CN102776966A - 一种改进型双层钢板混凝土剪力墙及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进型双层钢板混凝土剪力墙及其施工方法，其中，改进型双层钢板混凝土剪力墙包括相对设置的两层钢板以及位于两层钢板之间的混凝土墙体，两层钢板之间连接有约束拉杆，每一钢板上设有劲化带，所述约束拉杆的两端分别穿过劲化带和钢板，约束拉杆与劲化带以及钢板三者之间连接在一起。本发明的约束拉杆和劲化带的设置能够增加钢板对核心混凝土的约束能力、延缓并阻断约束拉杆之间区域的屈曲和发展。当所述的约束拉杆为螺纹式约束拉杆，劲化带与钢板的连接利用点焊连接、螺栓连接或二者相结合的形式时，能够减轻焊接残余应力的影响，施工简便易行，同时显著减小钢板厚度、省去或大量减少焊接工艺、降低工程造价。

Description

一种改进型双层钢板混凝土剪力墙及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑结构，具体涉及一种改进型双层钢板混凝土剪力墙及其施工方法。

背景技术

钢管混凝土结构、钢板混凝土剪力墙等结构将钢和混凝土两种材料的优势有效地组合，具有承载力高、塑性好、抗震和防火性能优越、节省材料及施工简单等优点。钢管混凝土柱、钢板混凝土剪力墙在高层建筑尤其是超高层建筑中的应用有明显的优势。

圆形钢管混凝土柱钢管沿圆周方向对内填混凝土提供均匀压力(参见图1)，而矩形钢管混凝土柱(双层钢板混凝土剪力墙)的钢板对内填混凝土的约束作用则主要集中于柱角区域，钢板侧面中部对混凝土的约束作用小，受到混凝土挤压力过大时会向外变形鼓起，使得该部位成为整个剪力墙承载能力的薄弱点(参见图2)。现有技术书中，通常通过加大钢管壁厚度的措施来提高钢板中部的约束力，从而提高柱的承载力和变形能力，但该方法大幅度提高钢材用量，经济性极差。

为了解决上述技术问题，本发明的发明人之一在此之前提出了一种解决方案，该方案通过在设置约束拉杆连接两钢板来实现。采用该技术方案具有以下的效果(参见图3)：(1)由于约束拉杆穿过双层钢板，将混凝土墙板紧固在双层钢板的夹层内，使钢板对混凝土墙板的有效约束面积增加，避免混凝土墙板受压损伤后剥落过早而退出工作。(2)设置拉杆的位置对混凝土的约束作用增大，约束拉杆对钢板壁中部发生外凸变形提供横向弹性支撑作用，提高了钢板壁的抗弯刚度，弯曲变形减小，使得径向应力集度变化趋于平缓，钢板能为混凝土提供更大的平均侧向约束力，从而混凝土墙板的抗压强度得以较大幅度地提高。(3)钢板屈曲半波长减小，临界屈曲承载力提高，发生在一般形式钢板混凝土组合剪力墙钢板局部过早出现屈曲的现象得到抑制和延迟；而且，内填混凝土能有效地阻止钢板的向内屈曲，而约束拉杆耦合作用，为钢板提供横向的弹性约束支撑，能有效地推迟钢板的向外鼓曲和约束墙中混凝土，延缓了钢板混凝土剪力墙中普遍存在的钢板局部屈曲。(4)钢板和约束拉杆两者协调变形、共同工作，对混凝土产生横向约束作用，约束效应显著提高，从而实现钢板和混凝土协同受力，增大剪力墙结构极限承载力、塑性变形能力以及韧性等力学性能，抗侧刚度，滞回性能得到很大的改善和提高。

但是，上述技术方案还存在以下的不足：约束拉杆之间区域仍容易出现弹塑性局部屈曲现象，而且一旦局部发生屈曲变形，屈曲变形会绕过约束拉杆强约束区，穿过约束拉杆之间的空档传播和蔓延。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种显著提升钢板的约束能力并且能够阻断约束拉杆之间区域的屈曲和蔓延的改进型双层钢板混凝土剪力墙。

