專利名稱：加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻，屬于建筑結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼板剪力墻是一種新型的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。因?yàn)樗c鋼框架結(jié)構(gòu)同屬于一種材料，在抵抗地震作用時(shí)表現(xiàn)出相同的延性與耗能能力。
厚鋼板剪力墻盡管不易屈曲，而且具有很好的滯回耗能曲線，但用鋼量大，經(jīng)濟(jì)效益較差，很難被市場(chǎng)接受。同時(shí)，由于限制鋼板墻發(fā)生屈曲，工程設(shè)計(jì)人員很難通過調(diào)整鋼板的厚度有意改變某個(gè)方向的抗側(cè)剛度，因而很少使用。
非加勁鋼板剪力墻屬于薄鋼板墻，其在地震作用下首先屈曲并迅速形成拉力帶，拉力帶錨固在鋼板墻的邊緣梁柱構(gòu)件上并給框架結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度。由于這種鋼板墻采用薄鋼板，用鋼量低，經(jīng)濟(jì)效益特好，已經(jīng)在美日等國(guó)多高層鋼結(jié)構(gòu)中開始廣泛應(yīng)用。在我國(guó)天津地區(qū)，330米高的津塔就采用了鋼板剪力墻框架結(jié)構(gòu)。但在非加勁鋼板剪力墻應(yīng)用過程中，人們很快發(fā)現(xiàn)其在地震作用過程中，非加勁薄鋼板剪力墻卻表現(xiàn)出兩種缺點(diǎn)， 一是滯回曲線存在嚴(yán)重的捏攏現(xiàn)象，不利于消耗地震能量，二是其在水平反復(fù)荷載作用下其鋼板墻不斷屈曲引起的鼓曲噪音，大大地降低了其舒適性，阻礙了其在市場(chǎng)的推廣與應(yīng)用。對(duì)于非加勁鋼板剪力墻存在的這些缺點(diǎn)，人們?cè)诓粩嗟膶で笈c探索新的加強(qiáng)措施，欲通過抑制鋼板墻的屈曲變形來改善其性能。
為克服非加勁薄鋼板剪力墻的缺點(diǎn)，工程技術(shù)人員一般在內(nèi)嵌鋼板上焊接鋼板加勁肋，發(fā)展出加勁薄鋼板剪力墻。焊接的鋼板加勁肋可以有效抑制內(nèi)嵌鋼板的局部屈曲，改善內(nèi)嵌鋼板的滯回耗能性能，同時(shí)也能降低鋼板屈曲發(fā)出的聲響，解決非加勁鋼板墻的舒適性問題。但是， 一般加勁薄鋼板剪力墻在應(yīng)用中存在新的問題。在加勁肋與內(nèi)嵌鋼板焊接時(shí)，會(huì)在焊接位置產(chǎn)生熱影響區(qū)，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，同時(shí)使得材料性能退化、材性變脆，而且易于形成焊接缺陷，造成較大的應(yīng)力集中；在反復(fù)荷載作用下，這些熱影響區(qū)的材料耗能能力變差，材料易于發(fā)生脆性斷裂；另外，內(nèi)嵌鋼板通常很薄，施焊時(shí)操作困難，容易"燒穿"，焊接質(zhì)量難以得到保證。
本申請(qǐng)人也曾經(jīng)提出一種防屈曲耗能鋼板剪力墻(ZL200410091547.3)，通過在鋼板墻兩側(cè)配置整塊混凝土板來約束鋼板墻的屈曲變形，同時(shí)為了克服焊接帶來的缺陷而改用高強(qiáng)度螺栓把內(nèi)嵌鋼板與混凝土蓋板連接起來，而且通過在內(nèi)嵌鋼板螺栓位置開設(shè)大圓孔使內(nèi)嵌鋼板與混凝土板之間在大震作用下能夠產(chǎn)生滑移，此時(shí)僅對(duì)內(nèi)嵌鋼板起到面外約束作用，避免了焊接帶來的缺陷影響。但是，在內(nèi)嵌鋼板兩側(cè)配置整塊混凝土板也帶來了新的問題，首先是混凝板的出現(xiàn)大大地增加了結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量，并由此激發(fā)了新的地震作用，其次是采用混凝土蓋板，其成本大大提高，這是因?yàn)橐话銐γ娉叨容^大(高度在3米左右，寬度往往在6米以上)，在一整塊混凝土板內(nèi)部必然產(chǎn)生很大的內(nèi)力，加上混凝土板抗拉強(qiáng)度低，在受到內(nèi)嵌鋼板向外鼓曲力時(shí)是一個(gè)受彎構(gòu)件，在其截面上主要產(chǎn)生拉應(yīng)力，不利于發(fā)揮混凝土材料的強(qiáng)度。因此，設(shè)計(jì)中只有增加混凝土板的厚度，也才能達(dá)到抑制內(nèi)嵌鋼板屈曲變形的目的，因而經(jīng)濟(jì)效益很低。
