一种基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙

1.本发明涉及结构工程木结构建筑领域，尤其是涉及一种梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙，用于对抗震性能有较高要求的多层木结构建筑。


背景技术：

2.正交胶合木(cross laminated timber，简称clt)属于重型工程木，是一种由至少3层实木锯材或结构复合板材正交组坯，使用结构胶黏剂胶合成的预制工程木板材，具有抗侧刚度大、承载能力好、尺寸稳定、双向力学性能优异、绿色环保、工业化程度高等特点，常用于多高层木结构的楼板、剪力墙等，但在地震作用下，现有的clt剪力墙将因节点区过早破坏而丧失抗侧承载力，形成“弱节点、强构件”的破坏模式，且墙体抗侧刚度较小、震后残余变形较大。
3.在多层木结构建筑中，随着建筑高度增加，水平荷载在结构总荷载中的比重迅速增大，剪力墙是现代木结构中重要的抗侧力构件，剪力墙的抗震性能是决定多层木结构抗震性能的关键因素，现有的单片式正交胶合木剪力墙在水平地震作用下，容易出现墙肢角部及连接部位的挤压破坏、剪切破坏和木材劈裂破坏，因此，抗侧刚度有待提升，破坏模式有待改善，有必要通过技术措施改进多层木结构中剪力墙的抗侧刚度，改善破坏模式，提高结构抗震能力。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有正交胶合木剪力墙抗侧刚度不足、木材螺孔横纹受压易发生横纹劈裂破坏问题而提供一种抗侧刚度大、震后残余变形小、装配化程度高且梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙，通过节点区和墙趾处的外包钢板包裹，增强了剪力墙抗侧刚度和改善了螺孔受压木材易发生劈裂破坏的问题，同时双肢剪力墙的构造满足了外墙开洞的需求。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙，该剪力墙为由下至上的多层结构，每层结构均包括通过胶合木连梁横向连接的两个正交胶合木剪力墙，所述的胶合木连梁的左右梁端分别通过正交胶合木墙肢与连梁的连接件与正交胶合木剪力墙固接，最下层结构中的两个正交胶合木剪力墙墙趾通过正交胶合木墙肢与基础的连接件与基础固定连接，最下层结构以上的每层结构中对应位置的正交胶合木剪力墙通过高强螺栓连接。
7.在最下层结构中，第一正交胶合木剪力墙一层的墙趾通过第五连接件与基础固定连接，第二正交胶合木剪力墙一层的墙趾通过第六连接件与基础固定连接。
8.所述的第五连接件与第六连接件结构相同且开口方向相对，所述的第五连接件包括竖直且相互平行设置的第三外包钢板和第四外包钢板以及分别与第三外包钢板和第四外包钢板外端延伸连接的l型钢肋板。
9.所述的第三外包钢板和第四外包钢板上的对应位置分别开设多个螺栓孔，通过穿
过第一正交胶合木剪力墙一层墙趾上对应位置的第一连接螺栓固定连接，所述的l型钢肋板底面开设通过连接件与基础连接螺栓与基础固定连接的连地螺栓孔。
10.所述的第一正交胶合木剪力墙一层以及第二正交胶合木剪力墙一层分别通过第一连接件和第二连接件与第一胶合木连梁的左右梁端固定连接。
11.所述的第一连接件和第二连接件均为金属连接件，结构相同且开口方向相对。
12.所述的第一连接件包括第一外包钢板和第二外包钢板，所述的第一外包钢板的截面呈向下开口的u型，其左、右、下方均开口，所述的第二外包钢板的截面呈向上开口的u型，其右、上方均开口，所述的第一外包钢板向下插入第二外包钢板内并紧密贴合，所述的第一外包钢板与第二外包钢板对应位置处均预设多个螺栓孔，在第一胶合木连梁左端端横向插入第一外包钢板与第二外包钢板合围形成的空间后，通过螺栓穿过第一胶合木连梁和螺栓孔进行固定，用以增强剪力墙的抗侧刚度。
