CN107366373A - 一种带自复位耗能支撑的钢板剪力墙 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带自复位耗能支撑的钢板剪力墙,包括:矩形框架,所述矩形框架包括上边缘梁、下边缘梁和连接所述上边缘梁与下边缘梁之间的边缘柱;在所述上边缘梁和下边缘梁之间的内嵌钢板;及两端分别与上边缘梁和下边缘梁固定并对称斜向设置在所述内嵌钢板和边缘柱之间的自复位耗能支撑。自复位耗能支撑对称布置于墙板两侧,具有较大刚度及承载力,弥补了因墙板与边缘柱脱开产生的刚度和承载力损失,同时具有优异的复位能力和耗能能力,减小甚至消除墙板在水平荷载作用下产生的残余变形,增加耗能,使滞回曲线更为饱满,具有抗侧刚度大,承载力高,延性良好,耗能能力强,残余变形小等优点。
Description
技术领域
本发明涉及钢板剪力墙。更具体地,涉及一种带自复位耗能支撑的钢板剪力墙。
背景技术
钢板剪力墙作为一种抗侧力构件,最早于1970年应用在日本钢铁公司建筑中,已发展近50年。钢板剪力墙具有较大的初始刚度、承载力,以及良好的延性和较强的耗能能力,在地震作用下,可以有效地控制结构位移。与钢筋混凝土剪力墙相比,钢板剪力墙因其具有自重轻可以减轻框架柱与基础负担,厚度远远小于钢筋混凝土剪力墙进而增大建筑使用面积,可通过在工厂预制避免现场施工湿作业,减少工程造价等特点,是一种非常经济的抗侧力构件。
现有钢板剪力墙主要有非加劲厚钢板剪力墙、加劲薄钢板剪力墙、非加劲薄钢板剪力墙、两侧开缝钢板剪力墙等,非加劲厚钢板剪力墙抗侧刚度大、承载力高、滞回曲线饱满,但用钢量大,不易调整刚度;加劲薄钢板剪力墙在内嵌钢板上布置加劲肋,很好地弥补了薄钢板的刚度且约束了钢板的平面外屈曲,但由于需在钢板上固定加劲肋,产生的变形与残余应力影响钢板力学性能;非加劲薄钢板剪力墙利用钢板屈曲后强度,具有良好延性与承载能力,但在地震作用下,由于屈曲钢板会产生响声,舒适性较差,且为了保证拉力场的充分形成,要求边柱具有足够的锚固刚度,使框架柱设计过于笨重,两侧开缝钢板剪力墙可以满足开门窗要求且避免了拉力场对边柱的不利影响,但侧移刚度和承载力都有较大程度下降。并且现有钢板剪力墙钢板屈曲后形成拉力带对边缘柱产生较大水平力作用,两侧开缝钢板剪力墙因墙板与边柱脱开损失部分侧移刚度和承载力,钢板剪力墙在地震作用下存在较大残余变形等问题。
因此,需要提供一种具有优异的复位能力和耗能能力,减小甚至消除墙板在水平荷载作用下产生的残余变形的钢板剪力墙。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种带自复位耗能支撑的钢板剪力墙,减小甚至消除墙板在水平荷载作用下产生的残余变形。
为达到上述目的,本发明采用下述技术方案:
本发明公开一种带自复位耗能支撑的钢板剪力墙,包括:矩形框架,所述矩形框架包括上边缘梁、下边缘梁和连接上边缘梁与下边缘梁的边缘柱;在所述上边缘梁和下边缘梁之间的内嵌钢板;及两端分别与上边缘梁和下边缘梁固定并对称斜向设置在所述内嵌钢板和边缘柱之间的自复位耗能支撑。该设计使得自复位耗能支撑对称布置于墙板两侧,具有较大刚度及承载力,弥补了因墙板与边缘柱脱开产生的刚度和承载力损失。
