一种钢板剪力墙的制作方法

本实用新型涉及一种钢板剪力墙，属于房屋建筑结构领域。
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：我国自80年代开始在高层建筑，特别是超高层建筑中采用钢结构,高层钢结构与其它结构相比,在使用功能、设计、施工以及综合经济方面都具有相对显著的优势,另外,钢材产量的不断提高和钢结构科研、设计和制作安装队伍的日趋壮大也使高层钢结构在我国的发展具有光明的前景。目前,在高层钢结构中经常采用的抗侧力体系主要有巨型结构体系、框架结构体系、框架一支撑结构体系、剪力墙结构体系、框架一剪力墙结构体系、框支一剪力墙结构体系和筒体结构体系,而在上述后四种结构体系中都有一种共同的结构构件-剪力墙。钢板剪力墙的延性性能和滞回性能均较好,滞回环稳定,耗能能力强,抗震性能优越；与钢筋混凝土剪力墙相比,钢板剪力墙的尺寸和自重都比较小,在地震作用下动力荷载低,节省了结构占用的空间并且降低了基础的负担；另外,钢板剪力墙减少了支模的工序,节省了混凝土凝结的时间,大大缩短了工期,使施工速度更快；与周边钢框架梁、柱连接简单的优点也钢板剪力墙在钢结构中的应用具有了较好的发展前途。在实际应用中,为了充分发挥钢板的性能,保证滞回环饱满,使钢板剪力墙受力时能够发生纯剪切屈服破坏,通常需要在钢板剪力墙两侧设置足够的横向和纵向加劲肋,以保证钢板在屈服前不发生整体屈曲和局部屈曲,这大大增加了钢板剪力墙设计、制造和施工的复杂程度。特别是焊接加劲肋时产生的残余应力将很大程度上影响钢板剪力墙的受力性能，特别是地震作用下的变形耗能能力。因此，新型仿生剪力墙是在充分考虑了现存钢板剪力墙缺点的背景下应运而生的,仿生钢板剪力墙一方面通过自身极好的抗平面外屈曲性能抑制了钢板的整体屈曲和局部屈曲,另一方面纯螺栓连接使得剪力墙中不存在由焊接导致的残余应力。并且中间的格栅层可填充保温隔热材料以提高建筑的环保节能指标。技术实现要素：本实用新型所要解决的技术问题是针对上述钢板剪力墙存在的不足，例如在横向水平力作用下易屈曲或由焊接产生的高强残余应力。受一些生物的蜂窝结构中存在小柱-它的外层为纤维，芯层为蛋白质的启发，提炼出蜂窝-圆筒结构模型，并通过计算验证，提供一种在相同质量下力学性能更优的仿生新型钢板剪力墙。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种钢板剪力墙，包括由两块相对设置的钢板构成的剪力墙墙体以及仿生芯层，其特征在于：所述仿生芯层为多边形蜂窝格栅，该多边形蜂窝格栅通过紧固件与所述剪力墙墙体连接，所述多边形蜂窝格栅由在平面内相互连接的多边形栅格单元构成。所述多边形蜂窝格栅还包括连接柱，该连接柱位于相互连接的多边形栅格单元之间，多边形栅格单元每两个相邻的边交汇于所述连接柱上。所述连接柱的端面与连接柱所在位置的多边形栅格单元的端面平齐。所述连接柱为空心，所述紧固件从连接柱的空心穿过。所述仿生钢板剪力墙通过粘结剂连接、一次成型、卡扣式连接或螺栓连接。所述仿生芯层通过粘接剂连接、一次成型、卡扣式连接或螺栓连接。空心连接柱的截面为圆形、四边形或是三角形。在所述钢板靠近仿生芯层的一侧滚轧花纹。所述仿生芯层内部填充保温、隔热材料。本实用新型一种具有仿生芯层结构的多功能钢板剪力墙(以下简称仿生钢板剪力墙)是一种中间为多边形格栅的夹层强化剪力墙。包括两侧平面板以及中间层格栅。在所有格栅交汇处，均设置有以交汇线为中心、与多边形格栅固连于一体的圆筒，该圆筒的端面与圆筒所在位置的多边形栅格的端面平齐并连成一体，且栅格的边长和内接圆的直径均可根据实际工程的需求而改变。多边形格栅结构可以是正六边形格栅，也可以是其他多边形，并由这些格栅紧密排列而成。蜂窝状是其中的一种结构形式。由上述可知，用带有圆筒的蜂窝结构制造成的夹层钢板剪力墙相比于传统钢板剪力墙，可明显提高其在横向水平荷载和竖向荷载作用下的平面外抗屈曲性能以及弹性变形性能，是一种重量轻，强度高的仿生结构。