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，是一種優(yōu)越的抗震耗能構(gòu)件。
【專利說明】一種帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，屬于結(jié)構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
技術(shù)背景
[0002]目前，世界上采用鋼板剪力墻作為主要抗側(cè)力構(gòu)件的建筑共有二十多幢，主要分布在北美和日本等地震高烈度區(qū)。自從1970年日本鋼鐵公司將鋼板剪力墻應(yīng)用于建筑中以來，鋼板剪力墻的發(fā)展已有40多年。鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系由內(nèi)嵌鋼板和邊緣構(gòu)件組成，邊緣構(gòu)件包括邊緣梁和邊緣柱。內(nèi)嵌鋼板通常與邊緣構(gòu)件連接構(gòu)成抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)體系可視為固定在地面上的懸臂梁。
[0003]按照內(nèi)嵌鋼板的厚薄，鋼板剪力墻可分為厚鋼板剪力墻和薄鋼板剪力墻；按照鋼板表面是否加肋，鋼板剪力墻可分為加勁肋鋼板剪力墻和非加勁肋鋼板剪力墻；按照鋼板表面是否開縫，鋼板剪力墻可分為開縫鋼板剪力墻和不開縫鋼板剪力墻；按照鋼板側(cè)面是否布置內(nèi)嵌混凝土板，鋼板剪力墻可分為鋼板-混凝土組合剪力墻和普通鋼板剪力墻。薄鋼板剪力墻盡管具有很好的經(jīng)濟效益，但它較易屈曲。其他形式的鋼板剪力墻大多以阻止鋼板的平面外變形為目標(biāo)，讓鋼板盡可能的保持在平面內(nèi)工作來消耗更多的能量。
[0004]我國《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99-98)中附錄四規(guī)定，為防止鋼板剪力墻發(fā)生剪切屈曲，應(yīng)以鋼板的剪切屈曲承載力作為其極限承載力，或通過對鋼板加勁使其屈服之前不發(fā)生屈曲。事實上，以上兩種方式都偏于保守且造價比較高，不利于鋼板剪力墻的發(fā)展和應(yīng)用。隨著國內(nèi)外對鋼板剪力墻研究的深入，鋼板剪力墻的屈曲后性能得到了廣泛的關(guān)注，鋼板剪力墻在屈曲后仍具有較高的承載力、良好的延性以及穩(wěn)定的耗能能力。充分利用鋼板剪力墻的屈曲后強度不僅可以使結(jié)構(gòu)獲得良好的抗震性能，而且可以顯著降低用鋼量，降低造價，提高經(jīng)濟效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種新型的帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，其目的在于，克服薄鋼板剪力墻因過早屈曲而不能充分發(fā)揮鋼材的強度和延性的缺點，提高了鋼板剪力墻的平面外穩(wěn)定和極限承載能力，充分發(fā)揮了鋼材的優(yōu)勢。
[0006]不設(shè)拉力支撐的薄鋼板剪力墻，當(dāng)荷載作用時，內(nèi)嵌鋼板發(fā)生屈曲并形成拉力帶，這樣錨固在框架上的拉力場對邊柱會產(chǎn)生較大的附加彎矩，增加了柱子的穩(wěn)定負(fù)擔(dān)。所以拉力支撐的設(shè)置，能夠承受外荷載作用，避免增加柱子的負(fù)擔(dān)。內(nèi)嵌混凝土板外貼鋼板的設(shè)置，使墻體能充分發(fā)揮其抗剪承載力。而且鋼板墻僅與框架梁連接，由于墻板不必貫通整段梁跨，因此避免了四邊連接鋼板墻不能開洞的缺陷，而且在四周都設(shè)置邊緣構(gòu)件，這樣能減少墻板與柱子脫開后，側(cè)移剛度和承載力下降的幅度。所以能很好的作為抗側(cè)力構(gòu)件應(yīng)用于多高層鋼結(jié)構(gòu)中。
[0007]傳統(tǒng)的鋼板剪力墻是通過在鋼板上設(shè)置加勁肋來控制鋼板剪力墻的平面外穩(wěn)定，屬于被動的控制方法，本發(fā)明在鋼板剪力墻上主動的施加預(yù)應(yīng)力，來控制鋼板剪力墻的平面外穩(wěn)定，同時，預(yù)應(yīng)力拉索可以在鋼板剪力墻的拉力帶方向承擔(dān)一定的拉力，屬于主動的控制方法。且鋼板剪力墻只與框架梁相連，避免增加框架柱的負(fù)擔(dān)。該發(fā)明的所有構(gòu)件都可以在工廠加工，然后在實地裝配，施工簡單，降低造價，適用于裝配式鋼結(jié)構(gòu)。純鋼板墻在比較小的荷載作用下，就發(fā)生局部屈曲，產(chǎn)生較大的面內(nèi)變形，因此滯回曲線表現(xiàn)出明顯的捏攏現(xiàn)象，鋼板的耗能能力不能得到充分的發(fā)揮。