优选地,所述钢板剪力墙还包括固定所述内嵌钢板的约束构件,所述约束构件包括水平约束构件和垂直约束构件。这样的好处在于,墙板只与上下梁连接,消除墙板与边缘柱的联系,提高边缘柱稳定性。
优选地,所述自复位耗能支撑包括:同轴设置并可相对运动的支撑外管和支撑内管,所述自复位耗能支撑一端对应的支撑外管与一边缘梁固定,所述自复位耗能支撑另一端对应的支撑内管与另一边缘梁固定;所述支撑外管和支撑内管之间且与所述支撑内管外壁固定的耗能构件;及所述耗能构件两侧与所述支撑外管之间的复位装置。自复位耗能支撑具有优异的复位能力和耗能能力,减小甚至消除墙板在水平荷载作用下产生的残余变形,增加耗能,使滞回曲线更为饱满。
优选地,所述复位装置包括与所述支撑内管端部外侧壁固定的第一固定挡板;与所述第一固定挡板相邻设置的第一活动挡板;一端与所述第一活动挡板相邻设置的碟簧;与所述碟簧另一端相邻设置的第二活动挡板;及与所述第二活动挡板相邻设置的且与所述支撑内管外侧壁固定的第二固定挡板。
优选地,所述耗能构件为摩擦耗能构件。
更优选地,与支撑外管内壁相接触的摩擦片;与所述摩擦片相粘结的钢块;与所述钢块两端固定的固定板,所述固定板与支撑内管外侧壁固定。
更优选地,所述摩擦耗能构件还包括中心对称设置的依次贯穿所述钢块、摩擦片和支撑外管的至少一对螺栓,所述螺栓一端包括限位螺帽,所述限位螺帽与所述钢块内侧壁抵接,另一端延伸至所述支撑外管管体壁外侧,且该另一端上设有调节螺母。所述螺栓限位螺帽可以通过限位的方式使摩擦耗能构件跟随支撑内管运动并且摩擦产生摩擦阻力。
优选地,所述管体壁上设有沿支撑外管轴方向的长条孔,所述调节螺母置于所述长条孔内。长条孔使得限位装置可以限定在轴向运动,并且调节螺母可以根据实际需要调节钢块与摩擦片之间的压力,从而调节摩擦力。
优选地,所述钢板剪力墙还包括:固定所述自复位耗能支撑一端的第一连接件和固定所述自复位耗能支撑另一端的第二连接件;所述第一连接件包括固定在一边缘梁上的第一连接耳板和连接所述第一连接耳板与支撑外管的支撑外管连接件,所述第二连接件包括固定在另一边缘梁上的第二连接耳板和连接所述第二连接耳板与支撑内管的支撑内管连接件。
优选地,所述第一连接耳板和第二连接耳板为经过切割的腹板开孔T型钢;所述支撑内管连接件为经过切割的开孔不等边角钢;所述支撑外管连接件包括开孔等边角钢、钢板和垫片,所述开孔等边角钢、钢板和垫片依次固定。
本发明的有益效果如下:
本发明提出了一种带自复位耗能支撑的钢板剪力墙,墙板只与上下梁连接,消除墙板与边缘柱联系,提高边缘柱稳定性,自复位耗能支撑对称布置于墙板两侧,具有较大刚度及承载力,弥补了因墙板与边缘柱脱开产生的刚度和承载力损失,同时具有优异的复位能力和耗能能力,减小甚至消除墙板在水平荷载作用下产生的残余变形,增加耗能,使滞回曲线更为饱满。本发明将两侧开缝钢板剪力墙与自复位耗能支撑相结合,具有抗侧刚度大,承载力高,延性良好,耗能能力强,残余变形小等优点。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出带自复位耗能支撑的钢板剪力墙结构示意图。
图2示出自复位耗能支撑结构示意图。
图3为耗能构件的局部放大图。
图4为图2的长条孔结构示意图。
图5示出连接耳板7与支撑内管连接件8结构示意图。
图6示出支撑外管连接件9结构示意图。