13.所述的第二外包钢板的左侧垂直固定有向下延伸的钢肋板，所述的钢肋板的下方延伸部通过多个自攻螺钉紧贴固定在第一正交胶合木剪力墙一层的内侧面上，用以连接部分的节点刚度。
14.所述的钢肋板的下方延伸部与第二外包钢板的底板之间设有三角形肋板。
15.最下层结构中的第一正交胶合木剪力墙一层与第二层结构中的第一正交胶合木剪力墙二层之间通过第一高强螺栓连接，用以增强剪力墙的抗侧刚度，所述的第一正交胶合木剪力墙一层在距顶部设定距离处开设两个上部方孔，所述的第一正交胶合木剪力墙二层在距底部相同距离处开设两个下部方孔，在对应位置处的上部方孔和下部方孔之间开设设置第一高强螺栓的螺栓孔。
16.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
17.一、本发明的胶合木连梁与正交胶合木墙肢间通过上下组合的外包钢板作为连接件通过螺栓和自攻螺钉连接，构造简单，方便施工，有效增强了胶合木连梁和正交胶合木剪力墙的连接节点刚度。
18.二、采用外包钢板包裹胶合木连梁的连接方式，使得相较单纯使用螺栓连接方式下的胶合木连梁的螺孔受压变为外包钢板受压，胶合木连梁变为中间受拉，两端由钢板和连梁一起受拉，有效改善了现有螺栓连接方式下的胶合木连梁的螺孔受压时木材易发生横纹劈裂破坏的问题。
19.三、正交胶合木墙肢与基础间通过左右组合的外包钢板进行螺栓连接，构造简单施工方便，装配化程度高，相较于现有正交胶合木剪力墙连接的弱节点强构件，墙体抗侧刚度增加。
20.四、上下层正交胶合木剪力墙之间采用高强螺栓通过预留孔道连接，构造简单施工方便，能有效增强剪力墙抗侧刚度。
21.五、本发明提供的一种梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙，设置在胶合木连梁与正交胶合木墙肢连接部位的连接件能有效增强节点刚度并改善现有螺栓连接方式下的胶合木连梁的螺孔受压时木材易发生横纹劈裂破坏的问题。墙趾处的连接件和上下层正交胶合木剪力墙之间的高强螺栓能够有效增强剪力墙抗侧刚度。从而使得正交胶合木剪力墙整体刚度较大，震后残余变形较小，通过对失效模式的控制，便于震后构件的更换，同时双肢剪力墙的构造满足了外墙开洞的需求，构造简单，施工方便，装配化
程度高，便于推广。
附图说明
22.图1a为本发明的一种梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙的结构示意图。
23.图1b为本发明的一种梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙的结构正视图。
24.图2为本发明的一种梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙的墙趾部分和基础连接示意图。
25.图3为本发明的一种梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙的正交胶合木墙肢中部与正交胶合木连梁连接示意图。
26.图4为本发明的一种梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙的正交胶合木墙肢与正交胶合木连梁连接件的第一外包钢板结构示意图。
27.图5为本发明的一种梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙的正交胶合木墙肢与正交胶合木连梁连接件的有带肋钢板的第二外包钢板结构示意图。
28.图6为本发明的一种梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙的正交胶合木墙趾与基础连接件的第三外包钢板结构示意图。
