防屈曲耗能钢板剪力墙.pdf

本发明涉及一种属于结构工程技术领域的防屈曲耗能钢板剪力墙。其特征是所述剪力墙由内嵌钢板和两侧外围混凝土盖板组成；所述内嵌钢板采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材；所述外围混凝土盖板采用一般混凝土板；所述边缘构件由边缘梁和边缘柱组成；所述内嵌钢板与所述混凝土盖板之间通过穿透三块板的螺栓或预应力螺栓连接，在所述混凝土盖板上开椭圆型孔以便螺栓穿过且有足够的滑移空间；在所述混凝土盖板开孔位置预埋槽形钢给予加强，并在加强槽钢的相应位置开椭圆孔。本发明提供的防屈曲钢板剪力墙是高层建筑钢结构或其它结构的一种新型抗侧力构件，它具有抗震性能好、延性高、耗能滞回环饱满等特点，是一种优越的抗震耗能构件。

1、  防屈曲耗能钢板剪力墙，其特征在于，所述剪力墙由内嵌钢板单元和前后两侧混凝土盖板单元及边缘构件组成；所述内嵌钢板采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材；所述前后两侧混凝土盖板采用一般混凝土板；所述边缘构件由边缘梁和边缘柱组成；所述内嵌钢板与所述混凝土盖板之间通过穿透三块板的螺栓或预应力螺栓连接，在所述混凝土盖板上开椭圆型孔以便螺栓穿过且有足够的滑移空间；在所述混凝土盖板开孔位置预埋槽形钢给予加强，并在加强槽钢的相应位置开椭圆孔。

2、  根据权利要求1所述的防屈曲耗能钢板剪力墙，其特征在于，所述两侧混凝土盖板与边缘构件留有一定的间隙，其值大小取10-50mm。

3、  根据权利要求1所述的防屈曲耗能钢板剪力墙，其特征在于，所述内嵌钢板与边缘构件的连接分为两种，其一是与周边构件全部连接，其二是仅与横梁连接。

4、  根据权利要求1所述的防屈曲耗能钢板剪力墙，其特征在于，所述内嵌钢板与边缘构件采用焊接或螺栓连接。

5、  根据权利要求1所述的防屈曲耗能钢板剪力墙，其特征在于，所述防屈曲钢板墙分为大震滑移的防屈曲钢板墙和完全滑移的防屈曲钢板墙两种。

6、  根据权利要求1或2所述的防屈曲耗能钢板剪力墙，其特征在于，对于所述大震滑移的防屈曲钢板墙，螺栓施加一定的预拉力，在所述混凝土盖板和内嵌钢板之间产生一定的压紧力，在小震作用下既能保证内嵌钢板不发生局部屈曲，而且与钢板墙通过接触磨擦共同受力，提供强大的面外约束作用；在大震作用下，所述内嵌钢板和外围混凝土盖板之间的内力差超过它们之间的摩擦力，于是产生相对滑动；在保证钢板不发生面外屈曲的情况下，钢板充分的发挥耗能作用。

7、  根据权利要求1或2所述的防屈曲耗能钢板剪力墙，其特征在于，对于所述完全滑移的防屈曲钢板墙，螺栓不施加预应力；分别在小震和大震作用下，混凝土盖板与内嵌钢板之间可以滑移，混凝土盖板对钢板仅提供面外约束，不参与面内受力；内嵌钢板提供面内刚度和耗能性能。