為克服上述一般加勁鋼板剪力墻與防屈曲耗能鋼板剪力墻的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻。通過在內(nèi)嵌鋼板兩側(cè)或一側(cè)配置能夠約朿薄鋼板屈曲的加勁型鋼且加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板采用無粘結(jié)連接，不僅可以有效抑制內(nèi)嵌鋼板的局部屈曲，改善內(nèi)嵌鋼板的滯回耗能性能，同時(shí)也能降低鋼板屈曲發(fā)出的聲響，解決非加勁鋼板墻的舒適性問題，也解決了上述一般加勁鋼板剪力墻防屈曲耗能鋼板剪力墻的缺點(diǎn)。
計(jì)算分析表明，采用型鋼加勁形式，其型鋼剛度大且自身不易屈曲，對(duì)內(nèi)嵌鋼板的約束作用與混凝土板相當(dāng)，且型鋼與內(nèi)嵌鋼板之間不采用焊接連接，將避免焊接熱影響區(qū)的產(chǎn)生，不會(huì)造成脆性斷裂。
為了實(shí)現(xiàn)加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板之間可以滑動(dòng)的目的，通過高強(qiáng)度螺栓把外側(cè)加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板通過預(yù)先制作的螺栓孔連接起來，并施加一定的預(yù)應(yīng)力。在內(nèi)嵌鋼板上螺栓孔與螺栓桿直徑相當(dāng)，加勁型鋼上的螺栓孔孔徑比螺栓直徑稍大，其差值由大震時(shí)層間位移角極限值確定。高強(qiáng)度螺栓把加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板緊密結(jié)合起來，在中小震作用下加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板之間通過摩擦力協(xié)同工作，二者共同抵抗水平地震作用，在大震作用下二者開始滑移，加勁型鋼僅對(duì)內(nèi)嵌鋼板提供面外約朿作用，避免加勁型鋼屈曲并抑制內(nèi)嵌鋼板墻面外屈曲變形發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻，在傳統(tǒng)的加勁鋼板剪力墻基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)加勁肋與內(nèi)嵌鋼板的連接方式，克服了傳統(tǒng)的加勁肋與內(nèi)嵌鋼板采用焊接連接帶來的缺陷，同時(shí)也能有效防止薄鋼板墻的面外整體屈曲。本發(fā)明旨在提供一種具有較大的抗側(cè)力作用，且能在大震作用下有效消能的新型鋼板剪力墻。
一種加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻，其特征在于，所述鋼板剪力墻由內(nèi)嵌鋼板、型鋼加勁肋、魚尾板及邊緣構(gòu)件組成；所述內(nèi)嵌鋼板采用高延性鋼材軋制的薄鋼板；所述型鋼加勁肋采用截面為工字形、箱形、C形、L形、巻邊帽形或其它形式的型鋼；所述邊緣構(gòu)件包括邊緣柱和邊緣梁；
在上述加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻中，所述內(nèi)嵌鋼板與所述邊緣構(gòu)件通過所述魚尾板連接；其中，所述魚尾板與所述邊緣構(gòu)件采用焊接連接，所述魚尾板與所述內(nèi)嵌鋼板墻采用焊接或栓接；
在上述加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻中，所述內(nèi)嵌鋼板在四角處開四分之一圓弧缺口，從而截?cái)嘟遣坷У膫髁β肪€，使角部集中拉力向兩側(cè)轉(zhuǎn)移，拉力場(chǎng)的均勻度得到有效改善；