附图标记:1-边缘柱,2-边缘梁,3-自复位耗能支撑,4-内嵌钢板,5-垂直约束构件,6-水平约束构件,7-连接耳板,8-支撑内管连接件,9-支撑外管连接件,10-支撑内管,11-复位装置,12-耗能装置,13支撑外管,141-第一活动挡板,142-第二活动挡板,151-第一固定挡板,152-第二固定挡板,121-摩擦片,122-钢块,123-调节螺母,124-限位螺帽,125-螺栓,126-固定板,127-长条孔。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提供一种带自复位耗能支撑的钢板剪力墙,如图1所示,包括:矩形框架,所述矩形框架包括上边缘梁、下边缘梁和连接上边缘梁与下边缘梁的边缘柱;在所述上边缘梁和下边缘梁之间的内嵌钢板;及两端分别与上边缘梁和下边缘梁固定并对称斜向设置在所述内嵌钢板和边缘柱之间的自复位耗能支撑。
该设计使得自复位耗能支撑对称布置于墙板两侧,具有较大刚度及承载力,弥补了因墙板与边缘柱脱开产生的刚度和承载力损失。当墙体受到水平方向力时,矩形框架因受力而产生侧向位移,此时的两个自复位耗能支撑中靠近力源的自复位耗能支撑由于边缘梁的带动,表现出拉伸的状态,而远离力源的自复位耗能支撑由于边缘梁的带动,表现出压缩的状态,无论是拉伸的状态还是压缩状态,在一定程度上均可通过自复位耗能支撑的复位功能还原为原来的状态。这样设计的自复位耗能支撑对称布置于墙板两侧,具有较大刚度及承载力,弥补了因墙板与边缘柱脱开产生的刚度和承载力损失,同时具有优异的复位能力和耗能能力,减小甚至消除墙板在水平荷载作用下产生的残余变形,增加耗能,使滞回曲线更为饱满。
优选地,为了消除墙板与边缘柱的联系,提高边缘柱稳定性,本发明提供一种优选方案,具体如图1所示,所述钢板剪力墙还包括固定所述内嵌钢板的约束构件,所述约束构件包括水平约束构件和垂直约束构件。所述钢板剪力墙墙板只与上下梁连接,从而消除了墙板与边缘柱的联系,提高边缘柱稳定性。
优选地,为了更好说明自复位耗能支撑能够实现受力后的复位功能和耗能功能,本发明提供一种自复位耗能支撑如图2所示,所述自复位耗能支撑包括:同轴设置并可相对运动的支撑外管和支撑内管,所述自复位耗能支撑一端对应的支撑外管与一边缘梁固定,所述自复位耗能支撑另一端对应的支撑内管与另一边缘梁固定;所述支撑外管和支撑内管之间且与所述支撑内管外壁固定的耗能构件;及所述耗能构件两侧与所述支撑外管之间的复位装置。自复位耗能支撑具有优异的复位能力和耗能能力,减小甚至消除墙板在水平荷载作用下产生的残余变形,增加耗能,使滞回曲线更为饱满。
优选地,为了更好的说明复位装置如何作用,本发明提供一种优选方案,如图2所示,所述复位装置包括与所述支撑内管端部外侧壁固定的第一固定挡板;与所述第一固定挡板相邻设置的第一活动挡板;一端与所述第一活动挡板相邻设置的碟簧;与所述碟簧另一端相邻设置的第二活动挡板;及与所述第二活动挡板相邻设置的且与所述支撑内管外侧壁固定的第二固定挡板。由于碟簧的弹性,当支撑内管运动时,带动套置在支撑内管上的碟簧形变,由此产生反方向的弹力,使其具有自复位性能。
