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钢结构厂房剪力墙分类特点与连接形式

人气:发表时间:2018-01-29

钢结构厂房剪力墙分类特点与连接形式

钢结构厂房剪力墙是利用建筑外墙和内墙隔墙位置布置的钢筋混凝土结构墙,属于下端固定在基础顶面上的竖向悬臂板。竖向荷载在墙体内主要产生向下的压力,侧向力在强体中产生水平剪力和弯矩,因为这类墙体具有较大的承受水平力(水平剪力)的能力,固被称为剪力墙。
    剪力墙的高度一般与整个房屋高度相同,自基础至屋顶。 在立面上剪力墙常常因开门开窗,穿行管道而需要开设洞口,这时应尽量使洞口上下对齐,布置规则,使洞口至强边及相邻洞口之间形成墙肢,上下洞口之间形成梁。规则成列开洞的剪力墙传力简捷,受力明确,受力钢筋容易布置且作用明确,因而经济指标较好。而错洞剪力墙往往受力复杂,洞口角边容易产生明显的应力集中,地震中容易发生震害,钢筋作用得不到充分发挥。

钢结构厂房剪力墙2种连接形式图示

钢结构厂房中剪力墙可分为钢筋混凝土剪力墙和钢板剪力墙。

⑴ 钢结构厂房钢筋混凝土剪力墙

目前国内钢框架剪力墙的研究不少了,对于钢筋混凝土剪力墙基本是墙体钢筋与框架梁焊接起来。

钢梁与钢筋混凝土的铰接连接构造

⑵钢结构厂房 钢板剪力墙

钢板剪力墙延性好 耗能能力强, 是一种新型的高层抗侧力结构体系 钢板剪力墙主要承受水平剪力, 不承担竖向压力, 需要进行后装连接设计, 内嵌墙板与连接板可以采用栓接或焊接 钢板剪力墙的薄弱部位出现在角部,设计中需要采用合理的构造措施避免钢板剪力墙的角部应力集中。钢板剪力墙由周边框架和内嵌钢板组成, 具有自重轻 安装方便等特点 研究表明, 钢板剪力墙可以充分发挥钢材延展性好 耗能能力强的特点, 结构侧向刚度大, 构件延性好, 具有出色的抗震性能, 是一种具有广阔发展前景的超高层建筑抗侧力构件。钢板剪力墙可分为一般钢板剪力墙和加筋肋钢板剪力墙。

一般钢结构厂房钢板剪力墙节点连接:

1.内嵌钢板与边缘框架连接方式

由于钢板剪力墙主要承受水平剪力,不承担竖向压力,通常在施工中,钢板剪力墙在主体结构封顶后才实施全部连接,因此,在钢板剪力墙的设计中,需要进行后装连接设计研究。钢板剪力墙内嵌钢板与边缘框架直接连接时,对内嵌钢板和边缘框架的加工制作和安装施工的精度要求非常高,因此,钢板剪力墙与边缘框架均通过连接板进行连接,如图1所示

图1

图1连接板连接的钢板剪力墙

 

内嵌钢板与连接板可以采用栓接或焊接。当内嵌钢板与边缘框架采用高强螺栓连接时,对加工制作与安装施工的精度要求很高,钢板剪力墙安装施工的时间和费用会增加,在设计时还应严格控制在设计风荷载和小震作用下不出现滑移, 在推拉反向过程中内嵌钢板跃越屈曲发出响声,角部螺栓孔处存在局部变形和滑移现象。Elgaaly进行了钢板与梁柱四周螺栓连接试件的试验研究,试件为连接板焊于梁柱,内填钢板与连接板螺栓连接,螺栓间距分别为4d和8d( d 为螺栓孔直径)。结果表明螺栓连接和全焊连接试件相比,前者由于螺栓连接处滑移和局部变形,初始刚度和屈服荷载较小,4d和 8d 的螺栓间距对破坏模式影响较小。骨架曲线的拐点出现在螺栓滑移螺栓孔处破坏或内嵌钢板全屈服时。强边框弱墙板是内嵌钢板充分发挥拉力提高试件刚度和耗能能力的保证。

