加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆的製作方法

2023-12-03 14:24:41 4

專利名稱：加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆，屬於建
築結構工程技術領域。
背景技術：
在高層建築結構設計中，鋼板剪力牆是一種新型的抗側力結構體系。因為它與鋼
框架結構同屬於一種材料，在抵抗地震作用時表現出相同的延性與耗能能力。 厚鋼板剪力牆儘管不易屈曲，而且具有很好的滯回耗能曲線，但用鋼量大，經濟效
益較差，很難被市場接受。同時，由於限制鋼板牆發生屈曲，工程設計人員很難通過調整鋼
板的厚度有意改變某個方向的抗側剛度，因而很少使用。 非加勁鋼板剪力牆屬於薄鋼板牆，其在地震作用下首先屈曲並迅速形成拉力帶，拉力帶錨固在鋼板牆的邊緣梁柱構件上並給框架結構提供抗側剛度。由於這種鋼板牆採用薄鋼板，用鋼量低，經濟效益特好，已經在美日等國多高層鋼結構中開始廣泛應用。在我國天津地區，330米高的津塔就採用了鋼板剪力牆框架結構。但在非加勁鋼板剪力牆應用過程中，人們很快發現其在地震作用過程中，非加勁薄鋼板剪力牆卻表現出兩種缺點，一是滯回曲線存在嚴重的捏攏現象，不利於消耗地震能量，二是其在水平反覆荷載作用下其鋼板牆不斷屈曲引起的鼓曲噪音，大大地降低了其舒適性，阻礙了其在市場的推廣與應用。對於非加勁鋼板剪力牆存在的這些缺點，人們在不斷的尋求與探索新的加強措施，欲通過抑制鋼板牆的屈曲變形來改善其性能。 為克服非加勁薄鋼板剪力牆的缺點，工程技術人員一般在內嵌鋼板上焊接鋼板加勁肋，發展出加勁薄鋼板剪力牆。焊接的鋼板加勁肋可以有效抑制內嵌鋼板的局部屈曲，改善內嵌鋼板的滯回耗能性能，同時也能降低鋼板屈曲發出的聲響，解決非加勁鋼板牆的舒適性問題。但是，一般加勁薄鋼板剪力牆在應用中存在新的問題。在加勁肋與內嵌鋼板焊接時，會在焊接位置產生熱影響區，產生殘餘應力，同時使得材料性能退化、材性變脆，而且易於形成焊接缺陷，造成較大的應力集中；在反覆荷載作用下，這些熱影響區的材料耗能能力變差，材料易於發生脆性斷裂；另外，內嵌鋼板通常很薄，施焊時操作困難，容易"燒穿"，焊接質量難以得到保證。 本申請人也曾經提出一種防屈曲耗能鋼板剪力牆(ZL200410091547. 3)，通過在鋼板牆兩側配置整塊混凝土板來約束鋼板牆的屈曲變形，同時為了克服焊接帶來的缺陷而改用高強度螺栓把內嵌鋼板與混凝土蓋板連接起來，而且通過在內嵌鋼板螺栓位置開設大圓孔使內嵌鋼板與混凝土板之間在大震作用下能夠產生滑移，此時僅對內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，在內嵌鋼板兩側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大大地增加了結構本身的質量，並由此激發了新的地震作用，其次是採用混凝土蓋板，其成本大大提高，這是因為一般牆面尺度較大(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部必然產生很大的內力，加上混凝土板抗拉強度低，在受到內嵌鋼板向外鼓曲力時是一個受彎構件，在其截面上主要產生拉應力，不利於發揮混凝土材料的強度。因此，設計中只有增加混凝土板的厚度，也才能達到抑制內嵌鋼板屈曲變形的目的，因而經濟效益很低。

實用新型內容為克服上述一般加勁鋼板剪力牆與防屈曲耗能鋼板剪力牆的缺點，本發明提出一種加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆。通過在內嵌鋼板兩側或一側配置能夠約束薄鋼板屈曲的加勁型鋼且加勁型鋼與內嵌鋼板採用無粘結連接，不僅可以有效抑制內嵌鋼板的局部屈曲，改善內嵌鋼板的滯回耗能性能，同時也能降低鋼板屈曲發出的聲響，解決非加勁鋼板牆的舒適性問題，也解決了上述一般加勁鋼板剪力牆防屈曲耗能鋼板剪力牆的缺點。 計算分析表明，採用型鋼加勁形式，其型鋼剛度大且自身不易屈曲，對內嵌鋼板的約束作用與混凝土板相當，且型鋼與內嵌鋼板之間不採用焊接連接，將避免焊接熱影響區的產生，不會造成脆性斷裂。 為了實現加勁型鋼與內嵌鋼板之間可以滑動的目的，通過高強度螺栓把外側加勁型鋼與內嵌鋼板通過預先製作的螺栓孔連接起來，並施加一定的預應力。在內嵌鋼板上螺栓孔與螺栓杆直徑相當，加勁型鋼上的螺栓孔孔徑比螺栓直徑稍大，其差值由大震時層間位移角極限值確定。高強度螺栓把加勁型鋼與內嵌鋼板緊密結合起來，在中小震作用下加勁型鋼與內嵌鋼板之間通過摩擦力協同工作，二者共同抵抗水平地震作用，在大震作用下二者開始滑移，加勁型鋼僅對內嵌鋼板提供面外約束作用，避免加勁型鋼屈曲並抑制內嵌鋼板牆面外屈曲變形發展。 本實用新型提出一種加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆，在傳統的加勁鋼板剪力牆基礎上，通過改進加勁肋與內嵌鋼板的連接方式，克服了傳統的加勁肋與內嵌鋼板採用焊接連接帶來的缺陷，同時也能有效防止薄鋼板牆的面外整體屈曲。本實用新型旨在提供一種具有較大的抗側力作用，且能在大震作用下有效消能的新型鋼板剪力
