CN102926484A - 交叉加强钢板防屈曲耗能墙 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交叉加强钢板防屈曲耗能墙，主要由交叉加强钢板、内填钢板、螺栓、螺母、钢垫板、钢柱、钢梁、角板、垫板和螺孔等组成。其特征在于，交叉加强钢板呈交叉状，分别由4条抛物线切割，在交叉加强钢板的交叉点及四角形成相对较宽大的区域。在内填钢板的一侧或两侧安装交叉加强钢板。本发明的效果和优点是具有较大的竖向刚度和水平刚度，改善了钢板剪力墙的抗震性能，实现了钢板剪力墙和耗能器合二为一，可广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构的耗能减震。它具有地震作用下承载能力高、抗侧刚度大、耗能能力强等一系列优越的特性，是一种优越的抗震耗能构件。

Description

交叉加强钢板防屈曲耗能墙

技术领域

本发明涉及一种建筑结构的耗能钢板墙，特别是涉及一种建筑结构的交叉加强钢板防屈曲耗能墙。

背景技术

地震灾害具有突发性和毁灭性，严重威胁着人类生命、财产的安全。世界上每年发生破坏性地震近千次，一次大地震可引起上千亿美元的经济损失，导致几十万人死亡或严重伤残。我国地处世界上两个最活跃的地震带上，是遭受地震灾害最严重的国家之一，地震造成的人员伤亡居世界首位，经济损失也十分巨大。地震中建筑物的大量破坏与倒塌，是造成地震灾害的直接原因。地震发生时，地面振动引起结构的地震反应。对于基础固接于地面的建筑结构物，其反应沿着高度从下到上逐层放大。由于结构物某部位的地震反应(加速度、速度或位移)过大，使主体承重结构严重破坏甚至倒塌；或虽然主体结构未破坏，但建筑饰面、装修或其它非结构配件等毁坏而导致严重损失；或室内昂贵仪器、设备破坏导致严重的损失或次生灾害。为了避免上述灾害的发生，人们必须对结构体系的地震反应进行控制，并消除结构体系的“放大器”作用。

20世纪初，日本大森房吉教授提出的计算方法以及佐野利器博士提出的地震系数法均没有考虑结构的动力特性，后来人们称之为抗震设计的静力理论，为了抗御地震，多倾向于采用刚强的建筑结构，即“刚性结构体系”，但是这种结构体系很难真正实现，也不经济，只有极少数的重要建筑物采用这种结构体系。随着社会的发展，建筑物越来越庞大、复杂，人们对建筑物的安全性有了更高的要求，因此要在合理的经济范围内达到预期的设防目标更加困难，在安全性与经济性之间，人们面临两难选择。其次，人们对地震的认识还不够，预测结构物地震反应与其实际地震反应还有一定距离，因而所采取的抗震措施也不完全合理。抗震理论发展的第一次突破是在20世纪50年代初，美国的M A Biot等人提出抗震设计的反应谱理论。这时人们开始考虑地震动和建筑物之间的动力特性关系，提出了“延性结构体系”。同最早的设计方法相比，延性设计方法已经带有对能量进行“疏导”的思想，因此它具有一定的科学性。然而，结构物要终止振动反应，必然要进行能量转换或消耗。这种抗震结构体系，容许结构及承重构件(柱、梁、节点等)在地震中出现损坏，即依靠结构及承重构件的损坏消耗大部分能量，往往导致结构构件在地震中严重破坏甚至倒塌，这在一定程度上是不合理也是不安全的。随着社会的进步和经济的发展，人们对抗震减震、抗风的要求也越来越高，某些重要的建筑物(如纪念性建筑、装饰昂贵的现代建筑和核电站等)不允许结构构件进入非弹性状态，使“延性结构体系”的应用日益受到限制，这些都成为结构工程技术人员面临的现实而重大的课题。各国学者积极致力于新的抗震结构体系的探索和研究，1972年美藉华裔学者姚治平(J T P Yao)教授第一次明确提出了土木工程结构振动控制的概念。姚认为结构的性能能够通过控制手段加以控制，以使它们在环境荷载作用下，能保持在一个指定的范围内，为确保安全，结构位移需要限制，从居住者的舒适方面考虑，加速度需要限制。土木工程结构振动控制可以有效地减轻结构在地震、风、车辆、浪、流、冰等动力作用下的反应和损伤积累，有效地提高结构的抗震能力和抗灾性能。这样抗震理论又进入了一个新的发展阶段。

钢板剪力墙结构是20 世纪70 年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系。钢板剪力墙由内嵌钢板、竖向边缘构件( 柱) 和水平边缘构件( 梁) 构成，其整体受力性能类似于底端嵌固的竖向悬臂梁，其中竖向边缘构件相当于梁翼缘，内嵌钢板相当于梁腹板，水平边缘构件则可以近似等效为横向加劲肋。内嵌钢板可采用无加劲肋和有加劲肋的构造形式。无加劲的钢板剪力墙在强震作用下可以充分利用钢板的屈曲后强度，并具有很好的延性和耗能能力。加劲的钢板剪力墙则能够限制钢板的平面外屈曲，从而提高结构的屈曲承载力，有助于增强结构在风以及小震作用下的抗侧移刚度并方便施工。与传统的钢框架或者钢框架加混凝土剪力墙结构体系相比，钢板剪力墙结构具有厚度薄、自重轻、建造速度快和延性好等优点。已有的研究成果以及工程实例表明，钢板剪力墙是一种非常具有发展潜力的抗侧力体系，尤其适用于高烈度地震设防区的高层建筑以及抗震加固。在过去的几十年中，各国学者对这种结构进行了许多试验与理论方面的研究。这些研究都得到了共同的结论：这种结构弹性初始刚度高、位移延性系数大、滞回性能稳定。