钢板剪力墙内嵌钢板与边缘框架采用焊接时,加工制作简单,对施工精度要求较低。焊接连接方式可以节约造价和节省工期,但是焊接工艺对墙板产生的残余应力不容易控制。段向胜等对天津津塔钢板剪力墙进行了焊接应力监测与数值模拟,结果表明不同的焊接顺序和不同的焊接速度均会影响钢板中残余应力, 这些焊接残余应力能导致钢板内部应力重分配。矩形钢板剪力墙采用先焊底部后焊两侧的焊接顺序得到的焊接应力比先焊左侧,再依次焊底部 右侧的焊接顺序的残余应力稳定,且应力值较小,残余应力以拉应力为主加快焊接速度可以在一定程度上降低残余应力,但是效果不是很明显。焊接对钢板剪力墙应力场和温度场的影响集中在焊缝两侧一定范围内,在墙四角焊缝位置处各条焊缝起始位置残余应力较大。

2 避免钢结构厂房钢板剪力墙角部应力集中构造措施

在水平推力作用下,钢板剪力墙薄弱部位出现在角部。从试验结果看,角部连接处会出现撕裂,角部破坏会影响墙板的整体承载能力。结构设计中应采取加强措施,避免钢板剪力墙角部应力集中为了研究钢板剪力墙角部的合理构造Schumacher提出了 4 种角部连接构造( 见图 2) ,并对 4 种连接方式进行了试验研究。连接方式 A为内嵌钢板与梁柱直接焊接; 连接方式 B 为内嵌钢板通过夹板进行连接, 夹板在转角处留缝; 连接方式C为内嵌钢板与柱直接焊接与梁采用夹板连接; 连接方式 D 为内嵌钢板通过夹板进行连接,夹板在转角处采用对接焊缝焊接试验结果表明,连接板与内嵌钢板采用夹板连接时,容易出现局部屈曲和钢板撕裂现象,靠近柱子一侧比靠近梁一侧更容易产生裂缝坡口焊缝连接比角焊缝连接时产生的残余应力大,钢板剪力墙角部采用坡口对接焊缝比采用角焊缝连接更容易出现撕裂。

图2

图 2 角部细部的 4 种连接形式

 

经过对上述试验结果的研究,得到如下结论:为了克服角部应力集中,防止角部撕裂, 应尽量将拼接焊缝远离角部,并在钢板角部设置圆角或倒角来避免在墙板的角部发生撕裂。在天津国际金融会议酒店工程的钢板剪力墙设计中,提出了如图3所示的夹板与内嵌钢板连接方式,此连接构造方式的夹板在角部设置倒角, 夹板的拼接点尽量远离角部,以防止墙板在角部发生撕裂。此连接方式对焊接和高强螺栓连接均适用。

图3

图 3 避免角部应力集中的构造措施

 

带竖向加劲肋钢板剪力墙节点设计

虽然钢结构厂房钢板剪力墙具有初始弹性刚度大抗震延性好的优点,但是也存在一些不足国外工程中主要采用的无加劲肋钢板剪力墙,墙板面外刚度很小,容易发生屈曲变形,在使用过程中可能会发出响声由于钢板剪力墙主要承受水平剪力,不承担竖向压力,在钢结构厂房施工过程中需要滞后安装但由于经常会与施工进度及室内装修发生矛盾,钢板剪力墙难以避免承担部分结构重力荷载,采用在钢板剪力墙上设置竖向加劲肋的方式,可以避免钢板过早出现屈曲变形 目前国内外对带有竖向加劲肋的钢板剪力墙的受力机理与设计方法还缺乏系统的理论分析与试验研究在我国现行钢结构厂房设计规范中尚无对钢板剪力墙设计的具体规定, 对钢板剪力墙设置竖向加劲肋的形式与间距等目前无具体规定