本发明的另一个目的是提供一种上述改进型双层钢板混凝土剪力墙的施工方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种改进型双层钢板混凝土剪力墙，包括相对设置的两层钢板以及位于两层钢板之间的混凝土墙体，两层钢板之间连接有约束拉杆，其特征在于，每一钢板上设有劲化带，所述约束拉杆的两端分别穿过劲化带和钢板，约束拉杆与劲化带以及钢板三者之间连接在一起。

本发明所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙，所述约束拉杆的端部设有螺纹以及与之匹配的螺母，所述的劲化带被夹紧在螺母和钢板之间。

作为一个优选的方案，所述约束拉杆的两端分别设有两个螺母，这两个螺母位于钢板的两侧，所述的劲化带由这两个螺母夹紧在钢板上。采用该优选方案的好处在于，由于具有两个螺母将劲化带夹紧在钢板上，具有较高的连接强度，因此劲化带与钢板之间可以不焊接，或者只需点焊即可，从而显著减少焊接工作量。

作为另一个优选方案，所述约束拉杆的一端设有沿径向扩大的杆头，约束拉杆与杆头对应的一端设有一个位于钢板内侧的螺母，该螺母与所述杆头将劲化带夹紧在钢板上；约束拉杆的另一端设有两个位于钢板两侧的螺母，这两个螺母将劲化带夹紧在钢板上。采用该方案的好处在于，通过在约束拉杆的端部设置作用相当于螺母的杆头，可减少一个螺母，同时也可减少安装的工作量，而且还同样具有无需焊接或者只需点焊的优点。

本发明所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙，其中，所述的约束拉杆沿纵向和横向排列成矩阵状。

本发明所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙，其中，所述的劲化带设置在钢板的外侧或内侧，或同时设置在钢板的外侧和内侧；该劲化带的设置形式为以下方式中的一种：横向设置、纵向设置、纵横向同时设置、倾斜设置以及倾斜交叉设置。

一种上述改进型双层钢板混凝土剪力墙的施工方法，包括以下步骤：

(1)根据设计图纸将钢板加工成相应尺寸，并制作劲化带；

(2)测量确定约束拉杆的布置位置，在钢板以及劲化带上需要穿设约束拉杆的位置钻孔；在两钢板上安装约束拉杆和劲化带，将钢板、约束拉杆以及劲化带三者固定连接在一起；

(3)将连接在一起的双层钢板吊装到位，向两钢板之间的空间浇灌混凝土，形成改进型双层钢板混凝土剪力墙。

本发明所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙的施工方法，步骤(2)中，步骤(2)中，先通过点焊的方式将劲化带焊接到钢板上，然后在钢板以及劲化带上需要穿设约束拉杆的位置一同钻孔；接着装上约束拉杆，在约束拉杆的两端分别装入两个螺母，通过该两个螺母将劲化带夹紧在钢板上。采用该方法可以一次性钻出钢板以及劲化带上穿设约束拉杆的孔。

本发明所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙的施工方法，步骤(2)中，先分别在钢板以及劲化带上需要穿设约束拉杆的位置钻孔，然后使钢板和劲化带孔位对正，接着装上约束拉杆，并在约束拉杆的端部装入两个螺母，通过该两个螺母将劲化带夹紧在钢板上。采用该施工方法可以省去焊接工作，有利于提高施工速度，缩短施工工期。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、通过劲化带将各约束拉杆的约束强化区域扩展，使原来以约束拉杆为中心的点状约束强化区域变成线状约束强化区域，约束拉杆之间区域的劲化作用明显增强，抵抗屈曲变形的能力大大提高；特别地，当劲化带同时纵横设置或者倾斜交叉设置时，线状约束强化区域相互交错成网状，进一步扩大钢板的约束强化区域，使其抵抗屈曲变形的能力进一步提高。