目前研究开发的耗能钢板墙有中国专利号200810034557.1公开了一种名称为“高层竖向剪切耗能钢板墙结构体系”发明专利。

然而目前一些耗能钢板墙容易产生屈曲，还有一些耗能钢板墙的塑性分布比较集中，不利于耗能，都需要得到较好的解决。

发明内容

1、发明目的：

本发明的目的在于提供一种交叉加强钢板防屈曲耗能墙，我国关于钢板剪力墙的研究起步较晚，《高层民用建筑钢结构技术规程》附录四关于钢板墙的计算，认为钢板墙结构仅承受水平荷载，以剪切弹性屈曲强度作为钢板墙的设计极限状态，没有考虑在轴向荷载作用下钢板墙屈曲的问题。本发明交叉加强钢板防屈曲耗能墙能够有效解决钢板屈曲问题，提高结构的耗能能力。利用交叉加强钢板防屈曲耗能墙的耗能作用能够减少建筑结构的地震反应，对建筑结构起到很好的保护作用。

2、技术方案：

一种交叉加强钢板防屈曲耗能墙，包括交叉加强钢板、内填钢板、螺栓、螺母、钢垫板、钢柱、钢梁、垫板和螺孔，交叉加强钢板呈交叉状，分别由4条抛物线切割形成，在交叉加强钢板的交叉点及四角形成相对宽大的区域，在内填钢板的一侧或两侧安装交叉加强钢板，交叉加强钢板与内填钢板采用螺栓连接，垫板的两端与交叉加强钢板相接触。垫板上或下面安装角板。交叉加强钢板的中部交叉点的螺栓不应少于4个；交叉加强钢板的四个角部均与梁柱连接，交叉加强钢板的四个角部的螺栓不少于3个。交叉加强钢板和垫板同厚度。

3、优点及有益效果：

交叉加强钢板防屈曲耗能墙具有较大的竖向刚度和水平刚度，改善了钢板剪力墙的抗震性能，实现了钢板剪力墙和耗能器合二为一，可广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构的耗能减震。它具有地震作用下承载能力高、抗侧刚度大、耗能能力强等一系列优越的特性，是一种优越的抗震耗能构件。

附图说明

图1为本发明交叉加强钢板防屈曲耗能墙平面示意图；

图2为本发明无角板情况下的交叉加强钢板防屈曲耗能墙平面示意图；

图3为图1A-A剖面示意图。

图中，1为交叉加强钢板；2为内填钢板；3为螺栓；4为螺母；5为钢垫板；6为钢柱；7为钢梁；8为角板；9为垫板；10为螺孔。

具体实施方式

下面结合技术方案和参照附图对本发明进行详细说明。

本发明提出的交叉加强钢板防屈曲耗能墙如图1~图2所示。

整个装置主要由交叉加强钢板1、内填钢板2、螺栓3、螺母4、钢垫板5、钢柱6、钢梁7、垫板9和螺孔10等组成。

首先根据工程实际确定交叉加强钢板1和内填钢板2的尺寸，确定螺孔位置。根据交叉加强钢板1和内填钢板2确定垫板9的尺寸。采用螺栓3、螺母4和钢垫板5将交叉加强钢板1、内填钢板2连接；再采用螺栓将交叉加强钢板1、内填钢板2安装在钢梁与钢柱上。

一种交叉加强钢板防屈曲耗能墙，包括交叉加强钢板1、内填钢板2、螺栓3、螺母4、钢垫板5、钢柱6、钢梁7、垫板9和螺孔10，交叉加强钢板1呈交叉状，分别由4条抛物线切割形成，在交叉加强钢板1的交叉点及四角形成相对宽大的区域，在内填钢板2的一侧或两侧安装交叉加强钢板1，交叉加强钢板1与内填钢板2采用螺栓连接，垫板9的两端与交叉加强钢板1相接触。交叉加强钢板1的中部交叉点的螺栓3不应少于4个；交叉加强钢板1的四个角部均与梁柱连接，交叉加强钢板1的四个角部的螺栓3不少于3个。交叉加强钢板1和垫板9同厚度。交叉加强钢板防屈曲耗能墙垫板可安装角板8。

Claims (4)

1.一种交叉加强钢板防屈曲耗能墙，包括交叉加强钢板(1)、内填钢板(2)、螺栓(3)、螺母(4)、钢垫板(5)、钢柱(6)、钢梁(7)、垫板(9)和螺孔(10)，其特征在于：交叉加强钢板(1)呈交叉状，分别由4条抛物线切割形成，在交叉加强钢板(1)的交叉点及四角形成相对宽大的区域，在内填钢板(2)的一侧或两侧安装交叉加强钢板(1)，交叉加强钢板(1)与内填钢板(2)采用螺栓连接，垫板(9)的两端与交叉加强钢板(1)相接触。

2.根据权利要求1所述的一种交叉加强钢板防屈曲耗能墙，其特征在于：垫板(9)上或下面安装角板(8)。

3.根据权利要求1所述的一种交叉加强钢板防屈曲耗能墙，其特征在于：交叉加强钢板(1)的中部交叉点的螺栓(3)不应少于4个；交叉加强钢板(1)的四个角部均与梁柱连接，交叉加强钢板(1)的四个角部的螺栓(3)不少于3个。

4.根据权利要求1所述的一种交叉加强钢板防屈曲耗能墙，其特征在于：交叉加强钢板(1)和垫板(9)同厚度。

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