[發明專利]一種預應力波形截面鋼板剪力墻

無效

• 申請號: 201410086528.5
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103835398A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 張愛林;趙亮;劉學春;孫勇;惠怡
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E04B2/58
• 分類號: E04B2/58
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種新型的預應力波形截面鋼板剪力墻，屬于結構工程技術領域。

背景技術

目前，世界上采用鋼板剪力墻作為主要抗側力構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區。自從1970年日本鋼鐵公司將鋼板剪力墻應用于建筑中以來，鋼板剪力墻的發展已有40多年。鋼板剪力墻結構體系由內嵌鋼板和邊緣構件組成，邊緣構件包括邊緣梁和邊緣柱。內嵌鋼板通常與邊緣構件連接構成抗側力結構體系，該結構體系可視為固定在地面上的懸臂梁。

按照內嵌鋼板的厚薄，鋼板剪力墻可分為厚鋼板剪力墻和薄鋼板剪力墻；按照鋼板表面是否加肋，鋼板剪力墻可分為加勁肋鋼板剪力墻和非加勁肋鋼板剪力墻；按照鋼板表面是否波形，鋼板剪力墻可分為波形截面鋼板剪力墻和不波形截面鋼板剪力墻；按照鋼板側面是否布置混凝土板，鋼板剪力墻可分為鋼板-混凝土組合剪力墻和普通鋼板剪力墻。薄鋼板剪力墻盡管具有很好的經濟效益，但它較易屈曲。其他形式的鋼板剪力墻大多以阻止鋼板的平面外變形為目標，讓鋼板盡可能的保持在平面內工作來消耗更多的能量。

我國《高層民用建筑鋼結構技術規程》JGJ99-98中附錄四規定，為防止鋼板剪力墻發生剪切屈曲，應以鋼板的剪切屈曲承載力作為其極限承載力，或通過對鋼板加勁使其屈服之前不發生屈曲。事實上，以上兩種方式都偏于保守且造價比較高，不利于鋼板剪力墻的發展和應用。隨著國內外對鋼板剪力墻研究的深入，鋼板剪力墻的屈曲后性能得到了廣泛的關注，鋼板剪力墻在屈曲后仍具有較高的承載力、良好的延性以及穩定的耗能能力。充分利用鋼板剪力墻的屈曲后強度不僅可以使結構獲得良好的抗震性能，而且可以顯著降低用鋼量，降低造價，提高經濟效益。

發明內容

本發明提出了一種新型的預應力波形截面鋼板剪力墻，其目的在于，克服薄鋼板剪力墻因過早屈曲而不能充分發揮鋼材的強度和延性的缺點，提高了鋼板剪力墻的平面外穩定和極限承載能力，充分發揮了鋼材的優勢。

不設預應力桿件的薄鋼板剪力墻，當荷載沿一個方向作用時，內嵌鋼板發生屈曲并形成拉力帶，伴隨著較大的面外變形；當外荷載反向作用時，原來的拉力帶將反向受壓，不再提供剛度；同時，原先的受壓區域將過渡成拉力帶區，但由于在上級荷載下曾發生過較大壓屈變形，故有變形被拉伸至“平展”的過程，直到反向拉力帶的形成。在這一過程中，鋼板無法承受荷載，結構僅靠梁柱承擔外荷載，這樣錨固在框架上的拉力場對邊柱會產生較大的附加彎矩，增加了柱子的穩定負擔。所以預應力桿件的設置，一方面限制了內嵌鋼板屈曲后的較大的平面外變形，提供了側向約束；兩一方面，當荷載反向作用時，預應力桿件能夠承受外荷載作用，避免增加柱子的負擔。而且鋼板墻僅與框架梁連接，避免了四邊連接鋼板墻不能開洞的缺陷，所以能很好的作為抗側力構件應用于多高層鋼結構中。傳統的鋼板剪力墻是通過在鋼板上設置加勁肋來控制鋼板剪力墻的平面外穩定，屬于被動的控制方法，本發明在鋼板剪力墻上主動的施加預應力，來控制鋼板剪力墻的平面外穩定，同時，預應力索可以在鋼板剪力墻的拉力帶方向承擔一定的拉力，屬于主動的控制方法。且鋼板剪力墻只與結構梁相連，避免增加結構柱的負擔。該發明的所有構件都可以在工廠加工，然后在實地裝配，施工簡單，降低造價，適用于裝配式鋼結構。

在所述預應力波形截面鋼板剪力墻中，鋼板波形后的抗剪屈曲荷載大大的提高，因而用作多高層結構的抗剪墻具有很好的經濟效益；波形鋼板在反復荷載作用下產生多波形鼓曲，其屈曲聲響會比平鋼板要小得多；數值反洗結果表明，波形鋼板墻在剪力作用下的滯回曲線比平鋼板要飽滿的多；由于波形鋼板面外彎曲剛度大，在運輸、安裝與使用過程中其面外變形易于控制。

本發明提出的預應力波形截面鋼板剪力墻的平面外剛度很大，能夠有效控制運輸、安裝以及使用工程中的平面外變形，保持鋼板的穩固安全。

本發明提出的預應力波形截面鋼板剪力墻是對傳統的平鋼板剪力墻的改進，通過對鋼板進行波形，可以極大的提高其抗剪性能，從而提高剪力墻的抗側能力。此外波形板的面外剛度和挺起剛度很大，能夠保證控制安裝過程中發生的面外變形。將預應力結構應用其中，采用主動的控制方式來控制鋼板的平面外穩定，改善了傳統鋼板剪力墻易屈曲的缺陷，提高了鋼板剪力墻的抗側能力。本發明的所有構件都可以在工廠進行加工和安裝，然后運至工地進行裝配，節省人力物力，降低造價。