[发明专利]装配式复合剪力结构墙板

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑物结构构件，尤指一种多层及高层楼房使用的装配式复合剪力结构墙板。

背景技术

高层钢结构设计中，传统的抗侧力体系一般有四种：纯抗弯钢框架、支撑钢框架、框剪结构钢框架加钢筋混凝土剪力墙及筒中筒结构-外框钢框架加钢筋混凝土核心筒。首先，纯抗弯钢框架完全依赖梁柱节点的刚性连接来抵抗风、地震作用的水平力，当建筑结构超过20层后，需要非常大的梁柱截面控制结构侧移，因此其经济性很差；其次，当建筑结构达到40层时，支撑钢框架被证明是有效的抗侧力体系，但缺点是支撑在往复荷载作用下易发生屈曲，而要避免该现象，支撑必须做得相当粗壮，不仅导致较大的地震作用，而且导致结构在某个方向的侧移刚度不便自由调整。近年来提出的防屈曲支撑可较好地抑制支撑屈曲并解决刚度可调的问题，但精致的构件制作导致高昂的价格，经济性同样不佳；目前超高层结构设计中流行的框剪及筒中筒体系自身就存在着缺陷，即钢筋混凝土剪力墙或核芯筒与钢框架的延性及刚度严重不匹配。强震作用下，由于作为第一道抗震防线的钢筋混凝土剪力墙或核心筒承担了85％的水平地震力，很快因开裂、压碎而导致刚度及延性急剧退化，不利于后期地震能量的消耗。此外，混凝土剪力墙或核心筒承担了相当大的重力荷载，这进一步降低了混凝土的延性。

针对混凝土剪力墙延性及耗能不足的缺点，20世纪70年代发展起来了一种新型的抗侧力体系-钢板剪力墙，以下简称钢板墙，钢板墙由内嵌钢板及边缘构件梁、柱组成。其包括非加筋厚钢板墙、加筋钢板墙、非加筋薄钢板墙、两侧开缝钢板墙、低屈服点钢板墙、开洞钢板墙、压型钢板墙、竖缝钢板墙、组合钢板墙、防屈曲钢板墙及两侧开缝组合钢板墙。与纯抗弯钢框架比较，采用钢板墙可节省用钢量50％以上。与普通支撑钢框架相比，相同的用钢量，即使在假定支撑不屈曲的条件下，支撑所能提供的抗侧刚度最多与钢板墙持平，但不必担心钢板墙的墙板屈曲会导致承载力与耗能能力的骤降，尽管墙板屈曲后的滞回曲线会有不同程度的捏缩，但总是优于支撑屈曲后，其拉压不对称造成耗能能力的急剧下滑；与精致的防屈曲支撑比较，钢板墙不但相对便宜，且制作和施工都比较简单，因而其市场前景更佳；钢板墙弥补了混凝土剪力墙或核心筒延性不足的弱点；钢板墙的墙板厚度较钢筋混凝土墙要小很多，故能有效降低结构自重，减小地震响应，压缩基础费用；相对现浇钢筋混凝土墙，钢板墙能缩短制作及安装时间。

但是上述各类钢板墙仍然存在：

(1)非加筋厚钢板墙的耗钢量太大，调整刚度不便，应用受到限制；

(2)加筋钢板墙由于内嵌钢板较薄，施工起来容易烧穿，大量焊接部位不可避免地存在裂纹、夹杂等缺陷，在往复荷载作用下，裂纹易迅速扩展并很快发生脆性断裂，降低了墙板的延性；焊接产生的残余应力和面外变形影响到墙板的力学性能，特别是对抗侧刚度的削弱较大；加筋肋易发生局部屈曲并降低加筋肋的加筋效率，而且反复局部屈曲加速了加筋肋的断裂，最终失去加筋作用；

(3)非加筋薄钢板墙在水平荷载作用下，非加筋薄钢板始终伴随较大的类似击鼓的屈曲声响，同时产生面外变形，其在较大风荷载或地震作用过程中，舒适度不理想，使用性不佳；

(4)两侧开缝钢板墙是其只在上、下边与框架梁相连，而在左、右两侧与框架柱之间留出一定的距离，但是墙板与柱子脱开后，侧移刚度和承载力都有较大幅度下降，这是因为墙板拉力场完全锚固在梁上，墙板两侧一部分区域不能发挥作用；

(5)低屈服点钢板墙的屈服强度不到Q235钢的一半，而伸长率则是Q235钢的2倍多，其抗剪滞回环也呈饱满的梭形，基于此，该钢板墙主要被做成耗能器元件使用；

(6)开洞钢板墙与两侧开缝及低屈服点钢板墙的原理相同，开洞钢板墙也是以牺牲墙板的承载力、刚度及耗能能力为代价来保护柱子的，此外，在墙板上开洞增加了墙板的制作工序、费用有所增加；

(7)压型钢板墙做的薄时，其破坏形式表现为折屈破坏，折屈后很快失去承载能力，呈现很强的脆性破坏特征；

(8)竖缝钢板墙是将整块钢板分割成一系列柱状板条，板条类似受弯小柱一样工作，从而将墙板的变形由剪切转化为弯曲来提高墙板的延性，但是板条在屈曲之前，类似于柱子的受力特性，失稳后抗侧刚度减弱，由于墙板受到分割，拉力场的路径不通畅，难以形成完整的拉力场，因而提供的承载力有限；