攤I回o —種加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆，其特徵在於，所述鋼板剪力牆由內嵌鋼板、型鋼加勁肋、魚尾板及邊緣構件組成；所述內嵌鋼板採用高延性鋼材軋制的薄鋼板；所述型鋼加勁肋採用截面為工字形、箱形、C形、L形、巻邊帽形或其它形式的型鋼；所述邊緣構件包括邊緣柱和邊緣梁； 在上述加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆中，所述內嵌鋼板與所述邊緣構件通過所述魚尾板連接；其中，所述魚尾板與所述邊緣構件採用焊接連接，所述魚尾板與所述內嵌鋼板牆採用焊接或栓接； 在上述加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆中，所述內嵌鋼板在四角處開四分之一圓弧缺口，從而截斷角部拉力帶的傳力路線，使角部集中拉力向兩側轉移，拉力場的均勻度得到有效改善； 在上述加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆中，在所述內嵌鋼板一側或兩側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，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，即同時配置橫向型鋼加勁肋與豎向型鋼加勁肋；其中，對於形式③，其構造特點在於所述橫向型鋼加勁肋通長不斷開；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，並與所述橫向型鋼加勁肋通過焊接連接，同時須保證與所述內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，這樣才能保證型鋼加勁肋充分約束內嵌鋼板； 在上述加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆中，所述內嵌鋼板與所述型鋼加勁肋通過穿透兩者的高強度螺栓連接；在所述內嵌鋼板上開圓孔，直徑與螺栓杆直徑相當；對於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，大圓孔與螺栓杆的直徑差值由大震時層間位移角極限值確定；對於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，大圓孔與螺栓杆的直徑差值由大震時層間位移角極限值確定；對於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，大圓孔與螺栓杆的直徑差值由大震時層間位移角極限值確定；對於形式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，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內嵌鋼板起約束作用，如果型鋼剛度較小、鋼板高厚比較大，需要沿著型鋼開多個圓孔，才能保證型鋼始終對內嵌鋼板起約束作用，圓孔間距的大小需根據型鋼規格以及螺栓間距等參數確定。 所述高強度螺栓穿過所述內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，並對所述高強度螺栓施加一定的預拉力，使所述內嵌鋼板和所述型鋼加勁肋之間產生一定的預壓緊力；這樣，在中、小震作用下，所述型鋼加勁肋給所述內嵌鋼板提供強大的側向支撐作用，保證所述內嵌鋼板不發生整體與局部面外屈曲，且所述型鋼加勁肋與所述內嵌鋼板之間通過接觸摩擦協同受力，共同抵抗外荷載作用；在大震作用下，所述內嵌鋼板和所述型鋼加勁肋之間的內力差超過它們之間的最大摩擦力，產生相對滑動；所述加勁型鋼可以保證所述內嵌鋼板不發生面外整體與局部屈曲，從而使所述內嵌鋼板能夠充分發揮耗能作用。 本實用新型提出的加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆，可作為高層建築鋼結構或其它結構的一種新型抗側力構件，具有抗震性能好、延性高、施工方便、節省成本的優點，是一種優越的抗震耗能構件。

圖1為僅布置橫向型鋼加勁肋(形式①)的加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆的立面示意圖； 圖2為僅布置豎向型鋼加勁肋(形式②)的加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆的立面示意圖； 圖3為同時布置橫向型鋼加勁肋與豎向型鋼加勁肋(形式③)的加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆的立面示意圖； 圖4a為加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆的局部(圖3中A區)立面詳圖； 圖4b為加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆的局部(圖3中A區)立體分解詳圖；[0023] 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嵌鋼板連接示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖1 6具體說明這種加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪 力牆。 —種加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆，主要由內嵌鋼板、型鋼
