专利名称：无粘结加劲肋钢板剪力墙的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型抗侧力、无粘结加劲钢板剪力墙，属于结构工程技术领域。
技术背景薄钢板剪力墙作为一种新型抗侧力构件，在美国、日本和加拿大等国的多高层钢结构中 得到了广泛应用，且近年来在低层住宅钢结构中也开始崭露头角。由于其优越的力学性能及 良好的经济性，我国高烈度抗震设防地区也已开始应用薄钢板剪力墙作为高层钢结构的抗侧 力构件。然而，薄钢板剪力墙在地震作用过程中，表现出两种受力缺陷， 一是滞回曲线存在严重 的捏拢现象，不利于消耗地震能量，二是薄板拉力带在交叉反复形成与消失的过程中，由于 屈曲会产生较大的声响，在小震或风荷载作用下即会令人不安。为消除这些缺陷，工程技术 人员通常采用设置加劲肋的形式来提高薄钢板剪力墙的屈曲荷载、增强滞回曲线的饱满度， 消除或减弱屈曲声响，并且在实际设计中，加劲肋通常采取与内嵌钢板焊接的连接形式。这 种连接形式主要存在如下问题(l)在焊接部位由于材料熔融变脆，会降低材料的延性要求， 且在焊接部位不可避免的存在裂纹、夹杂等缺陷，特别是在反复荷载作用下，在焊接连接部 位易于产生脆性断裂，连接部位裂纹更易迅速扩展并很快发生脆性断裂，脆性断裂会引起钢 板墙失去承载力，同时也会大大地削减它的耗能能力；(2)由于内嵌钢板很薄，实际施焊起 来容易"烧穿"，焊接质量不易得到保证；(3)与钢板焊接的加劲肋容易发生局部屈曲，局部 屈曲会严重降低加劲肋的加劲效率，而且反复的局部屈曲会使加劲肋材料变脆，最终失去加 劲肋的作用；(4)焊接导致薄钢板发生的热变形对其抗侧刚度削弱较大。为了克服焊接带来的缺陷、加劲肋的屈曲以及焊接连接对钢板墙承载力性能与延性的削 减，本申请提出了一种无粘结加劲钢板剪力墙，即加劲肋与钢板采用无粘结的连接形式，既 能保证加劲肋提供持续的面外支撑，同时也大大地改善了钢板的耗能能力。加劲肋采用巻边 帽形或箱形截面构件，在钢板墙两侧成对配置；高强度螺栓把型钢加劲肋构件与钢板墙联系 起来，通过预先施加适当的张紧力，使二者在小震作用下能协同受力，在大震作用下又能相 对滑移。为了达到在大震作用下二者能充分地相对滑移，宜在螺栓连接的型钢加劲肋相应位 置开大圆孔，使型钢加劲肋与钢板之间的摩擦力被克服后能有足够的滑移空间。发明内容本发明的目的在于提供一种具有较大的抗侧力能力，也能在大震作用下有效消能的新型
钢板剪力墙。
本发明提出的无粘结加劲钢板剪力墙，其特征在于所述剪力墙由内嵌钢板单元、型钢加 劲肋单元及边缘构件组成；所述边缘构件由边缘柱1和边缘梁8组成，所述型钢加劲肋采用 巻边帽形，箱形或其它截面形式的冷弯薄壁型钢截面构件，它由前型钢加劲肋3和后型钢加劲肋4组成；所述内嵌钢板2与前、后型钢加劲肋3、 4之间通过穿透两者的螺栓或预应力螺 栓6连接；所述在前、后型钢加劲肋3、 4上开大圆孔5，以便预应力螺栓6穿过且有足够的 滑移空间；所述在内嵌钢板2的前、后配置型钢加劲肋3、 4，且型钢加劲肋3、 4与边缘构 件之间留一定间隙9。
在上述无粘结加劲钢板剪力墙中，所述型钢加劲肋与边缘构件留有的间隙，其值大小取 10 ~ 50附附。在上述无粘结加劲钢板剪力墙中，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。在上述无粘结加劲钢板剪力墙中，所述内嵌钢板与边缘构件采用焊接、螺栓连接或栓焊混 合连接。在上述无粘结加劲钢板剪力墙中，所述无粘结加劲钢板剪力墙分为大震滑移的无粘结加劲 钢板剪力墙和完全滑移的无粘结加劲钢板剪力墙两种。在上述无粘结加劲钢板剪力墙中，对于所述大震滑移的无粘结加劲钢板墙，螺栓施加一定的预拉力，以便在型钢加劲肋和内嵌钢板之间产生一定的预压紧力；在小震作用下型钢加 劲肋给内嵌钢板提供强大的侧向支撑作用，保证内嵌钢板不发生整体屈曲，且型钢加劲肋与 内嵌钢板之间通过接触磨擦共同受力，协同抵抗外荷载；在大震作用下，所述内嵌钢板和型 钢加劲肋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 面外整体屈曲的情况下，钢板充分发挥耗能作用。
在上述无粘结加劲钢板剪力墙中，对于所述完全滑移的无粘结加劲钢板墙，螺栓不施加 预拉力，无论在小震还是在大震作用下，型钢加劲肋与内嵌钢板之间始终可以相对滑移，型 钢加劲肋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散地震 能量。
本发明在传统的加劲钢板剪力墙基础上，通过改进加劲肋与内嵌钢板的连接方式，克服 了传统的加劲肋与内嵌钢板采用焊接连接带来的缺陷，同时也有效的防止薄钢板墙的面外整 体屈曲，这种钢板墙叫"无粘结加劲钢板剪力墙"，简称无粘结加劲钢板墙。无粘结加劲钢板 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，而且由于避免了型钢加劲肋 与钢板的焊接，施工简便，大大降低了制作成本，这为其设置了绝佳的市场应用地位。
本发明提供的无粘结加劲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、耗能滞回环饱满以及施工方便等特点，是一种优越的抗震 耗能构件。