29.图7为本发明的一种梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙的正交胶合木墙趾与基础连接件的第四外包钢板结构示意图。
30.图8为本发明的一种梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙的正交胶合木一层顶部和二层底部的方孔和高强螺栓连接结构示意图。
31.图9为本发明的胶合木连梁结构示意图。
32.图10为本发明的第一正交胶合木剪力墙一层结构示意图。
33.图中标记说明：
34.1、正交胶合木剪力墙，2、胶合木连梁，3、正交胶合木墙肢与连梁的连接件，4、正交胶合木墙肢与基础的连接件，5、高强螺栓，11、第一正交胶合木剪力墙一层，12、第二正交胶合木剪力墙一层，13、第一正交胶合木剪力墙二层，14、第二正交胶合木剪力墙二层，111、第一正交胶合木剪力墙一层上部方孔，112、第一正交胶合木剪力墙一层下部螺栓孔，121、第二正交胶合木剪力墙一层上部方孔，122、第二正交胶合木剪力墙一层下部螺栓孔，1111、上部第一方孔，1112、上部第二方孔，1121、第一正交胶合木剪力墙一层下部第一螺栓孔，1122、第一正交胶合木剪力墙一层下部第二螺栓孔，1123、第一正交胶合木剪力墙一层下部第三螺栓孔，1311、下部第一方孔，1312、下部第二方孔，21、第一胶合木连梁，22、第二胶合木连梁，211、第一胶合木连梁靠近第一正交胶合木剪力墙侧螺栓孔，2111、第一胶合木连梁左侧第一螺栓孔，2112、第一胶合木连梁左侧第二螺栓孔，2113、第一胶合木连梁左侧第三螺栓孔，2114、第一胶合木连梁左侧第四螺栓孔，2121、第一胶合木连梁右侧第一螺栓孔，2122、第一胶合木连梁右侧第二螺栓孔，2123、第一胶合木连梁右侧第三螺栓孔，2124、第一胶合木连梁右侧第四螺栓孔，31、第一连接件，32、第二连接件，33、第三连接件，34、第四连接件，311、第一外包钢板，312、第二外包钢板，313、螺栓，314、自攻螺钉，3111、第一外包钢板的第一螺栓孔，3112、第一外包钢板的第二螺栓孔，3113、第一外包钢板的第三螺栓孔，
3114、第一外包钢板的第四螺栓孔，3121、第二外包钢板的第一螺栓孔，3122、第二外包钢板的第二螺栓孔，3123、第二外包钢板的第三螺栓孔，3124、第二外包钢板的第四螺栓孔，3131、第一连接件第一螺栓，41、第五连接件，42、第六连接件，411、第三外包钢板，412、第四外包钢板，413、连接螺栓，4111、第三外包钢板的第一螺栓孔，4112、第三外包钢板的第二螺栓孔，4113、第三外包钢板的第三螺栓孔，4114、第三外包钢板的连地螺栓孔，4121、第四外包钢板的第一螺栓孔，4122、第四外包钢板的第二螺栓孔，4123、第四外包钢板的第三螺栓孔，4124、第四外包钢板的连地螺栓孔，4131、剪力墙与连接件连接螺栓，4132、连接件与基础连接螺栓，51、第一高强螺栓，52、第二高强螺栓，53、第三高强螺栓，54、第四高强螺栓。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
36.如图1所示，为改变现有正交胶合木剪力墙“弱节点、强构件”的破坏模式，解决现有联肢剪力墙与连梁节点刚度较小、剪力墙抗侧刚度较差的缺陷，也为改善现有胶合木连梁采用螺栓连接时已出现的螺栓孔木材横纹劈裂破坏问题，本发明提供一种梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙，通过设置在胶合木连梁与正交胶合木墙肢连接部位的连接件包裹住胶合木连梁梁端有效增强了节点刚度并改善现有螺栓连接方式下的胶合木连梁的螺孔受压时木材易发生横纹劈裂破坏的问题，并且通过设置墙趾处的连接件和上下层正交胶合木剪力墙之间的高强螺栓有效增强了剪力墙抗侧刚度，从而使得正交胶合木剪力墙整体刚度增大，震后残余变形减小，通过对失效模式的控制，便于震后构件的更换，同时双肢剪力墙的构造满足了外墙开洞的需求，构造简单，施工方便，装配化程度高，便于推广。