[0008]內(nèi)嵌鋼板和單側(cè)鋼板組合剪力墻應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)組要存在以下不足:1)由于混凝土位于鋼板外側(cè)，在大變形的情況下，混凝土板可能會發(fā)生開裂剝落，對鋼板的約束作用大大減弱，使剪力墻在大震作用下的延性耗能能力大幅降低；2)混凝土開裂較難控制，裂縫外露難以避免，從而影響正常使用和耐久性。本發(fā)明提出的預(yù)應(yīng)力外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，是解決上述問題的有效途徑之一:I)混凝土填充于外側(cè)鋼板之內(nèi)，能始終對鋼板起到約束作用，而外側(cè)鋼板對內(nèi)嵌混凝土同樣有約束作用，從而提高內(nèi)嵌混凝土板的承載力以及變形能力，使得剪力墻在大震作用下的延性及耗能能力大幅提高；2)外貼鋼板-混凝土組合剪力墻構(gòu)造簡單，鋼結(jié)構(gòu)運輸安裝方便，施工簡單；3)外側(cè)鋼板可有效避免混凝土裂縫外露；4)外貼鋼板-混凝土組合剪力墻滯回曲線形態(tài)飽滿，表現(xiàn)出較強的延性和耗能能力，具有優(yōu)越的抗震性能。
[0009]本發(fā)明提出的帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，其特征在于，所述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻由外貼鋼板、內(nèi)嵌混凝土板、拉力支撐、托架、連接耳板、L形連接板、邊緣構(gòu)件、框架梁和框架柱組成；所述外貼鋼板采用薄鋼板；所述內(nèi)嵌混凝土板采用預(yù)制混凝土板，所述拉力支撐采用預(yù)應(yīng)力索；所述托架為帶孔的可以連接預(yù)應(yīng)力索的與鋼板面垂直的支撐；所述連接耳板為固定預(yù)應(yīng)力索的端部耳板；所述L形連接板為帶螺栓孔的鋼板；所述邊緣構(gòu)件分別為垂直邊緣構(gòu)件和水平邊緣構(gòu)件；所述外貼鋼板與垂直邊緣構(gòu)件和水平邊緣構(gòu)件連接；所述內(nèi)嵌混凝土板與外貼鋼板連接；所述拉力支撐一端固定于托架而一端固定于所述連接耳板，所述的托架與垂直邊緣構(gòu)件連接；所述的連接耳板與框架梁連接。所述的垂直邊緣構(gòu)件和水平邊緣構(gòu)件通過L形連接板連接。所述的框架梁與框架柱連接。
[0010]在上述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻中，所述外貼鋼板采用低屈服點高延性鋼材或高強度高延性鋼材，外掛在內(nèi)嵌混凝土板的兩側(cè)，采用普通螺栓與其連接。且在四個角部切割，方便邊緣構(gòu)件之間的連接。
[0011]在上述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻中，所述內(nèi)嵌混凝土板采用預(yù)制內(nèi)嵌混凝土板，采用普通螺栓與外貼鋼板連接。
[0012]在上述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻中，所述外貼鋼板與所述托架焊接。
[0013]在上述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻中，所述外貼鋼板與邊緣構(gòu)件的連接分為兩種，其一是與邊緣構(gòu)件全部焊接，其二是與邊緣構(gòu)件螺栓連接。
[0014]在上述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻中，所述拉力支撐一端與托架連接，一端與連接耳板連接。
[0015]在上述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻中，所述拉力支撐、所述托架、所述連接耳板和所述的L形連接板在所述內(nèi)嵌混凝土板兩側(cè)對稱布置。[0016]在上述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻中，所述垂直邊緣構(gòu)件和所述水平邊緣構(gòu)件在通過L形連接板螺栓連接。