加勁肋、魚尾板及邊緣構件組成，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-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-內嵌鋼板圓弧缺口； 10-連接螺栓的螺母； 11-連接螺栓的螺杆； 12-型鋼加勁肋上預留的大圓孔； 其中，邊緣柱1與邊緣梁2組成邊緣構件；內嵌鋼板3採用高延性鋼材軋制的薄鋼 板，並在內嵌鋼板3的四角開四分之一圓弧缺口 9 ;內嵌鋼板3與邊緣構件1、2通過魚尾板 4連接，魚尾板4與邊緣構件1、2採用焊接連接，魚尾板4與內嵌鋼板3採用焊接或栓接連 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均採用截面為工字形 (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所示的同時配置豎向型鋼加勁肋5與橫 向型鋼加勁肋6 ;對於形式③，橫向型鋼加勁肋6通長不斷開；豎向型鋼加勁肋5在與橫向型鋼加勁肋6相交處截斷，並與橫向型鋼加勁肋6採用焊接連接，焊接時須保證與內嵌鋼板 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； 其中，在內嵌鋼板3的一側或兩側配置型鋼加勁肋，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採用高強度螺栓； 在內嵌鋼板3上開圓孔，直徑與連接螺栓8的螺栓杆11的直徑相當；在型鋼加勁 肋上開大圓孔12，大圓孔12與連接螺栓8的螺栓杆11的直徑差值Ad由大震時層間位 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對於形式 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，根 據具體情況確定；對於形式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，根據具體情況確定；對於形式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穿過內嵌鋼板3上的圓孔與型鋼加勁肋上的大圓孔12，並在連接螺栓 的螺母10與豎向型鋼加勁肋5之間擱置鋼墊板7 ;對連接螺栓8施加一定的預拉力。
權利要求加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆，所述剪力牆由內嵌鋼板、型鋼加勁肋、魚尾板及邊緣構件組成，其特徵在於，該剪力牆通過在內嵌鋼板兩側或一側配置能夠約束薄鋼板屈曲的加勁型鋼，且加勁型鋼與內嵌鋼板採用無粘結連接；所述內嵌鋼板與所述型鋼加勁肋通過穿透兩者的高強度螺栓連接；在所述內嵌鋼板上開圓孔，直徑與螺栓杆直徑相當。
2. 根據權利要求1所述的抑制型剪力牆，其特徵在於，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，即同時配置橫向型鋼加勁肋與豎向型鋼加勁肋。
3. 根據權利要求1或2所述的抑制型剪力牆，其特徵在於，對於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，大圓孔與螺栓杆的直徑差值由大 震時層間位移角極限值確定。
4. 根據權利要求1或2所述的抑制型剪力牆，其特徵在於，對於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，大圓孔與螺栓杆的直徑差值由大 震時層間位移角極限值確定。
5. 根據權利要求1或2所述的抑制型剪力牆，其特徵在於，對於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 栓杆的直徑差值由大震時層間位移角極限值確定；所述高強度螺栓穿過所述內嵌鋼板上的 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，並對所述 高強度螺栓施加一定的預拉力。
6. 根據權利要求1所述的抑制型剪力牆，其特徵在於，所述內嵌鋼板與所述邊緣構件 通過所述魚尾板連接；其中，所述魚尾板與所述邊緣構件採用焊接連接，所述魚尾板與所述 內嵌鋼板牆採用焊接或栓接。
7. 根據權利要求1所述的抑制型剪力牆，其特徵在於，所述內嵌鋼板在四角處開四分 之一圓弧缺口。
8. 根據權利要求1所述的抑制型剪力牆，其特徵在於，所述內嵌鋼板採用高延性鋼材 軋制的薄鋼板；所述型鋼加勁肋採用截面為工字形、箱形、C形、L形、巻邊帽形；所述邊緣構 件包括邊緣柱和邊緣梁。
專利摘要加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆，屬於結構工程技術領域。所述剪力牆由內嵌鋼板、型鋼加勁肋、魚尾板及邊緣構件組成；所述內嵌鋼板採用高延性鋼材軋制的薄鋼板；所述邊緣構件由邊緣柱和邊緣梁組成；所述型鋼加勁肋採用工字形、箱形、C形、L形、卷邊帽形或其它截面形式的型鋼；所述內嵌鋼板在四角處開四分之一圓弧缺口；所述內嵌鋼板與所述邊緣構件通過魚尾板連接；所述內嵌鋼板與所述型鋼加勁肋之間通過穿透兩者的高強度螺栓連接。本實用新型提供的加勁型鋼與內嵌鋼板可以滑動的屈曲抑制型剪力牆可作為高層建築鋼結構或其它結構的新型抗側力構件，具有抗震性能好、延性高、施工方便、節約成本的優點，是一種優越的抗震耗能構件。
文檔編號E04B2/56GK201539031SQ20092011067
公開日2010年8月4日 申請日期2009年8月7日 優先權日2009年8月7日
發明者蘭濤, 呂清天, 王小安, 郭彥林 申請人:清華大學