在上述加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻中，在所述內(nèi)嵌鋼板一側(cè)或兩側(cè)配置所述型鋼加勁肋；所述型鋼加勁肋的布置分為三種形式①型鋼加勁肋僅橫向布置，
4即僅配置橫向型鋼加勁肋；②型鋼加勁肋僅豎向布置，即僅配置豎向型鋼加勁肋；③型鋼加勁肋沿橫向、豎向均布置，即同時(shí)配置橫向型鋼加勁肋與豎向型鋼加勁肋；其中，對(duì)于形式③，其構(gòu)造特點(diǎn)在于所述橫向型鋼加勁肋通長(zhǎng)不斷開；所述豎向型鋼加勁肋在與所述橫向型鋼加勁肋相交處斷開，并與所述橫向型鋼加勁肋通過焊接連接，同時(shí)須保證與所述內(nèi)嵌鋼板相接觸的所述橫向型鋼加勁肋的表面與所述豎向型鋼加勁肋的表面在同一平面內(nèi)，這樣才能保證型鋼加勁肋充分約束內(nèi)嵌鋼板；
在上述加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻中，所述內(nèi)嵌鋼板與所述型鋼加勁肋通過穿透兩者的高強(qiáng)度螺栓連接；在所述內(nèi)嵌鋼板上開圓孔，直徑與螺栓桿直徑相當(dāng)；對(duì)于型鋼加勁肋布置形式①，在所述橫向型鋼加勁肋上按照一定的間距開大圓孔，大圓孔與螺栓桿的直徑差值由大震時(shí)層間位移角極限值確定；對(duì)于型鋼加勁肋布置形式②，在所述豎向型鋼加勁肋上按照一定的間距開大圓孔，大圓孔與螺栓桿的直徑差值i大震時(shí)層間位移角極限值確定；對(duì)于型鋼加勁肋布置形式③，在所述豎向型鋼加勁肋上，與所述橫向型鋼加勁肋相交處的部位開大圓孔，大圓孔與螺栓桿的直徑差值由大震時(shí)層間位移角極限值確定；對(duì)于形式①與形式②，型鋼加勁肋上的圓孔間距與型鋼剛度、鋼板高厚比有關(guān)，如果型鋼剛度較大、鋼板高厚比較小，只需在型鋼兩端開圓孔即可保證型鋼始終對(duì)內(nèi)嵌鋼板起約束作用，如果型鋼剛度較小、鋼板高厚比較大，需要沿著型鋼丌多個(gè)圓孔，才能保證型鋼始終對(duì)內(nèi)嵌鋼板起約束作用，圓孔間距的大小需根據(jù)型鋼規(guī)格以及螺栓間距等參數(shù)確定。
所述高強(qiáng)度螺栓穿過所述內(nèi)嵌鋼板上的圓孔與所述型鋼加勁肋上的大圓孔，在螺母與所述型鋼加勁肋之間放置鋼墊板，并對(duì)所述高強(qiáng)度螺栓施加一定的預(yù)拉力，使所述內(nèi)嵌鋼板和所述型鋼加勁肋之間產(chǎn)生一定的預(yù)壓緊力；這樣，在中、小震作用下，所述型鋼加勁肋給所述內(nèi)嵌鋼板提供強(qiáng)大的側(cè)向支撐作用，保證所述內(nèi)嵌鋼板不發(fā)生整體與局部面外屈曲，且所述型鋼加勁肋與所述內(nèi)嵌鋼板之間通過接觸摩擦協(xié)問受力，共同抵抗外荷載作用；在大震作用下，所述內(nèi)嵌鋼板和所述型鋼加勁肋之間的內(nèi)力差超過它們之間的最大摩擦力，產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)；所述加勁型鋼可以保證所述內(nèi)嵌鋼板不發(fā)生面外整體與局部屈曲，從而使所述內(nèi)嵌鋼板能夠充分發(fā)揮耗能作用。
本發(fā)明提出的加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻，可作為高層建筑鋼結(jié)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)的一種新型抗側(cè)力構(gòu)件，具有抗震性能好、延性高、施工方便、節(jié)省成本的優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)越的抗震耗能構(gòu)件。