2、在约束拉杆之间的局部区域出现屈曲现象时，由于劲化带形成的一道道线状的约束强化区域，犹如一道道防线，阻断钢板屈曲变形的传播路径，提高了剪力墙整体约束和抗剪能力，改善了剪力墙的力学性能。

3、本发明增加的由约束拉杆约束的纵向、横向或倾斜劲化带能抵抗相当部分的拉(压)力，同时，其网格形成的支撑和强化作用大大增加了钢板的整体性和抗侧移能力。

4、劲化带将大面积的钢板分成一个个紧固连接的小面积区格进行支撑和加固，由于每一区格的高度和宽度与整个钢板相比大大减小，因此在保证高厚比或宽厚比不变的前提下，可大大减小钢板的厚度，从而节省钢材，控制工程造价。

5、由于本发明的劲化带与钢板之间的连接可以无焊接或者只需点焊，与现有技术的满焊相比，可省去大量的焊接工作，减轻焊接残余应力的影响，降低工程造价。

6、本发明的约束拉杆与劲化带的组合的关键在于钢板、约束拉杆、劲化带的耦合作用对改进型双层钢板混凝土剪力墙抗屈曲能力以及阻断局部屈曲发展能力的提高。

7、本发明的约束拉杆与劲化带的组合不同于简单地在约束拉杆之间的区域增加劲化带，后者所能达到的效果是钢板局部劲化和约束拉杆各自带来的效果的简单叠加，而前者则是将劲化带和约束拉杆有机结合，使得原约束拉杆具有的点状约束强化区域扩展成线状和面状的束强化区域，前者的约束强化效果明显远好于后者的约束强化效果。

附图说明

图1为圆形钢管混凝土柱内填混凝土受约束力示意图。

图2为矩形钢管混凝土柱内填混凝土受约束力示意图。

图3为普通的双层钢板混凝土剪力墙与带约束拉杆的双层钢板混凝土剪力墙的核心混凝土受约束区域对比示意图(阴影区为强约束区)，其中，(a)为纵剖面图，(b)为横剖面图。

图4为本发明的劲化带的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为左视图。

图5为本发明的改进型双层钢板混凝土剪力墙的实施例1的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为A-A剖面图，(c)为B-B剖面图。

图6为只带约束拉杆的双层钢板混凝土剪力墙与图5所示改进型双层钢板混凝土剪力墙的核心混凝土受约束区域对比示意图(阴影区为强约束区)，其中，(a)为纵剖面图，(b)为横剖面图。

图7为本发明的改进型双层钢板混凝土剪力墙的实施例2的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为C-C剖面图，(c)为D-D剖面图。

图8为只带约束拉杆的双层钢板混凝土剪力墙与图7所示改进型双层钢板混凝土剪力墙的核心混凝土受约束区域对比示意图(阴影区为强约束区)，其中，(a)为纵剖面图，(b)为横剖面图。

图9为本发明的改进型双层钢板混凝土剪力墙的实施例3的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为E-E剖面图，(c)为F-F剖面图。

图10为本发明的改进型双层钢板混凝土剪力墙的实施例4的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为G-G剖面图，(c)为H-H剖面图。

图11为本发明的改进型双层钢板混凝土剪力墙的实施例5的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为I-I剖面图，(c)为J-J剖面图。

图12为本发明的改进型双层钢板混凝土剪力墙的实施例6的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为K-K剖面图，(c)为L-L剖面图。

图13为本发明的改进型双层钢板混凝土剪力墙的实施例7的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为M-M剖面图，(c)为N-N剖面图。

