CN111648494A - 一种便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙，包括设置在框架柱和框架梁之间的钢网格剪力墙体，所述钢网格剪力墙体设有矩形边框以及与所述矩形边框连接的钢网格结构，所述矩形边框的顶部和底部分别与对应的所述框架梁连接，所述矩形边框的两侧与对应的所述框架柱间隔设置，且在间隔设置的所述框架柱与所述矩形边框的边侧之间设有洞口。本发明能够避免四边连接钢板剪力墙拉力场对框架柱的不利影响，并满足住宅建筑中门窗洞口布置的需要；可以完全实现工厂预制，现场采用螺栓连接，克服了加劲钢板剪力墙现场焊接工作量大、焊接变形大等问题；减轻了构件重量，便于运输安装，从而加快施工进度，缩短修复周期。

Description

一种便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种钢网格剪力墙，更具体地说，涉及一种便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙。

背景技术

我国现阶段住宅建筑产业已从过去的总量不足转化为结构性供给不足，建筑行业钢材产能过剩、建造方式缺乏集约化、环境污染严重等问题亟待解决，发展钢结构装配式建筑已成为促进建筑节能、推动建造方式转型和城乡建设高质量发展的迫切需要。随着我国新型城镇化建设的不断发展，住宅建筑是装配式建筑的主要市场需求，而在高层住宅建筑的结构设计中，水平荷载是决定性因素，抗侧力体系则是高层住宅建筑结构承载水平荷载的关键，直接决定了结构的抗侧力性能及其在地震作用下的受损程度，因此研发适用于装配式建筑的高效抗侧力结构具有重要意义。

传统的抗侧力结构如钢框架结构、钢框架-支撑结构、钢框架-混凝土核心筒结构等在一定程度上提高了建造工业化水平，但随着住宅建筑的发展，其高度和层数呈现递增的趋势，随之增加的水平荷载导致结构承载需求提升，钢支撑与梁柱节点连接构造相对复杂，钢梁、钢柱和钢支撑等构件截面一般较大，影响建筑使用效果，且经常由于建筑功能需求，难以在纵向设置足够数量的支撑，导致结构两个方向刚度差异较大。钢框架-混凝土核心筒结构因墙厚而占用建筑面积，且混凝土墙现场浇筑施工，不易充分发挥钢结构施工速度快的优势。

钢板剪力墙是新型抗侧力构件，具有较高的承载力和初始刚度，钢板屈曲后能继续承担水平荷载，具有更好的延性和耗能能力，且其自重轻、墙厚小、构件预制程度高、施工速度快，能够克服上述传统抗侧力结构用于装配式钢结构住宅时的不足。目前在工程中常用的钢板剪力墙形式主要有非加劲和加劲钢板墙、开缝钢板墙、防屈曲和组合钢板墙等。

但现有的钢板剪力墙结构在施工过程中存在有待完善之处，使用过程中修复和更换不便，力学性能也存在一定程度的不足。例如，薄钢板剪力墙由于面外刚度较弱，运输安装时易产生变形，在水平反复荷载作用下滞回曲线捏缩现象严重；加劲钢板剪力墙提高了薄钢板的屈曲强度，减小了屈曲后钢板的面外变形，但是设置加劲肋的焊接工作量大，钢板焊接变形问题不容忽视；防屈曲与组合钢板剪力墙构造相对复杂。同时现有钢板剪力墙结构，钢板四边连接，使框架柱产生较大的附加轴力和弯矩，导致钢框架柱截面设计过大，对此采用开洞或开缝的方式来减轻对框架柱的影响，但会提高加工制作和安装难度，并对水平承载力有所削弱。

结构受力计算中，传统钢板剪力墙的板壳模型是典型的二维板单元非线性问题，计算难度大，故学者们提出了几类简化计算模型，研究表明，当内嵌钢板宽高比一定时，所有简化模型的承载力和初始刚度都随着高厚比的增大而更趋近精确值，但是在高厚比较小时初始刚度的计算误差较大，相比而言，混合杆系模型综合考虑了前期钢板平面内受剪和后期拉力场作用的受力机制，在承载力与初始刚度的计算结果上精度较高，但该模型更适用于中厚板的计算。