圖1為僅布置橫向型鋼加勁肋(形式①)的加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻的立面示意圖2為僅布置豎向型鋼加勁肋(形式②)的加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻的立面示意圖3為同時(shí)布置橫向型鋼加勁肋與豎向型鋼加勁肋(形式③)的加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻的立面示意圖4為加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻的局部(圖3中A區(qū))立面詳圖與立體分解詳圖；圖5a、圖5b、圖5c、圖5d、圖5e、圖6a、圖6b、圖6c、圖6d、圖6e為具有各種不同 截面形式的型鋼加勁肋與內(nèi)嵌鋼板連接示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖1 6具體說明這種加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻。 一種加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻，主要由內(nèi)嵌鋼板、型鋼加勁肋、
魚尾板及邊緣構(gòu)件組成，如圖1 4所示，包含如下組成單元
1- 邊緣柱；
2- 邊緣梁；
3- 內(nèi)嵌鋼板；
4- 魚尾板；
5- 豎向型鋼加勁肋； 5-l—工字形型鋼；
5-2_箱形型鋼； 5-3—C型型鋼； 5-4—L型型鋼；
5- 5 —巻邊帽形型鋼；
6- 橫向型鋼加勁肋； 6-1一工字形型鋼； 6-2 —箱形型鋼；
6-3—C型型鋼； 6-4 — L型型鋼；
6- 5 —巻邊帽形型鋼；
7- 鋼墊板；
8- 連接螺栓；
9- 內(nèi)嵌鋼板圓弧缺口；
10- 連接螺栓的螺母；
11- 連接螺栓的螺桿；
12- 型鋼加勁肋上預(yù)留的大圓孔；
其中，邊緣柱1與邊緣梁2組成邊緣構(gòu)件；內(nèi)嵌鋼板3采用高延性鋼材軋制的薄鋼板，
并在內(nèi)嵌鋼板3的四角開四分之一圓弧缺口 9;內(nèi)嵌鋼板3與邊緣構(gòu)件1、 2通過魚尾板4連 接，魚尾板4與邊緣構(gòu)件1、 2采用焊接連接，魚尾板4與內(nèi)嵌鋼板3采用焊接或栓接連接； 其中，如圖5所示，豎向型鋼加勁肋5與橫向型鋼加勁肋6均采用截面為工字形(圖5. a)、 箱形(圖5.b)、 C形(圖5.c)、 L形(圖5.d)、巻邊帽形(圖5.e)或其它形式的型鋼。型 鋼加勁肋的布置形式分為三種，分別為①如圖l所示的僅布置橫向型鋼加勁肋6，②如圖2 所示的僅布置豎向型鋼加勁肋5，③如圖3所示的同時(shí)配置豎向型鋼加勁肋5與橫向型鋼加 勁肋6;對(duì)于形式③，橫向型鋼加勁肋6通長(zhǎng)不斷開豎向型鋼加勁肋5在與橫向型鋼加勁
6肋6相交處截?cái)啵⑴c橫向型鋼加勁肋6采用焊接連接，焊接時(shí)須保證與內(nèi)嵌鋼板3相接觸
的豎向型鋼加勁肋5的表面與橫向型鋼加勁肋6的表面在同一平面內(nèi)；
其中，在內(nèi)嵌鋼板3的一側(cè)或兩側(cè)配置型鋼加勁肋，型鋼加勁肋的布置形式可以是形式 ①(如圖1所示)、形式②(如圖2所示)或形式③(如圖3所示)；內(nèi)嵌鋼板3與型鋼加勁
肋之間通過穿透兩者的連接螺栓8連接；連接螺栓8采用高強(qiáng)度螺栓；
在內(nèi)嵌鋼板3上開圓孔，直徑與連接螺栓8的螺栓桿11的直徑相當(dāng)；在型鋼加勁肋上開
大圓孔12，大圓孔12與連接螺栓8的螺栓桿11的直徑差值A(chǔ)d由大震時(shí)層間位移角極限值
確定；型鋼加勁肋上開大圓孔的位置與型鋼加勁肋的布置形式有關(guān)對(duì)于形式①，在橫向型
鋼加勁肋6上等間距開大圓孔12，圓孔間距與型鋼剛度、鋼板高厚比有關(guān)，根據(jù)具體情況確
定；對(duì)于形式②，在豎向型鋼加勁肋5上等間距開大圓孔12，圓孔間距與型鋼剛度、鋼板高 厚比有關(guān)，根據(jù)具體情況確定；對(duì)于形式③，如圖4所示，在豎向型鋼加勁肋5與橫向型鋼 加勁肋6相交處開大圓孔12，即在橫向型鋼加勁肋6上，與豎向型鋼加勁肋5相交處；
連接螺栓8穿過內(nèi)嵌鋼板3上的圓孔與型鋼加勁肋上的大圓孔12，并在連接螺栓的螺母 10與豎向型鋼加勁肋5之間擱置鋼墊板7;對(duì)連接螺栓8施加一定的預(yù)拉力。
權(quán)利要求
