[发明专利]一种预应力蜂窝形截面钢板剪力墙

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的预应力蜂窝形截面钢板剪力墙，属于结构工程技术领域。

背景技术

目前，世界上采用钢板剪力墙作为主要抗侧力构件的建筑共有二十多幢，主要分布在北美和日本等地震高烈度区。自从1970年日本钢铁公司将钢板剪力墙应用于建筑中以来，钢板剪力墙的发展已有40多年。钢板剪力墙结构体系由内嵌钢板和边缘构件组成，边缘构件包括边缘梁和边缘柱。内嵌钢板通常与边缘构件连接构成抗侧力结构体系，该结构体系可视为固定在地面上的悬臂梁。

按照内嵌钢板的厚薄，钢板剪力墙可分为厚钢板剪力墙和薄钢板剪力墙；按照钢板表面是否加肋，钢板剪力墙可分为加劲肋钢板剪力墙和非加劲肋钢板剪力墙；按照钢板表面是否开缝，钢板剪力墙可分为开缝钢板剪力墙和不开缝钢板剪力墙；按照钢板侧面是否布置混凝土板，钢板剪力墙可分为钢板-混凝土组合剪力墙和普通钢板剪力墙。薄钢板剪力墙尽管具有很好的经济效益，但它较易屈曲。其他形式的钢板剪力墙大多以阻止钢板的平面外变形为目标，让钢板尽可能的保持在平面内工作来消耗更多的能量。

我国《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98中附录四规定，为防止钢板剪力墙发生剪切屈曲，应以钢板的剪切屈曲承载力作为其极限承载力，或通过对钢板加劲使其屈服之前不发生屈曲。事实上，以上两种方式都偏于保守且造价比较高，不利于钢板剪力墙的发展和应用。随着国内外对钢板剪力墙研究的深入，钢板剪力墙的屈曲后性能得到了广泛的关注，钢板剪力墙在屈曲后仍具有较高的承载力、良好的延性以及稳定的耗能能力。充分利用钢板剪力墙的屈曲后强度不仅可以使结构获得良好的抗震性能，而且可以显著降低用钢量，降低造价，提高经济效益。

发明内容

本发明提出了一种新型的预应力蜂窝形截面钢板剪力墙，其目的在于，克服薄钢板剪力墙因过早屈曲而不能充分发挥钢材的强度和延性的缺点，提高了钢板剪力墙的平面外稳定和极限承载能力，充分发挥了钢材的优势。

不设预应力杆件的薄钢板剪力墙，当荷载沿一个方向作用时，内嵌钢板发生屈曲并形成拉力带，伴随着较大的面外变形；当外荷载反向作用时，原来的拉力带将反向受压，不再提供刚度；同时，原先的受压区域将过渡成拉力带区，但由于在上级荷载下曾发生过较大压屈变形，故有变形被拉伸至“平展”的过程，直到反向拉力带的形成。在这一过程中，钢板无法承受荷载，结构仅靠梁柱承担外荷载，这样锚固在框架上的拉力场对边柱会产生较大的附加弯矩，增加了柱子的稳定负担。所以预应力杆件的设置，一方面限制了内嵌钢板屈曲后的较大的平面外变形，提供了侧向约束；两一方面，当荷载反向作用时，预应力杆件能够承受外荷载作用，避免增加柱子的负担。而且钢板墙仅与框架梁连接，避免了四边连接钢板墙不能开洞的缺陷，所以能很好的作为抗侧力构件应用于多高层钢结构中。

传统的钢板剪力墙是通过在钢板上设置加劲肋来控制钢板剪力墙的平面外稳定，属于被动的控制方法，本发明在钢板剪力墙上主动的施加预应力，来控制钢板剪力墙的平面外稳定，同时，预应力拉索或预应力拉杆可以在钢板剪力墙的拉力带方向承担一定的拉力，属于主动的控制方法。且钢板剪力墙只与结构梁相连，避免增加结构柱的负担。该发明的所有构件都可以在工厂加工，然后在实地装配，施工简单，降低造价，适用于装配式钢结构。

本发明提出的预应力蜂窝形截面钢板剪力墙采用蜂窝形钢板，一方面克服了单片压型钢板整体性不好，破坏变形较大的缺点，另一方面也克服了薄钢板剪力墙因过早屈曲而不能充分发挥钢材的强度和延性的缺点，提高了钢板剪力墙的面外稳定性和承载力，充分发挥了钢材的优势，减小了用钢量，具有稳定性高、成本低廉的特点。本发明提出的预应力蜂窝形截面钢板剪力墙所采用的内嵌蜂窝形钢板的破坏仅是因为材料强度不够引起的，并且发生在局部，可以满足抗震三阶段设计的“中震可修”，相当于增强了侧向刚度，内填板不易失稳，改善了一直以来薄钢板剪力墙先于材料屈曲的缺陷，不仅满足了正常使用的要求，而且还充分发挥了材料的强度和延性，节约了钢材。另外，由于具有了良好的延性，极大地提高了耗散地震能量的能力，也可减小震后修复工作量。该发明的所有构件都可以在工厂加工，然后在工地组装，施工工艺简单，造价低廉，便于推广应用。