我国地处世界两大地震带之间，近年来地震灾害频发，大量房屋建筑的破损甚至倒塌造成了严重的人员伤亡和经济损失。对于可修复的受损建筑物，现有的修复措施往往需要大量的现场切割、焊接作业，加固效果很大程度取决于现场施工质量，且存在建筑内修复部件运输困难、施工难度大等问题，因此增加了受损建筑物后期修复周期与修复费用。抗侧力体系作为主要抗震构件，是震损修复工作的重要对象，针对现有抗侧力体系存在的问题，研发抗震性能优异且便于震损修复的抗侧力结构，是减轻地震灾害直接损失和灾后修复中的经济损失、保障人民生命和财产安全的有效措施。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙，该剪力墙结构充分考虑框架柱设计的合理性与建筑设计的协调性，避免了四边连接钢板剪力墙拉力场对框架柱的不利影响，并满足住宅建筑中门窗洞口布置的需要，装配率高，便于更换。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙，包括设置在框架柱和框架梁之间的钢网格剪力墙体，所述钢网格剪力墙体设有矩形边框以及与所述矩形边框连接的钢网格结构，所述矩形边框的顶部和底部分别与对应的所述框架梁连接，所述矩形边框的两侧与对应的所述框架柱间隔设置，且在间隔设置的所述框架柱与所述矩形边框的边侧之间设有洞口。

所述矩形边框是采用T形钢构件Ⅰ拼接而成的，所述T形钢构件Ⅰ的翼缘板位于外侧，与对应的所述框架梁通过高强度螺栓Ⅰ连接，所述T形钢构件Ⅰ的腹板位于剪力墙的厚度中心面上，并作为鱼尾板与所述钢网格结构连接。

所述钢网格结构是由双向分离布置的T形钢构件Ⅱ构成的，两向的所述T形钢构件Ⅱ均按照混合杆系模型倾斜设置，且翼缘背对背交叉设置，所述T形钢构件Ⅱ的翼缘板与所述T形钢构件Ⅰ的腹板通过高强度螺栓Ⅱ连接。

所述钢网格结构是由双向分离布置的槽钢构成的，两向的所述槽钢均按照混合杆系模型倾斜设置，且腹板背对背相交设置，所述槽钢的腹板与所述T形钢构件Ⅰ的腹板通过高强度螺栓Ⅱ连接。

构成所述矩形边框侧边框的T形钢构件Ⅰ的上下两端均设有腹板缺口，在所述腹板缺口处垂直相邻的两根T形钢构件Ⅰ对接，并在对接处腹板两侧分别设置连接角钢，两个所述连接角钢与垂直相邻的两根T形钢构件Ⅰ的腹板通过高强度螺栓Ⅲ连接。

所述框架梁是采用H型钢制成的，在所述框架梁的腹板两侧设有多道成对布置的肋板。

所述框架柱为钢构件或钢管混凝土构件。

本发明具有的优点和积极效果是：1)钢网格剪力墙与框架柱分离，将拉力场的锚固区转移到框架梁，实现了“强柱弱梁”的抗震设计理念，且有利于门窗洞口的设置，与建筑设计相协调；2)基于混合杆系模型理论将内嵌钢板离散为双向分离的钢构件，简化了结构的计算分析过程，便于将整体设计转化为局部构件的分析，从而提出便于工程应用的设计方法。离散化构件重量轻，便于运输安装，有效加快施工速度。3)网格式布置有利于减小竖向刚度，从而减小梁上荷载对结构抗侧力性能的影响，解决了整块钢板易受竖向荷载作用产生初始变形而使屈曲临界荷载降低的问题，构件可以与主体结构一起安装而加快施工速度。4)所有构件均可在工厂预制，现场采用螺栓连接，各构件运输安装便捷，结构装配化程度高，施工安全环保，符合国家发展装配式建筑的大趋势。5)由于结构主要受力构件均采用螺栓连接，在后期使用过程中便于更换损坏的构件，实现损坏构件的易修复性，缩减结构的修复周期和费用。