1、加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻，所述剪力墻由內(nèi)嵌鋼板、型鋼加勁肋、魚尾板及邊緣構(gòu)件組成，其特征在于，該剪力墻通過在內(nèi)嵌鋼板兩側(cè)或一側(cè)配置能夠約束薄鋼板屈曲的加勁型鋼，且加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板采用無粘結(jié)連接；所述內(nèi)嵌鋼板與所述型鋼加勁肋通過穿透兩者的高強(qiáng)度螺栓連接；在所述內(nèi)嵌鋼板上開圓孔，直徑與螺栓桿直徑相當(dāng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制型剪力墻，其特征在于，所述型鋼加勁肋的布置分為三種形式① 型鋼加勁肋僅橫向布置，即僅配置橫向型鋼加勁肋；② 型鋼加勁肋僅豎向布置，即僅配置豎向型鋼加勁肋；③ 型鋼加勁肋沿橫向、豎向均布置，即同時(shí)配置橫向型鋼加勁肋與豎向型鋼加勁肋。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抑制型剪力墻，其特征在于，對(duì)于型鋼加勁肋布置形式①，在所述橫向型鋼加勁肋上按照一定的間距開大圓孔，大圓孔與螺栓桿的直徑差值由大震時(shí)層間位移角極限值確定。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抑制型剪力墻，其特征在于，對(duì)于型鋼加勁肋布置形式②，在所述豎向型鋼加勁肋上按照一定的間距開大圓孔，大圓孔與螺栓桿的直徑差值由大震時(shí)層間位移角極限值確定。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抑制型剪力墻，其特征在于，對(duì)于型鋼加勁肋布置形式③，在所述豎向型鋼加勁肋上，與所述橫向型鋼加勁肋相交處的部位開大圓孔，大圓孔與螺栓桿的直徑差值由大震時(shí)層間位移角極限值確定；所述高強(qiáng)度螺栓穿過所述內(nèi)嵌鋼板上的圓孔與所述型鋼加勁肋上的大圓孔，在螺母與所述型鋼加勁肋之間放置鋼墊板，并對(duì)所述高強(qiáng)度螺栓施加一定的預(yù)拉力。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制型剪力墻，其特征在于，所述內(nèi)嵌鋼板與所述邊緣構(gòu)件通過所述魚尾板連接；其中，所述魚尾板與所述邊緣構(gòu)件采用焊接連接，所述魚尾板與所述內(nèi)嵌鋼板墻采用焊接或栓接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制型剪力墻，其特征在于，所述內(nèi)嵌鋼板在四角處開四分之一圓弧缺口。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制型剪力墻，其特征在于，所述內(nèi)嵌鋼板釆用高延性鋼材軋制的薄鋼板；所述型鋼加勁肋采用截面為工字形、箱形、C形、L形、巻邊帽形或其它形式的型鋼；所述邊緣構(gòu)件包括邊緣柱和邊緣梁。
全文摘要
加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。所述剪力墻由內(nèi)嵌鋼板、型鋼加勁肋、魚尾板及邊緣構(gòu)件組成；所述內(nèi)嵌鋼板采用高延性鋼材軋制的薄鋼板；所述邊緣構(gòu)件由邊緣柱和邊緣梁組成；所述型鋼加勁肋采用工字形、箱形、C形、L形、卷邊帽形或其它截面形式的型鋼；所述內(nèi)嵌鋼板在四角處開四分之一圓弧缺口；所述內(nèi)嵌鋼板與所述邊緣構(gòu)件通過魚尾板連接；所述內(nèi)嵌鋼板與所述型鋼加勁肋之間通過穿透兩者的高強(qiáng)度螺栓連接。本發(fā)明提供的加勁型鋼與內(nèi)嵌鋼板可以滑動(dòng)的屈曲抑制型剪力墻可作為高層建筑鋼結(jié)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)的新型抗側(cè)力構(gòu)件，具有抗震性能好、延性高、施工方便、節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)越的抗震耗能構(gòu)件。
文檔編號(hào)E04B1/98GK101672077SQ20091009073
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者濤 蘭, 呂清天, 王小安, 郭彥林 申請(qǐng)人:清華大學(xué)