防屈曲耗能钢板剪力墙
技术领域
本发明涉及一种新型抗侧力、防屈曲耗能钢板剪力墙，属于结构工程技术领域。
背景技术
钢板剪力墙作为一种新型抗侧力构件，在美国、日本和加拿大等西方发达国家开始广泛应用，近年来在我国高烈度抗震设防地区已开始应用。钢板剪力墙与钢筋混凝土剪力墙相比具有更好地耗能能力和更好的延性，克服了混凝土剪力墙在大震作用下混凝土开开裂、延性大幅度降低的缺点，是一种优越的抗震耗能构件；然而，设计钢板剪力墙时必须采用较小的宽厚比或设置强大的加劲肋以抑制钢板屈曲的发生才能达到更好的耗能效果及更好的延性，但这增加了材料及成本、降低了其经济性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较大的抗侧力作用，也能在大震作用下有效消能的防屈曲钢板剪力墙。
本发明提出的防屈曲耗能钢板剪力墙，其特征在于，所述剪力墙由内嵌钢板和两侧外围混凝土盖板组成；所述内嵌钢板采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材；所述外围混凝土盖板采用一般混凝土板；所述边缘构件由边缘梁和边缘柱组成；所述内嵌钢板与所述混凝土盖板之间通过穿透三块板的螺栓或预应力螺栓连接，在所述混凝土盖板上开椭圆型孔以便螺栓穿过且有足够的滑移空间；在所述混凝土盖板开孔位置预埋槽形钢给予加强，并在加强槽钢的相应位置开椭圆孔。
在上述防屈曲耗能钢板剪力墙中，所述两侧外围混凝土盖板与边缘构件留有一定的间隙，其值大小取10-50mm。
在上述防屈曲耗能钢板剪力墙，所述内嵌钢板与边缘构件的连接分为两种，其一是与边缘构件全部连接，其二是仅与横梁连接。
在上述防屈曲耗能钢板剪力墙，所述内嵌钢板与边缘构件的连接采用焊接或螺栓连接。
在上述防屈曲耗能钢板剪力墙中，所述防屈曲钢板墙分为大震滑移的防屈曲钢板墙和完全滑移的防屈曲钢板墙两种。
在上述防屈曲耗能钢板剪力墙中，对于所述大震滑移的防屈曲钢板墙，螺栓施加一定的预应力，在混凝土盖板和内嵌钢板之间产生一定的压紧力，在小震作用下既能保证内嵌钢板不发生局部屈曲，而且混凝土盖板与内嵌钢板之间通过接触磨擦共同受力，给结构提供强大的侧向支撑作用；在大震作用下，所述内嵌钢板和混凝土盖板之间的内力差超过它们之间的摩擦力，于是产生相对滑动；在保证内嵌钢板不发生面外屈曲的情况下，钢板充分的发挥耗能作用。
在上述防屈曲耗能钢板剪力墙中，对于所述完全滑移的防屈曲钢板墙，螺栓不施加预应力，无论在小震还是在大震作用下，混凝土盖板与内嵌钢板之间始终可以滑移，混凝土盖板对内嵌钢板仅提供面外约束，不参与面内受力；内嵌钢板提供面内刚度和耗能性能。
本发明对传统的钢板剪力墙通过在两侧表面加混凝土盖板的形式，可以有效的防止钢板墙面外屈曲，提高钢板墙的抗侧刚度、耗能及延性性能。这种钢板墙叫“防屈曲耗能钢板剪力墙”，简称防屈曲钢板墙。防屈曲钢板墙既能提供较大的抗侧力作用，也能在大震作用下有效的消能，这为其设置了绝佳的市场应用地位。这样，即使对于比较薄的钢板，也可以获得比较高的耗能性能和延性，同时也大大的降低了结构的成本。
本发明提供的防屈曲钢板剪力墙是高层建筑钢结构或其它结构的一种新型抗侧力构件，它具有抗震性能好、延性高、耗能滞回环饱满等特点，是一种优越的抗震耗能构件。
附图说明
图1为本发明的防屈曲耗能钢板剪力墙结构示意图。
图2为本发明的防屈曲耗能钢板剪力墙单元分解图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1、2所示，1-左侧边缘柱，2-右侧边缘柱，3-上端边缘梁，4-下端边缘梁，5-内嵌钢板，6-混凝土盖板，7-混凝土盖板上预留椭圆孔，8-内嵌钢板与混凝土盖板的连接螺栓，9-混凝土盖板与框架之间预留缝隙，
本发明的防屈曲钢板墙由内嵌钢板和钢板前后约束混凝土盖板及边缘构件组成；边缘构件由左、右边缘柱1，2和上、下边缘梁3，4组成，内嵌钢板5采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材；前后混凝土盖板6采用一般混凝土板；内嵌钢板5与混凝土盖板6之间通过穿透三块板的螺栓或预应力螺栓8连接，在混凝土盖板6上开椭圆型孔7以便螺栓8穿过且有足够的滑移空间；在混凝土盖板开孔位置预埋一般槽形钢给予加强，并在加强槽钢的相应位置也开椭圆孔。
防屈曲钢板墙的种类及受力机理：
大震滑移的防屈曲钢板墙；在小震作用下，内嵌钢板单元和外围混凝土约束单元在接触面处不能相对滑移，通过给螺栓施加一定的初始预应力使二者共同受力。在大震作用下，内嵌钢板与混凝土盖板开始滑移，混凝土板在面内退出受力，此后仅提供面外约束刚度。
完全滑移的防屈曲钢板墙；在小震和大震作用下，内嵌钢板单元和外围混凝土约束单元在接触面处能相对滑移，二者通过螺栓拧紧，但不施加初始预应力。混凝土板仅提供平面外约束刚度，不参与其面内受力；
防屈曲钢板墙的构造及连接要求；
(1)两侧混凝土盖板与边缘构件不连接，留有一定的间隙，其值大小取10-50mm；
(2)钢板墙与边缘构件的连接分为两种，其一是与边缘构件全部连接，其二是仅与横梁连接；
(3)内嵌钢板与边缘构件(梁和柱)采用焊接或螺栓连接，视设计而定。
防屈曲钢板剪力墙的截面尺寸确定：
(1)钢板的抗剪极限承载力计算公式：F_v＝0.8a t_s f_v，其中a＝钢板墙的横向宽度，h＝钢板墙的高度，t_s＝钢板墙的厚度；
(2)确定混凝土盖板的厚度及配筋情况：通过钢板墙整体屈曲分析决定外围混凝土盖板刚度与钢板墙刚度的比值；在设计时，只要满足这一比值条件，可以认为混凝土盖板平面外的约束刚度满足要求。
防屈曲钢板剪力墙的设计原则：
(1)地震作用计算：按中震考虑，并按照框架和墙板元计算结构的内力；在小震作用下，框架、钢板墙承载力及层间位移角满足设计要求；
(2)钢板墙的设计关键是决定其厚度，其原则是要在大震作用下保证内嵌钢板进入屈服而耗能，避免钢板墙太强导致框架构件先行破坏；内嵌钢板要有一定的厚度，以便在小震作用下能满足构件承载力要求及弹性位移角限值。