附图说明

图1为本发明的立面图；

图2为图1的Ⅰ部放大图；

图3为图1的Ⅱ部放大图；

图4为图1的A-A剖面图；

图5为图1的B-B剖面图。

图中：1、框架柱；2、框架梁；2-1、肋板；3-1、矩形边框；3-2、钢网格结构；3-3、连接角钢；4、洞口；5-1、高强度螺栓Ⅰ；5-2、高强度螺栓Ⅱ；5-3、高强度螺栓Ⅲ。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图5，一种便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙，包括设置在框架柱1和框架梁2之间的钢网格剪力墙体，所述钢网格剪力墙体设有矩形边框3-1以及与所述矩形边框3-1连接的钢网格结构3-2，所述矩形边框3-1的顶部和底部分别与对应的所述框架梁2连接，所述矩形边框3-1的两侧与对应的所述框架柱1间隔设置，且在间隔设置的所述框架柱1与所述矩形边框3-1的边侧之间设有洞口4，用于安装门窗等构件。

在本实施例中，所述矩形边框3-1是采用T形钢构件Ⅰ拼接而成的，所述T形钢构件Ⅰ的翼缘板位于外侧，与对应的所述框架梁2通过高强度螺栓Ⅰ5-1连接，所述T形钢构件Ⅰ的腹板位于剪力墙的厚度中心面上，并作为鱼尾板与所述钢网格结构3-2连接。更进一步地，所述钢网格结构3-2是由双向分离布置的T形钢构件Ⅱ构成的，两向的所述T形钢构件Ⅱ均按照混合杆系模型倾斜设置，且翼缘背对背交叉设置，所述T形钢构件Ⅱ的翼缘板与所述T形钢构件Ⅰ的腹板通过高强度螺栓Ⅱ5-2连接。上述钢网格结构3-2中的T形钢构件Ⅱ可以由槽钢代替，此时，所述钢网格结构3-2是由双向分离布置的槽钢构成的，两向的所述槽钢均按照混合杆系模型倾斜设置，且腹板背对背相交设置，所述槽钢的腹板与所述T形钢构件Ⅰ的腹板通过高强度螺栓Ⅱ5-2连接。

在本实施例中，构成所述矩形边框3-1侧边框的T形钢构件Ⅰ的上下两端均设有腹板缺口，在所述腹板缺口处垂直相邻的两根T形钢构件Ⅰ对接，并在对接处腹板两侧分别设置连接角钢3-3，两个所述连接角钢3-3与垂直相邻的两根T形钢构件Ⅰ的腹板通过高强度螺栓Ⅲ5-3连接。本发明并不限制所述矩形边框3-1的连接结构如上所述，也可以采用在构成所述矩形边框3-1顶边框和底边框的T形钢构件Ⅰ的左右两端设有腹板缺口，然后采用类似上述结构进行连接。

在本实施例中，所述框架梁2是采用H型钢制成的，在所述框架梁2的腹板两侧设有多道成对布置的肋板2-1，用于加强框架梁2的性能。需要说明的是，所述框架柱1不仅可以为钢构件，还可以为钢管混凝土构件。

下面对上述剪力墙结构进行详细说明：

上述剪力墙包括与框架梁连接、与框架柱分离的钢网格剪力墙体，在钢网格剪力墙体的侧边与框架柱1之间形成洞口，洞口大小可根据建筑实际门窗尺寸调整。剪力墙仅与框架梁2连接，且采用全螺栓连接。

所述钢网格剪力墙体设有外部矩形边框3-1和内部钢网格结构3-2，内部钢网格结构3-2是按照现有钢板剪力墙混合杆系模型的基本原理，把内嵌钢板进行离散化，由双向分离布置的T形钢构件Ⅱ组成的，矩形边框3-1是采用T形钢构件Ⅰ拼接而成的，T形钢构件Ⅱ与T形钢构件Ⅰ通过高强度螺栓Ⅱ5-2连接。矩形边框3-1顶部的T形钢构件Ⅰ设置于上框架梁的下侧，矩形边框3-1底部的T形钢构件Ⅰ设置于下框架梁的上侧，上述T形钢构件Ⅰ的翼缘与框架梁2的翼缘通过高强度螺栓Ⅰ5-1连接，矩形边框3-1侧部的T形钢构件Ⅰ为钢网格剪力墙体提供侧边约束，翼缘作为侧边加劲肋，腹板作为鱼尾板且上下两端各切去一段，翼缘端部外伸部分与矩形边框3-1顶部或底部T形钢构件Ⅰ的端面接触，在腹板缺口处垂直相邻的两根T形钢构件Ⅰ对接，在对接处腹板两侧设置连接角钢3-3，然后采用高强度螺栓Ⅲ5-3将它们固定在一起。