实际上，现在实际工程中使用的钢板剪力墙其钢板相对于梁柱框架来说都很薄，极易发生平面外屈曲失稳。即使通过焊接加劲肋的方式可提高纯钢板的屈曲性能，但由于大面积焊接时产生的高强度残余应力，使得钢板剪力强在焊接处会出现局部屈曲，从而导致整体屈曲。而本实用新型可以提高薄壁钢板的平面外屈曲性能、弹性性能以及地震作用下的变形耗能能力。随着高层、超高层的钢结构以及组合结构的使用，本实用新型具有很广的应用前景。本实用新型在两侧薄钢板之间设置仿生蜂窝夹层，该结构起到以下三个强化作用：1、该小柱-蜂窝夹层结构相对于等体积的薄壁蜂窝板具有更好的平面外屈曲性能；2、夹层结构增加了两个面板的平面外约束，增强了面板本身的平面外屈曲性能；3、夹层结构具有薄壁柱以及蜂窝格栅，在水平力作用下具有极好的变形能力，可以耗散大部分的地震能量，保证主体结构不破坏。4、该仿生钢板剪力墙依据装配式结构思想，不需要现场焊接，可避免焊接残余应力以及减少施工时间与工序。5、所述两侧钢板为平面板，且厚度为现在实际工程使用的约1/3。本实用新型仿生钢板剪力墙可以有效提高钢板的抗弯性能、屈曲性能以及地震作用下的变形耗能能力等各项力学性能指标。申请人对上述仿生钢板剪力墙结构进行三维有限元解析得，在两种钢板剪力墙质量相同的条件下，仿生钢板剪力墙的平面外屈曲性能以及变形耗能能力是传统钢板剪力墙1.8-2.3倍。附图说明图1为本实用新型整体结构(主视图)示意图；图2为图1的A-A剖视图；图3为本明发明结构示意图；图4为图3中芯层与一侧面板的结构示意图；图5本实用新型尺寸示意图(图4俯视图)；图6为仿生钢板剪力墙芯层装配示意图；图7为仿生钢板剪力墙装两侧钢板配示意图；图8为模拟屈曲失稳加载示意图；图9为仿生钢板剪力墙(a)第一屈曲模态变形图；图10为纯钢板剪力墙(b)第一屈曲模态变形图；图11为钢板剪力墙第一阶屈曲模态的荷载-位移曲线。其中:1为仿生钢板剪力墙两侧钢板；2为仿生芯层；3为上边缘框架梁；4为下边缘框架梁；5为左框架柱；6为右框架柱；7,8为连接角钢；9,10为带有半圆形的多边格栅；11为连接螺栓；12为面板螺栓孔；13为两侧面板及中间仿生芯层的连接螺栓。具体实施方式下面结合附图，对本实用新型作详细说明：图1、图2所示，本实用新型蜂窝夹层板,在其外侧设置有上边缘框架梁3、下边缘框架梁4、左框架柱5以及右框架柱6。蜂窝夹层板包括A、B侧面板1、中间的仿生芯层2。在本实施例中，蜂窝格栅为正六边形格栅，正六边形格栅的每个边为蜂窝壁。在平面内，所有相邻正六边形均有一个公共边，所有相邻正六边形均有两个公共端点，这两个公共端点位于公共边的两端，在相邻两格栅的两公共端点上设置有以该端点为中心、且分布在以该端点为交点的三个六边形栅格内的圆筒结构，该圆筒的端面与连接的六边形栅格的端面平齐，且格栅边长和内接圆直径可根据实际工程的需求而改变。一种仿生钢板剪力墙，包括两侧钢板以及中间的蜂窝格栅，所述蜂窝格栅为多边形格栅，例如六边形、四边形和三角形。相邻两格栅具有一个公共边，其特征在于：在所有格栅交汇处，均设置有以交汇线为中心、与多边形格栅固连于一体的圆筒，该圆筒的端面与圆筒所在位置的多边形栅格的端面平齐并连成一体。所述蜂窝栅格的边长和内接圆的直径均可根据实际工程的需求而改变，依据为两侧钢板的局部屈曲不早于钢板剪力墙的整体屈曲。所述仿生钢板剪力墙依据所在地区的抗震设防烈度划分剪力墙等级，每个等级有其所能承受的竖向荷载、水平荷载以及抗震能力，施工单位及设计单位可依据建筑物的所在地区的抗震设防烈度选取。特殊受力情况可具体定制。所述仿生钢板剪力墙可以通过粘结剂连接、一次成型、卡扣式连接或螺栓连接。所述仿生蜂窝芯层可以通过粘接剂连接、一次成型、卡扣式连接或螺栓连接。所述整块钢板剪力墙依据装配式结构思想，不需要现场焊接，可避免焊接产生的高强残余应力以及减少施工时间与工序。所述两侧钢板以及中间的蜂窝层可在厂家预制，运输到现场后用螺栓拼接。