具体实施方式

实施例1

参见图4和图5，本实施例的改进型双层钢板混凝土剪力墙设置于由横梁6(包括上横梁和下横梁)和边框柱7(包括左边框柱和右边框柱)围成的矩形空间内，该剪力墙由两块相对设置的矩形钢板1、填充在两钢板1之间的混凝土墙体4、连接在两钢板1上的约束拉杆2、劲化带5以及螺母3等组成。

所述约束拉杆2沿纵向和横向排列形成6行×6列的矩阵状，钢板1上与约束拉杆2设置位置对应处设有穿设约束拉杆2的孔。

所述的劲化带5为横截面为矩形的条带状钢板，可由边角材料裁切而成；该劲化带5为纵向劲化带5a(即按竖直方向设置)，该纵向劲化带5a设置在钢板1的外侧，每一钢板1上设有6条纵向劲化带5a；每一条纵向劲化带5a分别与其中一列的约束拉杆2的端部相交，亦即纵向劲化带5a设置于钢板1上与一列穿设约束拉杆2的孔所对应的区域上。

所述纵向劲化带5a与钢板1之间通过点焊接连接成一体；所述约束拉杆2的一端的末端设有沿径向扩大的圆柱形的杆头2-1，约束拉杆2的两端均穿过钢板1及纵向劲化带5a，约束拉杆2的两端均设有螺纹，其中，与杆头2-1相对的一端螺纹连接有两个螺母3，这两个螺母3分别位于钢板1的两侧，旋紧这两个螺母3后，纵向劲化带5a由这两个螺母3夹紧在钢板1上；与杆头2-1对应的一端设有一个螺母3，该螺母3位于钢板1的内侧，旋紧该螺母3后，纵向劲化带5a由该螺母3及杆头2-1夹紧在钢板1上，通过上述连接，而使钢板1、约束拉杆2的端部以及纵向劲化带5a三者连成一体。

参见图6，图中显示了只带约束拉杆2的双层钢板混凝土剪力墙与本实施例的改进型双层钢板混凝土剪力墙的核心混凝土受约束区域的差别(阴影区为强约束区)，其中，(a)为纵剖面图，(b)为横剖面图，由图(a)可看出，增加纵向劲化带5a后，混凝土的纵向强约束区域明显扩大，使点状约束强化区域变成线状约束强化区域，大幅度提升了约束拉杆2纵向之间区域的约束能力。

实施例2

参见图7，本实施例在实施例1的基础上还在钢板1的外侧设置横向劲化带5b(即水平方向设置)，该横向劲化带5b也为6条，分别与一行约束拉杆2的端部相对应，该横向劲化带5b与钢板1以及约束拉杆2的连接方式和纵向劲化带5a与钢板1以及约束拉杆2的连接方式相同。所述纵向劲化带5a和横向劲化带5b的相交部分连成一体，可通过焊接形成，也可以一体成型。

本实施例上述以外的其他实施方式与实施例1相同。

参见图8，图中显示了只带约束拉杆2的双层钢板混凝土剪力墙与本实施例的改进型双层钢板混凝土剪力墙的核心混凝土受约束区域的差别(阴影区为强约束区)，其中，(a)为纵剖面图，(b)为横剖面图；结合图7(a)和图8(a)可看出，在实施例1的基础上增加横向劲化带5b之后，混凝土的纵向强约束区域进一步扩大，钢板1的约束能力进一步提升；结合图6(b)和图8(b)可看出，在实施例1的基础上增加横向劲化带5b之后，混凝土的横向强约束区域明显扩大，使横向点状约束强化区域变成线状约束强化区域，大幅度提升了约束拉杆2横向之间区域的约束能力。由此可见，同时在钢板1上设置纵向劲化带5a和横向劲化带5b，可以进一步提高钢板1的约束能力。

实施例3

参见图9，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，所述的劲化带为横向劲化带5b，该横向劲化带5b设置于钢板1的内侧，该横向劲化带5b与钢板1之间无需焊接，只需采用实施例1的螺栓连接结构即可。