图1为本发明的无粘结加劲钢板剪力墙结构平面示意图。 图2为本发明的无粘结加劲钢板剪力墙各单元的分解示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明-如图l一2所示 l一边缘框架柱2— 内嵌钢板3— 竖向型钢加劲肋 4一横向型钢加劲肋5— 型钢加劲肋上预留的大圆孔6— 内嵌钢板与型钢加劲肋的连接螺栓7— 螺母与型钢加劲肋之间的钢垫片8— 边缘框架梁9一边缘构件与型钢加劲肋之间的间隙
本发明的无粘结加劲钢板墙由内嵌钢板、钢板前后型钢加劲肋及边缘构件组成；边缘构 件由边缘柱1和边缘梁8组成，内嵌钢板2采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材； 前后型钢加劲肋3、 4采用巻边帽形或箱形截面构件；内嵌钢板2与型钢加劲肋3、 4之间通 过穿透两者的螺栓或预应力螺栓6连接，在型钢加劲肋3、 4上开大圆孔5以便螺栓6穿过且 有足够的滑移空间。内嵌钢板2前后型钢加劲肋3、 4与边缘构件之间留一定间隙9。
无粘结加劲钢板墙的种类及受力机理大震滑移的无粘结加劲钢板墙在小震作用下，内嵌钢板单元和外围型钢加劲肋单元在 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， 内嵌钢板与型钢加劲肋开始滑移，型钢加劲肋在面内退出受力，此后仅提供面外约束刚度。完全滑移的无粘结加劲钢板墙在小震和大震作用下，内嵌钢板单元和外围型钢加劲肋 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。型钢加劲肋仅提供 平面外约束刚度，不参与其面内受力；无粘结加劲钢板墙的构造及连接要求 '(1) 两侧型钢加劲肋与边缘构件不连接，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、螺栓连接或栓焊混合连接，视设计而定。无粘结加劲钢板剪力墙的截面尺寸确定 (1)内嵌钢板的极限抗剪承载力计算公式:tan or =1 +i+其中尸,, =内嵌钢板设计剪切屈服强度，？=内嵌钢板厚度，丄=内嵌钢板横向宽度，//=内嵌钢板竖向高度，4=边框柱截面积，4=边框梁截面积(2)确定型钢加劲肋的刚度7 = ^^40其中7 =肋板刚度比，￡ =弹性模量，/,=加劲肋惯性矩，D-板的柱面刚度，6 =肋板跨度无粘结加劲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) 钢板墙的设计关键之一是决定其厚度，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。(3) 钢板墙的设计关键之二是决定型钢加劲肋的刚度，在设计时，只要满足肋板刚度比 这一比值条件，可以认为型钢加劲肋平面外的约束刚度满足要求。
权利要求
1、无粘结加劲钢板剪力墙，其特征在于所述剪力墙由内嵌钢板单元、型钢加劲肋单元及边缘构件组成；所述边缘构件由边缘柱(1)和边缘梁(8)组成，所述型钢加劲肋采用卷边帽形，箱形或其它截面形式的冷弯薄壁型钢截面构件，它由前型钢加劲肋(3)和后型钢加劲肋(4)组成；所述内嵌钢板(2)与前、后型钢加劲肋(3)、(4)之间通过穿透两者的螺栓或预应力螺栓(6)连接；所述在前、后型钢加劲肋(3)、(4)上开大圆孔(5)，以便预应力螺栓(6)穿过且有足够的滑移空间；所述在内嵌钢板(2)的前、后配置型钢加劲肋(3)、(4)，且型钢加劲肋(3)、(4)与边缘构件之间留一定间隙(9)。
2、 根据权利要求1所述的无粘结加劲钢板剪力墙，其特征在于，所述型钢加劲肋与边缘 构件留有的间隙其值大小取10 50附m 。
3、 根据权利要求1所述的无粘结加劲钢板剪力墙，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所述的无粘结加劲钢板剪力墙，其特征在于，所述内嵌钢板与边缘构 件采用焊接、螺栓连接或栓焊混合连接。
5、 根据权利要求1所述的无粘结加劲钢板剪力墙，其特征在于，所述无粘结加劲钢板剪 力墙分为大震滑移的无粘结加劲钢板剪力墙和完全滑移的无粘结加劲钢板剪力墙两种。
全文摘要
本发明涉及一种无粘结加劲钢板剪力墙，属于结构工程技术领域。其特征在于所述剪力墙由内嵌钢板单元、型钢加劲肋单元及边缘构件组成；所述边缘构件由边缘柱和边缘梁组成，所述型钢加劲肋采用卷边帽形，箱形或其它截面形式的冷弯薄壁型钢截面构件；所述内嵌钢板与型钢加劲肋之间通过穿透两者的螺栓或预应力螺栓连接；所述在型钢加劲肋上开大圆孔，以便预应力螺栓穿过且有足够的滑移空间；所述在内嵌钢板，型钢加劲肋与边缘构件之间留一定间隙。本发明提供的无粘结加劲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、耗能滞回环饱满以及施工方便等特点，是一种优越的抗震耗能构件。
文档编号E04B2/56GK101126254SQ20071017526
公开日2008年2月20日 申请日期2007年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者郭彦林 申请人:清华大学