37.本发明提供的梁端及墙趾均基于钢板约束的全刚接正交胶合木联肢剪力墙包括正交胶合木墙肢1、正交胶合木连梁2、正交胶合木墙肢与连梁的连接件3、正交胶合木墙肢与基础的连接件4和高强螺栓5，第一正交胶合木剪力墙一层11通过墙趾处的第五连接件41与基础固定连接，第五连接件41包括连接螺栓413、第三外包钢板411和第四外包钢板412，第三外包钢板411和第四外包钢板412左右组合，前后侧面紧密贴合，第三外包钢板411、第四外包钢板412和第一正交胶合木剪力墙一层11上预留的同轴心同大小的螺栓孔(本例中设有三个，分别为第一正交胶合木剪力墙一层下部第一螺栓孔1121、第一正交胶合木剪力墙一层下部第二螺栓孔1122和第一正交胶合木剪力墙一层下部第三螺栓孔1123)，第三外包钢板的第一螺栓孔4111与第四外包钢板的第一螺栓孔4121通过第一连接螺栓4131贯穿连接，其余螺栓孔与之相同，第三外包钢板411、第四外包钢板412向外延伸的带钢肋板部分，通过垂直于基础表面的连接件与基础连接螺栓4132与基础固定连接，其余正交胶合木剪力墙与基础的连接与之相同。
38.本发明中，第一正交胶合木剪力墙一层11与第一胶合木连梁21之间通过第一连接件31紧密贴合连接，第一连接件31包括第一外包钢板311、第二外包钢板312、螺栓313和自攻螺钉314，第二外包钢板312的端部向下延伸设有钢肋板部分用自攻螺钉314紧贴固定在第一正交胶合木剪力墙一层11的内侧面上，第一外包钢板311开口向下，第二外包钢板312开口向上，组装时第一外包钢板311向下插入第二外包钢板312中，两者前后侧面紧密贴合，中间横向插入第一胶合木连梁21，并利用多个螺栓313作为连接件将第一外包钢板311、第
二外包钢板312和第一胶合木连梁21共同固定，第一外包钢板311、第二外包钢板312和第一胶合木连梁21上预留的同轴心同大小的螺栓孔(如第一胶合木连梁左侧第一螺栓孔2111，第一外包钢板的第一螺栓孔3111，第二外包钢板的第一螺栓孔3121)，通过第一连接件第一螺栓3131贯穿连接，其余螺栓孔与之相同，从而实现第一胶合木连梁21与第一正交胶合木剪力墙11的拼接，其余胶合木连梁与正交胶合木剪力墙的连接与之相同。
39.本发明中，第一正交胶合木剪力墙一层11在距顶部一定距离开有上部第一方孔1111和上部第二方孔1112，分别在竖直方向上对应第一正交胶合木剪力墙二层13距底部相同距离开设相同的下部第一方孔1311和下部第二方孔1312，对应方孔(如上部第一方孔1111和下部第一方孔1311)中央预开螺栓孔，并通过第一高强螺栓51连接，第二高强螺栓52连接与之相同，以此完成第一正交胶合木剪力墙一层11与第一正交胶合木剪力墙二层13的拼接，第二正交胶合木剪力墙拼接与之相同。
40.该剪力墙通过墙趾处外包钢板以及墙肢与连梁连接部位的外包钢板以及上下层剪力墙之间的高强螺栓连接有效增强了正交胶合木剪力墙抗侧刚度，相较于现有正交胶合木剪力墙连接的“弱节点强构件”，抗侧刚度增加且节点和墙趾更加接近完全刚接，并且，外包钢板将原有的胶合木连梁的螺孔受压变为外包钢板受压，能够有效改善现有胶合木剪力墙中胶合木连梁出现的木材易发生横纹劈裂破坏的问题。
41.实施例
42.结合上述结构描述，制作本实施例的剪力墙，剪力墙用于二层正交胶合木结构，层高2.6m，总高5.2m，双肢剪力墙总长3600mm，厚度195mm；每片墙肢长1200mm，连梁长1200mm，连梁截面尺寸为175mm
×