本实施例可以省去焊接工艺，缩短工期，提高施工速度，同时，将劲化带设置于钢板1内侧可以使劲化带免于暴露在空气中，从而省去对劲化带采取防氧化措施的工作。

本实施例上述以外的其他实施方式与实施例1相同。

实施例4

参见图10，本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中，钢板1的内侧和外侧均设有劲化带，其中，钢板1的外侧设置横向劲化带5b，内侧设置纵向劲化带5a。

本实施例上述以外的其他实施方式与实施例3相同。

实施例5

参见图11，本实施例中，钢板1的外侧设置有倾斜劲化带5c(即劲化带倾斜设置)；所述倾斜劲化带5c共10条(由6行×6列约束拉杆2构成的矩阵可划分出10组，每一组对应一条倾斜劲化带5c)，约束拉杆2穿过倾斜劲化带5c。所述钢板1、约束拉杆2的端部以及倾斜劲化带5c之间的连接关系为：约束拉杆2的两端均设有螺纹并穿越钢板1和倾斜劲化带5c，约束拉杆2的每端设有两个螺母3，这两个螺母3位于钢板1的两侧，通过旋紧上述螺母3，倾斜劲化带5c由这两个螺母3夹紧在钢板1上。本实施例中倾斜劲化带5c与钢板1之间采用点焊连接，以增加连接强度。

设置倾斜劲化带5c的目的在于：通常在钢板1在拉(压)力作用下，会沿钢板1的对角线形成拉力带，因此将劲化带倾斜设置，劲化带的劲化作用更加明显，更有利于抵抗钢板1的屈曲变形。

本实施例上述以外的其他实施方式与实施例1相同。

实施例6

参见图12，本实施例与实施例5的不同之处在于，钢板1的外侧设有交叉倾斜的倾斜劲化带5c，两交叉的倾斜劲化带5c之间的夹角为90°。设置交叉的倾斜劲化带5c能进一步提高其劲化作用。

本实施例上述以外的其他实施方式与实施例5相同。

实施例7

参见图13，本实施例与实施例5的不同之处在于，钢板1的外侧和内侧均设有倾斜劲化带5c，并且钢板1两侧的劲化带交叉设置，两交叉的倾斜劲化带5c之间的夹角为90°；本实施例的劲化带与钢板1之间不焊接，以减少焊接工作量。

本实施例上述以外的其他实施方式与实施例5相同。

实施例8

下面以实施例1为例，对本发明的改进型双层钢板混凝土剪力墙的施工方法作详细的描述。

本实施例的改进型双层钢板混凝土剪力墙的施工方法包括以下步骤：

(1)按设计图纸将钢板1加工成相应尺寸，并制作纵向劲化带5a；

(2)先通过点焊的方式将纵向劲化带5a焊接到钢板1上，然后在钢板1和纵向劲化带5a上穿设约束拉杆2的位置钻孔，使钢板1和纵向劲化带5a的孔一次钻出；接着穿设带杆头的约束拉杆2：先将约束拉杆2非杆头一端穿过混凝土墙体4一侧的钢板1和纵向劲化带5a上的孔，然后旋入第一个螺母3和第二个螺母3，接着继续穿过混凝土墙体4另一侧的钢板1和纵向劲化带5a上的孔，最后在约束拉杆2非杆头一端旋入第三个螺母3；分别旋紧上述三个螺母3，将纵向劲化带5a夹紧在钢板1上；