[0017]在上述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻中，所述連接耳板在所述框架梁翼緣部位對稱布置，且與框架梁焊接或者螺栓連接。
[0018]在上述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻中，所述水平邊緣構(gòu)件與所述框架梁焊接或者螺栓連接。
[0019]在上述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻中，所述框架梁與所述框架柱焊接或者螺栓連接或者栓焊連接。
[0020]本發(fā)明通過在剪力墻四個角上設(shè)置拉力支撐，可以有效的限制鋼板墻平面外變形，提高鋼板墻的抗側(cè)剛度、耗能及延性性能。傳統(tǒng)的鋼板剪力墻是通過在鋼板上設(shè)置加勁肋來控制鋼板剪力墻的平面外穩(wěn)定，屬于被動的控制方法，本發(fā)明在鋼板剪力墻上主動的施加預(yù)應(yīng)力以及內(nèi)嵌混凝土板，來控制鋼板剪力墻的平面外穩(wěn)定。同時，預(yù)應(yīng)力索可以在鋼板剪力墻的拉力帶方向承擔(dān)一定的拉力，屬于主動的控制方法。且鋼板剪力墻只與框架梁相連，避免增加框架柱的負(fù)擔(dān)。該發(fā)明的所有構(gòu)件都可以在工廠加工，然后在實地裝配，施工簡單，降低造價，適用于裝配式鋼結(jié)構(gòu)。
[0021]本發(fā)明提供的帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻單元分解圖。
[0024]圖中:I一外貼鋼板，2—內(nèi)嵌混凝土板，3—拉力支撐，4一托架，5—連接耳板，6—L形連接鋼板，7一垂直邊緣構(gòu)件，8一7_Κ平邊緣構(gòu)件，9一框架梁，10一框架柱。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]如圖1-2所示，所述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻由外貼鋼板1、內(nèi)嵌混凝土板2、拉力支撐3、托架4、連接耳板5、L形連接板6、邊緣構(gòu)件、框架梁9和框架柱10組成；所述外貼鋼板I采用薄鋼板；所述內(nèi)嵌混凝土板2采用預(yù)制混凝土板，所述拉力支撐3采用預(yù)應(yīng)力索；所述托架4為帶孔的可以連接預(yù)應(yīng)力索的與鋼板面垂直的支撐；所述連接耳板5為固定預(yù)應(yīng)力索的端部耳板；所述L形連接板6為帶螺栓孔的鋼板；所述邊緣構(gòu)件分別為垂直邊緣構(gòu)件7和水平邊緣構(gòu)件8 ;所述外貼鋼板I與垂直邊緣構(gòu)件7和水平邊緣構(gòu)件8連接；所述內(nèi)嵌混凝土板2與外貼鋼板I連接；所述拉力支撐3 —端固定于托架4而一端固定于所述連接耳板5，所述的托架4與垂直邊緣構(gòu)件7連接；所述的連接耳板5與框架梁9連接。所述的垂直邊緣構(gòu)件7和水平邊緣構(gòu)件8通過L形連接板6連接。所述的框架梁9與框架柱10連接。
[0027]在上述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻中，所述外貼鋼板I采用低屈服點高延性鋼材或高強度高延性鋼材，外掛在內(nèi)嵌混凝土板2的兩側(cè)，采用普通螺栓與其連接；且在四個角部切割，方便邊緣構(gòu)件之間的連接；所述外貼鋼板I與所述托架4采用焊縫連接。所述外貼鋼板I與邊緣構(gòu)件焊接或者螺栓連接；所述拉力支撐3 —端與托架4連接，一端與連接耳板5連接。所述拉力支撐3、所述托架4、所述連接耳板5和所述的L形連接板6在所述內(nèi)嵌混凝土板2兩側(cè)對稱布置；所述垂直邊緣構(gòu)件7和所述水平邊緣構(gòu)件8通過L形連接板6螺栓連接；所述連接耳板5在所述框架梁9翼緣部位對稱布置，且與框架梁9焊接；所述水平邊緣構(gòu)件8與所述框架梁9焊接或者螺栓連接；所述框架梁9與所述框架柱10焊接或者螺栓連接或者栓焊連接。
[0028]上述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻的平面外剛度很大，能夠有效控制運輸、安裝以及使用工程中的平面外變形，保持鋼板的穩(wěn)固安全。