所述两侧钢板为平面板，且厚度为现在实际工程使用的约1/3。所述两侧钢板靠近芯层一侧滚轧花纹以增加摩擦力。所述仿生钢板剪力墙夹层内填充保温隔热材料，以满足不同的功能需要。本实用新型仿生钢板剪力墙的具体装配实施方法如下：仿生钢板剪力墙模型示意图及细部构造如图1,2，3,4和5所示。本说明书根据常用的建筑剪力墙尺寸以及受力情况，按照所在地区的抗震设防烈度预留两侧钢板以及夹层的螺栓孔间距。第一步通过螺栓将带有半圆形的单元多边格栅按图6所示用螺栓连接安装(仿生蜂窝芯层有多种制作工艺，本具体实施方式只提供一种作为示例，还可以通过粘接剂连接、一次成型、卡扣式连接等方式)；第二步通过螺栓将两侧A、B钢板固定，装配过程见图7；第三步将相应构件运至施工现场后与框架梁、柱进行连接。本说明书中通过有限元软件模拟分析仿生钢板剪力墙与常用纯钢板剪力墙的屈曲性能来说明仿生钢板剪力墙的优越性。本说明书中的仿生钢板剪力墙尺寸依据建筑剪力墙中的常用尺寸设置，采用材料为Q335B钢。详细尺寸见表1。模型1为仿生钢板剪力墙相关尺寸。其中R，r分别指正六边形内切圆半径、小柱半径；T，t分别指两侧钢板厚度、蜂窝芯层厚度；H，h分别指仿生钢板剪力墙整体厚度和芯层高度；B，L分别指剪力墙的宽度和高。模型2为纯钢板剪力墙。上述两种钢板剪力墙的质量和体积均相同。表1剪力墙尺寸(单位mm)模型种类RtrThLBH模型12002802.1610030004500104.16模型200000300045006由于现行的钢板剪力墙几乎不存在竖向荷载承载能力的问题。较多的破坏由于钢板剪力墙过薄而导致在水平侧向力作用下的屈曲失稳。因此使用非线性功能十分强大的有限元分析软件ABAQUS对仿生钢板剪力墙(模型1)和纯钢板剪力墙(模型2)进行屈曲模拟。通过对剪力墙施加单位水平力作用，分析得到两种钢板剪力墙在水平荷载作用下的屈曲模态。在各种屈曲模态中，第一阶屈曲模态为最容易发生的失稳方式。因此通过比较第一阶屈曲失稳模态来说明仿生钢板剪力墙与纯钢板剪力墙之间的屈曲性能，并通过相应的荷载-位移曲线说明两种钢板剪力墙在平面外变形以及耗能能力上的区别。在钢板剪力墙建模时已保证两种剪力墙体积相同，故而上述屈曲性能指标是在两种剪力墙同质量、同体积的情况下比较的，其他因素均相同，因此更具有代表性。通过ABAQUS解析(见图8加载模型)，对钢板剪力墙左侧施加水平力作用，其右侧采用固接约束。分别取第一阶屈曲模态如图9和图10所示，取荷载-位移曲线如图11所示。表2剪力墙屈曲模拟数据模型种类RtrThLBHF弹(KN)F极(KN)模型12002802.210030004500104.228.4951.12模型20000030004500615.0221.55图11为有限元软件得到的荷载-位移曲线。由图可得，两种钢板剪力墙的荷载-位移曲线可分为三个阶段。第一阶段为弹性变形阶段，此阶段曲线斜率K表征剪力墙抵抗平面外变形能力的大小，并以此算各曲线弹性阶段斜率K1，K2且K1是K2的1.86倍；第二阶段为弹塑性变形阶段，此阶段钢板剪力墙由弹性变形向塑性变形过过度；第三阶段为塑形变形阶段。仿生钢板剪力墙在进入塑形变形之后，承载能力依然略有上升，而纯钢板剪力墙则为水平直线。无论是仿生新型钢板剪力墙还是纯钢板剪力墙，在地震作用下，其之所以可以通过变形耗能主要是由于结构进入了塑性变形。第二，三阶段为弹塑性变形阶段，也是钢板剪力墙主要的耗能阶段。图11中的横坐标位移和纵坐标荷载的乘积表示两种钢板剪力墙在弹塑性阶段消耗地震能量的大小，分别为W1，W2，即上述两类钢板剪力墙第二、三阶段和横坐标形成的面积。通过计算由可得W1约是W2的1.9倍。意味着仿生钢板剪力墙在进入弹塑性变形后具有的变形耗能能力是纯钢板剪力墙的1.9倍。因此该类钢板剪力墙在动力学上的性能(抗疲劳能力、抗变形能力、抵抗震动荷载的能力等)将会有卓越的表现。当前第1页1 2 3