优选地,为了详细说明耗能构件的作用,本发明提供一种优选方案,所述耗能构件为摩擦耗能构件。更优选地,为了能够分别说明摩擦耗能构件,本发明提供一种更优选方案,如图3所示,所述摩擦耗能构件包括与支撑外管内壁相接触的摩擦片121;与所述摩擦片相粘结的钢块122;与所述钢块两端固定的固定板126,所述固定板与支撑内管外侧壁固定。当支撑内外管相对运动时,外管内壁与钢块内摩擦片产生反方向摩擦力,消耗输入能量。
更优选地,为了详细说明所述钢块、摩擦片与支撑外管的固定,本发明提供一种优选的实施方式,如图3所示,所述摩擦耗能构件还包括中心对称设置的依次贯穿所述钢块122、摩擦片121和支撑外管的至少一对螺栓125,所述螺栓一端包括限位螺帽124,所述限位螺帽124与所述钢块122内侧壁抵接,另一端延伸至所述支撑外管管体壁外侧,且该另一端上设有调节螺母123。所述螺栓限位螺帽可以通过限位的方式使摩擦耗能构件跟随支撑内管运动并且摩擦产生摩擦力,调节螺母可以调节压紧所述钢块,使钢块与支撑外管壁之间的压力,从而根据需要增大或者缩小摩擦力,达到更好的调节目的,使本发明提供的钢板剪力墙可以根据实际需要调节。本领域技术人员应当知晓,所述常规限位方式不局限于上述所述限位方式,其他能够用于本装置的具有类似限位功能的限位螺帽也应该属于本发明保护范围内。
优选地,所述管体壁上设有沿支撑外管轴方向的长条孔127,如图4所示,所述调节螺母置于所述长条孔127内。长条孔使得限位装置可以限定在轴向运动,并且调节螺母可以根据实际需要调节钢块与摩擦片之间的压力,从而调节摩擦阻力。
优选地,为了使内嵌钢板、约束构件和边缘梁组成的墙体与自复位耗能支撑坚固连接,如图1所示,本发明所述钢板剪力墙还包括:固定自复位耗能支撑一端的第一连接件和固定自复位耗能支撑另一端第二连接件;所述第一连接件包括固定在一边缘梁上的第一连接耳板和连接所述第一连接耳板与支撑外管的支撑外管连接件,所述第二连接件包括固定在另一边缘梁上的第二连接耳板和连接所述第二连接耳板与支撑内管的支撑内管连接件。该连接方式不仅使得自复位耗能支撑与框架牢固固定,也能够使得支撑内外管能够受力产生相对运动。
优选地,为了更详细说明连接耳板和连接件,本发明提供一种优选方案,该优选方案为本领域内技术人员常用手段,如图3和4所示,所述第一连接耳板和第二连接耳板为经过切割的腹板开孔T型钢;所述支撑内管连接件为经过切割的开孔不等边角钢;所述支撑外管连接件包括开孔等边角钢、钢板和垫片,所述开孔等边角钢、钢板和垫片依次固定。
为了能够更具体的说明受力时本发明提供的剪力墙的技术方案,本发明提供一种在优选条件下具体的应用,需要说明的是,该优选方案仅仅为了更详细的描述剪力墙应用时的作用,本领域技术人员应当知晓,该技术方案还可以以其他形式的优选方案体现。具体应用时,如图1,按照受力及变形要求确定内嵌钢板4、垂直边缘约束构件5、水平边缘约束构件6的截面尺寸及预压碟簧自复位耗能支撑的碟簧初始预压力和耗能构件预设值。当受到较小水平荷载时,带自复位耗能支撑的钢板剪力墙整体处于弹性状态,其初始刚度由内嵌钢板4的抗侧刚度和支撑3的第一刚度共同提供,支撑内管10与支撑外管13发生相对运动,复位装置11提供恢复力,耗能构件12提供耗能,随着水平荷载的逐渐增加,内嵌钢板4逐渐进入屈服状态,斜对角区域产生塑性变形,支撑内管10与支撑外管13相对位移增加,复位装置11提供恢复力增大,内嵌钢板4和耗能构件12共同提供耗能,当作用在带自复位耗能支撑的钢板剪力墙的荷载开始减少时,支撑3的耗能构件12内部摩擦力反向,支撑内管10与支撑外管13不发生相对运动,待内嵌钢板4恢复弹性变形后支撑内管10与支撑外管13发生反向相对运动,内嵌钢板4基本不承担外力,支撑3的复位装置11提供反向恢复力将内嵌钢板4的平面外变形拉平,恢复原始状态,实现自复位。