250mm，连梁与墙肢之间留有5mm间隙以防木材膨胀引起次应力，正交胶合木连梁采用尺寸1190mm
×
175mm
×
250mm的正交胶合木制成，两端穿螺栓位置各预开4个共8个直径24mm的螺栓孔。
43.正交胶合木墙肢在工厂预制完成，一层剪力墙在底部需布置螺栓的部位预先开直径24mm螺栓孔，在上部距顶面300mm处开两个100mm
×
50mm的方孔，二层剪力墙在底部距底面300mm处开两个100mm
×
50mm的方孔，上下两层剪力墙的方孔竖直方向上对应，中间各预开一个直径24mm的螺栓孔，组装时，高强螺栓穿过螺栓孔固定在预开方孔上下表面，拉结上下两层剪力墙。
44.正交胶合木墙肢与基础的连接件的第三外包钢板向右插入第四外包钢板中，二者前后侧面紧密贴合，包裹住正交胶合木墙趾，并利用螺栓作为连接件将第一外包钢板、第二外包钢板和连梁固定，第三外包钢板、第四外包钢板向外延伸有带肋钢板部分，利用垂直于基础表面的螺栓作为连接件与基础固定连接，第三外包钢板、第四外包钢板和连墙肢在布置螺栓的部位预先开孔，外包钢板选用厚5mm的q235软钢，第三外包钢板由左右两片尺寸1200mm
×
100mm的钢板和向外延伸的带肋钢板部分组成，两钢板间距195mm，第四外包钢板由左右两片尺寸1200mm
×
100mm的钢板和向外延伸的带肋钢板部分组成，两钢板间距205mm，墙趾和外包钢板均在离底面50mm距端面每隔300mm设置一个以该点为圆心，直径24mm的8.8级高强螺栓，并开相应螺栓孔，即第三外包钢板、第四外包钢板和墙肢均在布置螺栓的部位预先开直径24mm的螺栓孔，组装时，三者的螺栓孔同轴心通过螺栓连接，第三外包钢板、第四外包钢板在带肋钢板部分各预开一个直径24mm的螺栓孔用于穿过和基础连接的螺栓。
45.正交胶合木墙肢内侧面与第二外包钢板通过自攻螺钉连接，第一外包钢板向下插入第二外包钢板中，二者前后侧面紧密贴合，中间插入胶合木连梁，并利用螺栓作为连接件将第一外包钢板、第二外包钢板和连梁固定，第一外包钢板、第二外包钢板和连梁在布置螺栓的部位预先开孔，外包钢板选用厚5mm的q235软钢，第一外包钢板由两侧各一块尺寸为495mm
×
250mm的钢板和上部495mm
×
175mm的钢板组成，第二外包钢板由两侧各一块尺寸为500mm
×
250mm的钢板、下部495mm
×
175mm的钢板和紧贴剪力墙内侧面一侧端部一块尺寸为175mm
×
250mm的钢板组成，端部钢板向下延伸250mm两端带肋，延伸部分预设自攻螺钉孔，自攻螺钉直径5mm，间距30mm，一个连接件上布置6
×
8个自攻螺钉，胶合木连梁和外包钢板连接处每侧设置2
×
2个直径24mm的8.8级高强螺栓，胶合木连梁和外包钢板的穿螺栓位置预开直径24mm的孔，组装时第一外包钢板、第二外包钢板和连梁的螺栓孔同轴心通过螺栓连接。
46.综上，本发明提出在正交胶合木剪力墙的墙趾通过外包钢板与基础连接，能有效增强剪力墙抗侧刚度，形成有较好抗震能力的联肢剪力墙结构，且能够通过增大外包钢板包裹面积来提高联肢剪力墙的抗侧刚度，性能调节方便。胶合木连梁通过和外包钢板螺栓连接再与墙肢自攻螺钉连接，该连接方式一方面可有效增强节点刚度，另一方面可以改善现有螺栓连接方式下的胶合木连梁的螺孔受压时木材易发生横纹劈裂破坏的问题。该剪力墙通过一二层之间的高强螺栓拉结，可较好的增强剪力墙抗侧刚度，并且采用螺栓连接，相较预应力钢筋结构简单，方便施工。该剪力墙可有效的增强剪力墙的抗侧刚度，具有良好的抗震能力，并且能够改善连梁木材破坏模式，使之转变为钢板受压，失效后仅需更换钢构件，修复方便，成本可控。另外，该剪力墙的组成构件均可在工厂预制，工程现场仅需安装螺栓和自攻螺钉，装配化程度高，施工方便。
47.本实施例所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。