[0029]本發(fā)明提出的帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻是對傳統(tǒng)的平鋼板剪力墻的改進(jìn)，將預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)應(yīng)用其中，采用主動的控制方式來控制鋼板的平面外穩(wěn)定，改善了傳統(tǒng)鋼板剪力墻易屈曲的缺陷，提高了鋼板剪力墻的抗側(cè)能力。而且本發(fā)明的所有構(gòu)件都可以在工廠進(jìn)行加工和安裝，然后運至工地進(jìn)行裝配，節(jié)省人力物力，降低造價。
【權(quán)利要求】
1.一種帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，其技術(shù)特征在于:所述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻由外貼鋼板(I)、內(nèi)嵌混凝土板(2)、拉力支撐(3)、托架(4)、連接耳板(5)、L形連接板(6)、垂直邊緣構(gòu)件(7)、水平邊緣構(gòu)件(8)、框架梁(9)和框架柱(10)組成；所述外貼鋼板(I)采用薄鋼板；所述內(nèi)嵌混凝土板(2)采用預(yù)制混凝土板，所述拉力支撐(3)采用預(yù)應(yīng)力索；所述托架(4)為帶孔的可以連接預(yù)應(yīng)力索的與鋼板面垂直的支撐；所述連接耳板(5)為固定預(yù)應(yīng)力索的端部耳板；所述L形連接板(6)為帶螺栓孔的鋼板；所述邊緣構(gòu)件分別為垂直邊緣構(gòu)件(7)和水平邊緣構(gòu)件(8);所述外貼鋼板(I)與垂直邊緣構(gòu)件(7)和水平邊緣構(gòu)件(8)連接；所述內(nèi)嵌混凝土板(2)與外貼鋼板(I)連接；所述拉力支撐(3) —端固定于托架(4)而一端固定于所述連接耳板(5)，所述的托架(4)與垂直邊緣構(gòu)件(7)連接；所述的連接耳板(5)與框架梁(9)連接；所述的垂直邊緣構(gòu)件(7)和水平邊緣構(gòu)件(8 )通過L形連接板(6 )連接；所述的框架梁(9 )與框架柱(10 )連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，其特征在于:所述外貼鋼板(I)采用低屈服點高延性鋼材或高強度高延性鋼材，外掛在內(nèi)嵌混凝土板(2)的兩側(cè)，采用普通螺栓與其連接。且在四個角部切割，方便邊緣構(gòu)件之間的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，其特征在于:所述內(nèi)嵌混凝土板(2)采用預(yù)制混凝土板，采用普通螺栓與外貼鋼板(I)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，其特征在于:所述外貼鋼板(I)與所述托架(4)采用焊接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，其特征在于:所述外貼鋼板(I)與邊緣構(gòu)件(7)、(8)焊接或者螺栓連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，其特征在于:所述拉力撐桿(3 ) —端與托架(4 )連接，一端與連接耳板(5 )連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，其特征在于:拉力撐桿(3)、托架(4)、連接耳板(5)和L形連接板(6)在內(nèi)嵌混凝土板(2)兩側(cè)對稱布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，其特征在于:垂直邊緣構(gòu)件(7 )和水平邊緣構(gòu)件(8 )在通過L形連接板(6 )螺栓連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，其特征在于:連接耳板(5 )在框架梁(9 )翼緣部位對稱布置，且與框架梁(9 )焊接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶拉力支撐的外貼鋼板-混凝土組合剪力墻，其特征在于:所述水平邊緣構(gòu)件(8)與框架梁(9)焊接或者螺栓連接；框架梁(9)與框架柱(10)焊接或者螺栓連接或者栓焊連接。
【文檔編號】E04B2/58GK103821260SQ201410088420
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】劉學(xué)春, 惠怡, 張愛林, 趙亮, 孫勇, 馬林 申請人:北京工業(yè)大學(xué)