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种带自复位耗能支撑的钢板剪力墙,其特征在于,包括:
矩形框架,所述矩形框架包括上边缘梁、下边缘梁和连接上边缘梁与下边缘梁的边缘柱;
在所述上边缘梁和下边缘梁之间的内嵌钢板;及
两端分别与上边缘梁和下边缘梁固定并对称斜向设置在所述内嵌钢板和边缘柱之间的自复位耗能支撑。
2.根据权利要求1所述钢板剪力墙,其特征在于,
所述钢板剪力墙还包括固定所述内嵌钢板的约束构件,所述约束构件包括水平约束构件和垂直约束构件。
3.根据权利要求1所述钢板剪力墙,其特征在于,所述自复位耗能支撑包括:
同轴设置并可相对运动的支撑外管和支撑内管,所述自复位耗能支撑一端对应的支撑外管与一边缘梁固定,所述自复位耗能支撑另一端对应的支撑内管与另一边缘梁固定;
所述支撑外管和支撑内管之间且与所述支撑内管外壁固定的耗能构件;及
所述耗能构件两侧与所述支撑外管之间的复位装置。
4.根据权利要求3所述钢板剪力墙,其特征在于,所述复位装置包括
与所述支撑内管端部外侧壁固定的第一固定挡板;
与所述第一固定挡板相邻设置的第一活动挡板;
一端与所述第一活动挡板相邻设置的碟簧;
与所述碟簧另一端相邻设置的第二活动挡板;及
与所述第二活动挡板相邻设置的且与所述支撑内管外侧壁固定的第二固定挡板。
5.根据权利要求3所述钢板剪力墙,其特征在于,
所述耗能构件为摩擦耗能构件。
6.根据权利要求5所述钢板剪力墙,其特征在于,所述摩擦耗能构件包括:
与支撑外管内壁相接触的摩擦片;
与所述摩擦片相粘结的钢块;
与所述钢块两端固定的固定板,所述固定板与支撑内管外侧壁固定。
7.根据权利要求6所述钢板剪力墙,其特征在于,
所述摩擦耗能构件还包括中心对称设置的依次贯穿所述钢块、摩擦片和支撑外管的至少一对螺栓,所述螺栓一端包括限位螺帽,所述限位螺帽与所述钢块内侧壁抵接,另一端延伸至所述支撑外管管体壁外侧,且该另一端上设有调节螺母。
8.根据权利要求7所述钢板剪力墙,其特征在于,
所述管体壁上设有沿支撑外管轴方向的长条孔,所述调节螺母置于所述长条孔内。
9.根据权利要求3所述钢板剪力墙,其特征在于,所述钢板剪力墙还包括:
固定所述自复位耗能支撑一端的第一连接件和固定所述自复位耗能支撑另一端的第二连接件;
所述第一连接件包括固定在一边缘梁上的第一连接耳板和连接所述第一连接耳板与支撑外管的支撑外管连接件,所述第二连接件包括固定在另一边缘梁上的第二连接耳板和连接所述第二连接耳板与支撑内管的支撑内管连接件。
10.根据权利要求9所述钢板剪力墙,其特征在于,
所述第一连接耳板和第二连接耳板为经过切割的腹板开孔T型钢;
所述支撑内管连接件为经过切割的开孔不等边角钢;
所述支撑外管连接件包括依次固定的开孔等边角钢、垫片和钢板。
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