[实用新型]一种带竖向缝隙矩形钢管排剪力墙结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及建筑结构工程技术领域，尤其涉及一种带竖向缝隙矩形钢管排剪力墙结构。

背景技术

钢板剪力墙是钢结构建筑的一种新型抗侧力结构，与传统的钢支撑及混凝土剪力墙或核心筒结构相比，这种结构具有延性好、易实现结构的多重抗震防线的理念、制作施工方便、可增加建筑使用面积等优点。然而，目前广泛采用的钢板剪力墙钢板较薄，在侧向荷载作用下易发生平面外失稳，这给钢板剪力墙的性能带来了一定的问题：滞回曲线存在捏缩现象，耗能能力欠理想；需依靠薄钢板屈曲后形成的拉力场来抵抗水平力，这要求周边框架梁柱足够强以满足拉力场的形成条件。

为了解决现有钢板剪力墙存在的问题，研究人员从带竖缝钢筋混凝土剪力墙获得启发，提出了一种解决方案：带竖缝钢板剪力墙。带竖缝钢板剪力墙通过在钢板剪力墙上开设平行的竖缝，将墙板分成众多狭长的缝间小柱。通过控制缝间小柱的高宽比，使得其在水平荷载作用下主要发生弯曲变形；通过控制缝间小柱截面的宽厚比，保证在其端部截面形成塑性铰之前不发生板件的局部屈曲。利用上述措施，保证这种带竖缝钢板剪力墙的破坏模式为缝间小柱端部截面形成弯曲塑性铰，以获得良好的耗能能力。现有的研究表明，带竖缝钢板剪力墙具有优良的耗能能力和延性，循环荷载下的滞回曲线饱满。但是，带竖缝剪力墙同样具有很大的局限性：(1)由于竖缝的开设，钢板剪力墙的抗侧承载力和刚度大大降低，对结构在风荷载和多遇地震下的侧移控制带来困难；(2)由于缝间小柱截面为狭长条形截面，且其两侧均为自由边，这使得保证其局部稳定性的宽厚比限值严格，因此在实用中常需采用相对较厚的钢板；(3)由于缝间小柱截面为狭长条形截面，其平面外的弯曲和扭转刚度小，在荷载作用下容易发生弯扭失稳；(4)竖缝尺寸精度要求高，常需要激光切割等高精度加工方法，制作难度大。

实用新型内容

为了克服现有钢板剪力墙结构和现有技术中的带竖缝钢板剪力墙存在的不足，本实用新型提供了一种带竖向缝隙矩形钢管排剪力墙结构，其利用竖向缝隙间的矩形受弯小柱的在剪力墙平面内的弯曲变形来抵抗水平荷载的作用，并在极限状态下利用受弯小柱两端形成的塑性铰实现耗能。本实用新型的竖向缝隙与区别于现有技术中的带竖缝钢板剪力墙中竖缝的概念。

为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：

所述剪力墙结构主要由多根沿竖向布置的矩形钢管紧密沿水平横向排列而成，每根矩形钢管沿竖直方向布置，在相邻的矩形钢管端部之间通过连接焊缝连接，利用钢管翼缘和腹板交界处的连接焊缝将相邻两钢管进行连接，沿竖向方向连接焊缝的间隔在矩形钢管之间形成竖向缝隙，相邻竖向缝隙之间的矩形钢管形成受弯小柱，受弯小柱在侧向荷载作用下主要发生弯曲变形直到受弯小柱端部塑性铰的形成，剪力墙的极限状态为受弯小柱端部塑性铰的形成，通过对受弯小柱高度和截面的合理设计，使得剪力墙在荷载作用下受弯小柱端部的塑性铰形成先于剪力墙的整体失稳、受弯小柱的平面外失稳以及矩形钢管壁的局部失稳发生。

所述的连接焊缝在每相邻矩形钢管之间沿竖向存在有一整段或者间断的多段，沿竖向两个连接焊缝之间的相邻矩形钢管间隙作为竖向缝隙，从而形成剪力墙在竖直方向的一段或者多段竖向缝隙，沿垂直于矩形钢管方向的两段竖向缝隙之间的矩形钢管单体或者组合作为受弯小柱，即相邻矩形钢管单体或者组合之间未设有连接焊缝的相邻矩形钢管单体或者组合作为受弯小柱，相邻竖向缝隙间的受弯小柱为单个矩形钢管构成或者由两个以上矩形钢管相焊接组合构成。

具体实施的剪力墙的竖向缝隙均开设在矩形钢管之间的连接位置，可以简单地在制作过程中通过间断需要开设竖向缝隙位置处的连接焊缝即可实现。根据需要，沿高度方向，可以开设一排或多排竖向缝隙；沿宽度方向，可以在每个矩形钢管两侧均开设竖向缝隙，也可以每隔两个或以上矩形钢管开设竖向缝隙。

相邻矩形钢管之间的连接焊缝在整体剪力墙结构受到剪力达到极限状态前不会发生破坏。即使得在竖直方向上，竖向缝隙端部的连接焊缝以及上下相邻竖向缝隙之间的连接焊缝(如有)的抗剪承载力满足在受弯小柱端部截面达到全塑性弯矩时不发生破坏。

所述受弯小柱所在的管段端部位置在极限状态下形成塑性铰，所述的受弯小柱所在的管段长度满足使得受弯小柱端部的塑性铰形成先于受弯小柱的平面外失稳和受弯小柱钢管壁的局部失稳发生，受弯小柱端部的塑性铰是在剪力墙结构受到剪力时在受弯小柱所在的管段端部位置。