当钢网格结构3-2采用T形钢构件Ⅱ构成时，构成钢网格结构3-2的T形钢构件Ⅱ的腹板作为钢网格剪力墙的加劲肋。当钢网格结构3-2采用槽钢构成时，槽钢的两个翼缘作为钢网格剪力墙的加劲肋。

本发明的剪力墙与框架柱分离，将钢板离散为型钢构件，并通过一定措施实现全部构件螺栓连接。在受力性能方面，基于混合杆系模型原理设置的钢构件可等效拉力场作用，型钢构件腹板可等效加劲肋作用，两边连接的布置方式避免了对框架柱的不利影响；在结构设计方面，离散化的杆件降低了结构的计算分析难度，有利于将整体设计转化为局部构件设计；施工方面，构件可提前预制且便于运输安装，施工快捷环保；使用功能方面，两边连接的布置方式便于建筑设计，全螺栓连接便于受损构件更换，有利于缩短后期修复时间，降低修复费用。

综上所述本发明是针对现有钢板剪力墙结构在施工过程中的各种技术问题、使用过程中修复和更换不便、力学性能存在一定不足等问题，提出的一种便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙，该剪力墙结构充分考虑框架柱设计的合理性与建筑设计的协调性，避免了四边连接钢板剪力墙拉力场对框架柱的不利影响，并满足住宅建筑中门窗洞口布置的需要；剪力墙构件通过成品型钢的应用，可以完全实现工厂预制，现场采用螺栓连接，克服了加劲钢板剪力墙现场焊接工作量大、焊接变形大等问题；通过构件离散化简化结构计算过程，减轻构件重量，便于运输安装，从而有效加快施工进度，缩短修复周期，达到施工可装配和使用易修复的技术效果。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙，包括设置在框架柱和框架梁之间的钢网格剪力墙体，其特征在于，所述钢网格剪力墙体设有矩形边框以及与所述矩形边框连接的钢网格结构，所述矩形边框的顶部和底部分别与对应的所述框架梁连接，所述矩形边框的两侧与对应的所述框架柱间隔设置，且在间隔设置的所述框架柱与所述矩形边框的边侧之间设有洞口。

2.根据权利要求1所述的便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙，其特征在于，所述矩形边框是采用T形钢构件Ⅰ拼接而成的，所述T形钢构件Ⅰ的翼缘板位于外侧，与对应的所述框架梁通过高强度螺栓Ⅰ连接，所述T形钢构件Ⅰ的腹板位于剪力墙的厚度中心面上，并作为鱼尾板与所述钢网格结构连接。

3.根据权利要求2所述的便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙，其特征在于，所述钢网格结构是由双向分离布置的T形钢构件Ⅱ构成的，两向的所述T形钢构件Ⅱ均按照混合杆系模型倾斜设置，且翼缘背对背交叉设置，所述T形钢构件Ⅱ的翼缘板与所述T形钢构件Ⅰ的腹板通过高强度螺栓Ⅱ连接。

4.根据权利要求2所述的便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙，其特征在于，所述钢网格结构是由双向分离布置的槽钢构成的，两向的所述槽钢均按照混合杆系模型倾斜设置，且腹板背对背相交设置，所述槽钢的腹板与所述T形钢构件Ⅰ的腹板通过高强度螺栓Ⅱ连接。

5.根据权利要求2所述的便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙，其特征在于，构成所述矩形边框侧边框的T形钢构件Ⅰ的上下两端均设有腹板缺口，在所述腹板缺口处垂直相邻的两根T形钢构件Ⅰ对接，并在对接处腹板两侧分别设置连接角钢，两个所述连接角钢与垂直相邻的两根T形钢构件Ⅰ的腹板通过高强度螺栓Ⅲ连接。

6.根据权利要求1所述的便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙，其特征在于，所述框架梁是采用H型钢制成的，在所述框架梁的腹板两侧设有多道成对布置的肋板。

7.根据权利要求1所述的便于替换的装配式两边连接钢网格剪力墙，其特征在于，所述框架柱为钢构件或钢管混凝土构件。

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