钢板混凝土组合剪力墙抗剪连接件设计方法

文档序号:9412821阅读:684来源:国知局
钢板混凝土组合剪力墙抗剪连接件设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种应用于高层混合结构中钢板混凝土组合剪力墙连接件的设计方 法,属于结构工程技术领域。
【背景技术】
[0002] 钢板混凝土组合剪力墙作为一种新型的组合结构构件,由于其承载力高、刚度和 延性好,在高层及超高层混合结构中得到广泛应用,并纳入JGJ3-2010《高层建筑混凝土结 构技术规程》中。目前应用较多的截面形式有钢筋混凝土内置单层钢板或外包双层钢板两 种,钢板和钢筋混凝土板两部分通过连接件组合而成、协同工作,这种组合作用在刚度计算 中的体现是刚度叠加原理,以此实现变形和整体稳定的验算,在承载力计算中的体现是压 弯承载力计算的平截面假定及抗剪承载力计算的叠加原理。常用的连接件有栓钉、槽钢、钢 筋、开洞钢板等,究其受力,分为两种,一种为钢板和钢筋混凝土界面上由竖向及水平荷载 (或作用)引起的界面剪力,另一种为钢板和钢筋混凝土板间由钢板局部屈曲引起的拉力, 两者均需要设计人员详细设计和验算。
[0003] 连接件的设计是钢板混凝土组合剪力墙设计中的重要一环,但是在设计实践中发 现,JGJ3-2010只给出了连接件构造要求,尚未给出适用于设计的定量计算方法,其他标准 则尚未列入钢板混凝土组合剪力墙的相关规定。GB50017-2003《钢结构设计规范》给出了 组合梁抗剪连接件设计方法,此方法适用于线性抗弯构件连接件的设计,钢板混凝土组合 剪力墙作为平面构件或组合成空间筒体时,承受轴力、弯矩和剪力等多种内力,受力状态更 为复杂,方法不再适用。中国建筑科学研究院于2008年提出采用钢板与钢筋混凝土两部分 受剪承载力的较小值作为界面剪力,此方法只考虑了墙体受剪状态下连接件的设计,没有 考虑压弯状态下也存在着界面剪力传递;另外界面总剪力按照材料标准值来计算,与连接 件承载力的设计值之间不一致,与规范要求的极限状态设计方法不协调。在国外规范中, 如AISC341-05针对单边布置钢筋混凝土板的钢板剪力墙,参照钢梁腹板剪切设计密实腹 板的高厚比限值来确定连接件最大间距,此方法由钢梁腹板的屈曲延伸而来,其钢板所处 的受力状态及边界条件与钢板混凝土组合剪力墙存在较大的差别;如AISC341-10给出了 组合钢板剪力墙连接件的设计方法,按照钢板和钢筋混凝土板中较小的剪力来确定,连接 件拉力通过非弹性的局部屈曲分析得到,AISC341所指的组合钢板剪力墙与我国规范中的 钢板-混凝土组合剪力墙在构造形态上是不同的,AISC341主要靠混凝土板给钢板提供侧 向支撑,抑制或改善钢板的局部屈曲和整体屈曲,在承载力的计算中不考虑钢筋混凝土板 的贡献,仅在计算刚度时考虑,不适用于我国的规范标准;AISC-360-10给出了型钢混凝土 柱、钢管混凝土柱纵向剪力传递的设计规定,包括连接件承载力及界面剪力的确定方法,此 方法适用于线性构件,不适用于剪力墙这类平面构件。
[0004] 综上所述,钢板混凝土组合剪力墙中抗剪连接件的设计尚无定量的计算方法,包 括连接件抗剪设计和抗拉设计,现有的计算方法未能真实反映连接件的实际受力状态,在 工程设计中或者过于保守、或者不安全,使得设计带有一定主观性和不确定性,影响到这种 新型组合构件的正确应用。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于提供一种钢板混凝土组合剪力墙抗剪连接件的设计方法,解决 在现有技术中存在的规范标准未能给出适用于平面构件的设计方法,以及设计方法与承载 力极限状态设计方法不一致、不能反映实际受力状态的技术问题。本发明的抗剪连接件设 计方法能反映钢板与钢筋混凝土界面上由墙体承受轴力、弯矩和剪力产生的界面剪力,并 按照受力特点分区布置,能保证钢板承载力的发挥,防止钢板在屈服之前发生局部屈曲,也 能与现行规范较好地衔接,应用方便。
[0006] 本发明的技术方案如下:
[0007] 本发明的一种钢板混凝土组合剪力墙抗剪连接件设计方法,其特征在于如下步 骤:
[0008] 第一步,计算正截面界面剪力、斜截面界面剪力和界面总剪力。
[0009] 正截面界面剪力Vsn根据钢板或混凝土部分按轴向刚度分配的轴力与其所能提供 的轴向承载力之差确定,区分非抗震和抗震两种情况,分别按下面公式计算。
[0010] Vsn =fSPASP-N?EspAspAEspAsp+EcAc)(非抗震)
[0011] Vsn =[fspAsp-N?EspAspAEspAsp+EcAc) ]/yRE (抗震)
[0012] 或者
[0013] Vsn=N?EcV(EspAsp+EcAc)_(fcAc+fyAs)(非抗震)
[0014] Vsn =[N?ECAC/ (ESPASP+ECAC) - (fcAc+fyAs) ] /yRE (抗震)
[0015] 其中,EtA为混凝土部分的轴向刚度;EspAsp为钢板部分的轴向刚度;fspAsp为钢板 部分的设计承载力;N为组合墙体的轴向承载力,参考JGJ3-2010的11. 4. 14条取为N= f;4+fyAs+fspAsp;YRE为承载力抗震调整系数。
[0016]斜截面界面剪力Vsd根据钢板或混凝土部分按剪切刚度分配的剪力与其所能提供 的受剪承载力之差确定,区分非抗震和抗震两种情况,分别按下面公式计算。
[0022] 其中,GspAsp为钢板部分的剪切刚度;GA为混凝土部分的剪切刚度;VpV2为组合 墙体的设计受剪承载力,参考JGJ3-2010的11. 4. 13条按下两式计算,式中各符号意义参见 JGJ3-2010。

[0025] 根据所得的正截面和斜截面的界面剪力,通过平方和开平方遇合方法求得界面总
>取抗震和非抗震情况中的较大值。
[0026] 第二步,划分受力分区。
[0027] 根据圣维南原理并考虑剪力滞后效应,连接件承担界面剪力时,存在一定的传递 长度,此长度可取2倍墙厚和1/5墙边长中的较大值。按此长度对界面进行分区,如图1所 示,阴影区域为剪力传递过渡区,分为边区(1区)和角区(2区),其余为构造区域即中区 (3区)。图1中H为墙高,取层高扣除梁高后的净高,L为墙长,取墙体的腹板长度,b为墙 厚。
[0028] 第三步,计算防止钢板局部屈曲的连接件最大间距。 根据长边受压、短边自由的等效板条的计算方法,连接件正方形布置和梅花形布置时 墙体在压弯和剪切两
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