[发明专利]防屈曲开斜槽钢板耗能剪力墙

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型耗能、防屈曲开斜槽钢板剪力墙，属于结构工程技术领域。

背景技术

在抗震设计中，如何减轻地震中建筑结构(包括主要受力构件、非结构构件)不可恢复性的损伤(如塑形变形)，使结构在地震后能够迅速修复并能正常使用，是目前工程抗震研究的热点。耗能构件的引入是一种非常有效的方法，在结构中设置耗能构件可有效地耗散地震的输入能，使结构的变形主要集中在耗能构件中，避免结构中其他构件发生破坏。

钢板剪力墙是一种抗震性能良好的结构构件，而且近年来在我国超高层建筑中已开始应用，但目前主要考虑了钢板剪力墙的抗侧能力，而未有效地考虑其耗能贡献。

非加劲薄钢板剪力墙在水平剪力作用时，钢板极易发生屈曲，最终以拉力带的形式承担外荷载；当荷载反向作用时，上一步荷载作用下产生的拉力带退出工作，并且逐渐形成反向拉力带；在这个过程中，钢板处于复杂受力状态且钢板屈曲不断发生变化，当钢材进入屈服，产生非弹性屈曲时，钢板中便形成无法恢复的面外变形，进而形成褶皱，在褶皱处钢材极易发生撕裂或断裂，因此，非加劲薄钢板剪力墙在往复荷载作用下的抗疲劳性能不足。

采用在钢板两侧覆盖混凝土板的措施，可以约束钢板的面外变形，延缓钢板屈曲，将改善薄钢板因屈曲导致拉力带不断发生转化而引起的滞回曲线的捏缩，解决钢板耗能能力不能得到充分发挥的问题。但剪力墙中的钢板处于复杂受力状态，较难控制剪力墙的破坏模式，因而无法准确判断其屈服荷载和屈服位移，不便于实现参数 (屈服位移，屈服力) 可控的设计；同时在目前的工程应用中，钢板多为一整块钢板，当边缘框架的尺寸和钢材的屈服强度一定时，钢板的强度和刚度仅与钢板的厚度相关，工程设计人员很难仅通过调整钢板的厚度而得到设计需要的刚度和强度，当钢板剪力墙应用于多高层建筑时，常因设计厚度太薄无法满足加工要求而增大钢板的厚度，造成了钢材的浪费，因此极大地限制了钢板剪力墙在多高层建筑中的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用广泛、耗能性能卓越、设计参数可控的防屈曲开斜槽钢板耗能剪力墙。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出的防屈曲开斜槽钢板耗能剪力墙，其特征在于，所述剪力墙主要由开斜槽钢板、设置在钢板两侧并约束钢板面外变形的混凝土板，与钢板相连的边缘框架组成；所述开斜槽钢板上根据实际情况和设计需要开设不同形式的斜槽，四周通过螺栓连接内嵌于边缘框架中；所示边缘框架由左边缘框架柱、上边缘框架梁、右边缘框架柱和下边缘框架梁共同组成。

在上述防屈曲开斜槽钢板耗能剪力墙中，所述的两侧混凝土板通过穿透三块板的螺栓连接，为减少螺栓孔对斜槽间钢板的影响，同时保证槽间钢板理想的拉压变形，螺栓孔布置在斜槽中；所述混凝土板根据钢板厚度及其所需的面外抗侧刚度确定混凝土厚度，并采用双层双向配筋，所述双向为沿斜槽开设方向和垂直斜槽开设方向。

在上述防屈曲开斜槽钢板耗能剪力墙中，为防止钢板与混凝土板之间的摩擦导致混凝土板过早开裂，在钢板与两侧混凝土板之间设置无粘结材料或一定的间隙，其间隙设置因满足混凝土板仍能有效约束钢板的低阶屈曲，一般取值不大于1mm。

在上述防屈曲开斜槽钢板耗能剪力墙中，所述混凝土板仅起约束开斜槽钢板的作用，其与开斜槽钢板相连的边缘框架间留有一定的间隙，其值大小根据保证结构在大震作用时混凝土不因与边缘框架接触而参与抵抗水平荷载作用的极限条件设置。

在上述防屈曲开斜槽钢板耗能剪力墙中，为便于实现产业化和震后的快速修复，所述开斜槽钢板四周插入预先设计在边缘框架上的对称角钢中，并通过螺栓与之相连，所述对称角钢同时加强了因边缘无混凝土板约束而形成的钢板薄弱部位。

在上述防屈曲开斜槽钢板耗能剪力墙中，通过在钢板上开设斜槽，将钢板的薄弱部位从边缘转移到内部，形成所述的开斜槽钢板，改变了钢板复杂的受力状态，形成以槽间钢板拉压变形为主的受力模式，不仅有利于实现稳定的拉压耗能；同时可以通过考察槽间钢板的拉压变形，较好的确定剪力墙的屈服荷载和屈服位移。

在上述防屈曲开斜槽钢板耗能剪力墙中，通过改变斜槽宽度、槽间钢板宽度、斜槽的布置形式，可以设计不同的剪力墙强度和刚度，进而实现不同的屈服荷载及其对应的屈服位移，实现参数可控的设计。

在上述防屈曲开斜槽钢板耗能剪力墙中，钢板上开槽的形式分为非等长斜槽、单排等长斜槽、多排等长斜槽三种。