(3)将连接在一起的钢板1、约束拉杆2以及劲化带吊装到基础梁上，向两钢板1之间的空间浇灌混凝土，形成本发明的改进型双层钢板混凝土剪力墙，并按施工要求进行养护。

实施例9

本实施例以实施例7的改进型双层钢板混凝土剪力墙为例，说明改进型双层钢板混凝土剪力墙的施工方法。

本实施例与实施例8的不同之处在于，步骤(2)中，先分别在钢板1以及劲化带上需要穿设约束拉杆2的位置钻孔，然后使钢板1和劲化带孔位对正，接着穿设没有杆头的约束拉杆2：先将约束拉杆2的一端穿过混凝土墙体4一侧的钢板1和劲化带上的孔，然后旋入第二、第二个螺母3，接着继续穿过混凝土墙体4另一侧的钢板1和劲化带上的孔，并分别在约束拉杆2的两端分别旋入第一个螺母3和第四个螺母3，旋紧上述螺母3，其中第一个螺母3和第二个螺母3将其中一侧的劲化带压紧在钢板1上，第三螺母3和第四个螺母3将另一侧的劲化带夹紧在钢板1上，采用该方法可以省去焊接工艺。

本实施例上述以外的其他实施方式与实施例8相同。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，例如，约束拉杆在钢板上的布置形式还可以是梅花形等，所述劲化带与约束拉杆的端部的连接还可以是焊接等，总之，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改进型双层钢板混凝土剪力墙，包括相对设置的两层钢板以及位于两层钢板之间的混凝土墙体，两层钢板之间连接有约束拉杆，其特征在于，每一钢板上设有劲化带，所述约束拉杆的两端分别穿过劲化带和钢板，约束拉杆与劲化带以及钢板三者之间连接在一起。

2.根据权利要求1所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙，其特征在于，所述约束拉杆的端部设有螺纹以及与之匹配的螺母，所述的劲化带被夹紧在螺母和钢板之间。

3.根据权利要求2所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙，其特征在于，所述约束拉杆的一端设有沿径向扩大的杆头，约束拉杆与杆头对应的一端设有一个位于钢板内侧的螺母，该螺母与所述杆头将劲化带夹紧在钢板上；约束拉杆的另一端设有两个位于钢板两侧的螺母，这两个螺母将劲化带夹紧在钢板上。

4.根据权利要求2所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙，其特征在于，所述约束拉杆的两端分别设有两个螺母，这两个螺母位于钢板的两侧，所述的劲化带由这两个螺母夹紧在钢板上。

5.根据权利要求2、3或4任一项所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙，其特征在于，所述的劲化带与钢板之间通过点焊连接。

6.根据权利要求1所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙，其特征在于，所述的约束拉杆沿纵向和横向排列成矩阵状。

7.根据权利要求1～4任一项所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙，其特征在于，所述的劲化带设置在钢板的外侧或内侧，或同时设置在钢板的外侧和内侧；该劲化带的设置形式为以下方式中的一种：横向设置、纵向设置、纵横向同时设置、倾斜设置以及倾斜交叉设置。

8.一种权利要求1所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据设计图纸将钢板加工成相应尺寸，并制作劲化带；

(2)测量确定约束拉杆的布置位置，在钢板以及劲化带上需要穿设约束拉杆的位置钻孔；在两钢板上安装约束拉杆和劲化带，将钢板、约束拉杆以及劲化带三者固定连接在一起；

(3)将连接在一起的双层钢板吊装到位，向两钢板之间的空间浇灌混凝土，形成改进型双层钢板混凝土剪力墙。

9.根据权利要求8所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙的施工方法，其特征在于，步骤(2)中，先通过点焊的方式将劲化带焊接到钢板上，然后在钢板以及劲化带上需要穿设约束拉杆的位置一同钻孔；接着装上约束拉杆，在约束拉杆的两端分别装入两个螺母，通过该两个螺母将劲化带夹紧在钢板上。

10.根据权利要求8所述的改进型双层钢板混凝土剪力墙的施工方法，其特征在于，步骤(2)中，先分别在钢板以及劲化带上需要穿设约束拉杆的位置钻孔，然后使钢板和劲化带孔位对正，接着装上约束拉杆，并在约束拉杆的端部装入两个螺母，通过该两个螺母将劲化带夹紧在钢板上。

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