[发明专利]一种带方形洞口的防屈曲钢板剪力墙

说明书

技术领域

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种带方形洞口的防屈曲钢板剪力墙。

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。

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。