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鋼結構廠房剪力牆分類特點與連接形式

人氣:發表時間:2018-01-29

鋼結構廠房剪力牆分類特點與連接形式

鋼結構廠房剪力牆是利用建築外牆和内牆隔牆位置布置的鋼筋混凝土結構牆,屬于下端固定在基礎頂面上的豎向懸臂闆。豎向荷載在牆體内主要産生向下的壓力,側向力在強體中産生水平剪力和彎矩,因為這類牆體具有較大的承受水平力(水平剪力)的能力,固被稱為剪力牆。
    剪力牆的高度一般與整個房屋高度相同,自基礎至屋頂。 在立面上剪力牆常常因開門開窗,穿行管道而需要開設洞口,這時應盡量使洞口上下對齊,布置規則,使洞口至強邊及相鄰洞口之間形成牆肢,上下洞口之間形成梁。規則成列開洞的剪力牆傳力簡捷,受力明确,受力鋼筋容易布置且作用明确,因而經濟指标較好。而錯洞剪力牆往往受力複雜,洞口角邊容易産生明顯的應力集中,地震中容易發生震害,鋼筋作用得不到充分發揮。

鋼結構廠房剪力牆2種連接形式圖示

鋼結構廠房中剪力牆可分為鋼筋混凝土剪力牆和鋼闆剪力牆。

⑴ 鋼結構廠房鋼筋混凝土剪力牆

目前國内鋼框架剪力牆的研究不少了,對于鋼筋混凝土剪力牆基本是牆體鋼筋與框架梁焊接起來。

鋼梁與鋼筋混凝土的鉸接連接構造

⑵鋼結構廠房 鋼闆剪力牆

鋼闆剪力牆延性好 耗能能力強, 是一種新型的高層抗側力結構體系 鋼闆剪力牆主要承受水平剪力, 不承擔豎向壓力, 需要進行後裝連接設計, 内嵌牆闆與連接闆可以采用栓接或焊接 鋼闆剪力牆的薄弱部位出現在角部,設計中需要采用合理的構造措施避免鋼闆剪力牆的角部應力集中。鋼闆剪力牆由周邊框架和内嵌鋼闆組成, 具有自重輕 安裝方便等特點 研究表明, 鋼闆剪力牆可以充分發揮鋼材延展性好 耗能能力強的特點, 結構側向剛度大, 構件延性好, 具有出色的抗震性能, 是一種具有廣闊發展前景的超高層建築抗側力構件。鋼闆剪力牆可分為一般鋼闆剪力牆和加筋肋鋼闆剪力牆。

一般鋼結構廠房鋼闆剪力牆節點連接:

1.内嵌鋼闆與邊緣框架連接方式

由于鋼闆剪力牆主要承受水平剪力,不承擔豎向壓力,通常在施工中,鋼闆剪力牆在主體結構封頂後才實施全部連接,因此,在鋼闆剪力牆的設計中,需要進行後裝連接設計研究。鋼闆剪力牆内嵌鋼闆與邊緣框架直接連接時,對内嵌鋼闆和邊緣框架的加工制作和安裝施工的精度要求非常高,因此,鋼闆剪力牆與邊緣框架均通過連接闆進行連接,如圖1所示

圖1

圖1連接闆連接的鋼闆剪力牆

 

内嵌鋼闆與連接闆可以采用栓接或焊接。當内嵌鋼闆與邊緣框架采用高強螺栓連接時,對加工制作與安裝施工的精度要求很高,鋼闆剪力牆安裝施工的時間和費用會增加,在設計時還應嚴格控制在設計風荷載和小震作用下不出現滑移, 在推拉反向過程中内嵌鋼闆躍越屈曲發出響聲,角部螺栓孔處存在局部變形和滑移現象。Elgaaly進行了鋼闆與梁柱四周螺栓連接試件的試驗研究,試件為連接闆焊于梁柱,内填鋼闆與連接闆螺栓連接,螺栓間距分别為4d和8d( d 為螺栓孔直徑)。結果表明螺栓連接和全焊連接試件相比,前者由于螺栓連接處滑移和局部變形,初始剛度和屈服荷載較小,4d和 8d 的螺栓間距對破壞模式影響較小。骨架曲線的拐點出現在螺栓滑移螺栓孔處破壞或内嵌鋼闆全屈服時。強邊框弱牆闆是内嵌鋼闆充分發揮拉力提高試件剛度和耗能能力的保證。

鋼闆剪力牆内嵌鋼闆與邊緣框架采用焊接時,加工制作簡單,對施工精度要求較低。焊接連接方式可以節約造價和節省工期,但是焊接工藝對牆闆産生的殘餘應力不容易控制。段向勝等對天津津塔鋼闆剪力牆進行了焊接應力監測與數值模拟,結果表明不同的焊接順序和不同的焊接速度均會影響鋼闆中殘餘應力, 這些焊接殘餘應力能導緻鋼闆内部應力重分配。矩形鋼闆剪力牆采用先焊底部後焊兩側的焊接順序得到的焊接應力比先焊左側,再依次焊底部 右側的焊接順序的殘餘應力穩定,且應力值較小,殘餘應力以拉應力為主加快焊接速度可以在一定程度上降低殘餘應力,但是效果不是很明顯。焊接對鋼闆剪力牆應力場和溫度場的影響集中在焊縫兩側一定範圍内,在牆四角焊縫位置處各條焊縫起始位置殘餘應力較大。

2 避免鋼結構廠房鋼闆剪力牆角部應力集中構造措施

在水平推力作用下,鋼闆剪力牆薄弱部位出現在角部。從試驗結果看,角部連接處會出現撕裂,角部破壞會影響牆闆的整體承載能力。結構設計中應采取加強措施,避免鋼闆剪力牆角部應力集中為了研究鋼闆剪力牆角部的合理構造Schumacher提出了 4 種角部連接構造( 見圖 2) ,并對 4 種連接方式進行了試驗研究。連接方式 A為内嵌鋼闆與梁柱直接焊接; 連接方式 B 為内嵌鋼闆通過夾闆進行連接, 夾闆在轉角處留縫; 連接方式C為内嵌鋼闆與柱直接焊接與梁采用夾闆連接; 連接方式 D 為内嵌鋼闆通過夾闆進行連接,夾闆在轉角處采用對接焊縫焊接試驗結果表明,連接闆與内嵌鋼闆采用夾闆連接時,容易出現局部屈曲和鋼闆撕裂現象,靠近柱子一側比靠近梁一側更容易産生裂縫坡口焊縫連接比角焊縫連接時産生的殘餘應力大,鋼闆剪力牆角部采用坡口對接焊縫比采用角焊縫連接更容易出現撕裂。

圖2

圖 2 角部細部的 4 種連接形式

 

經過對上述試驗結果的研究,得到如下結論:為了克服角部應力集中,防止角部撕裂, 應盡量将拼接焊縫遠離角部,并在鋼闆角部設置圓角或倒角來避免在牆闆的角部發生撕裂。在天津國際金融會議酒店工程的鋼闆剪力牆設計中,提出了如圖3所示的夾闆與内嵌鋼闆連接方式,此連接構造方式的夾闆在角部設置倒角, 夾闆的拼接點盡量遠離角部,以防止牆闆在角部發生撕裂。此連接方式對焊接和高強螺栓連接均适用。

圖3

圖 3 避免角部應力集中的構造措施

 

帶豎向加勁肋鋼闆剪力牆節點設計

雖然鋼結構廠房鋼闆剪力牆具有初始彈性剛度大抗震延性好的優點,但是也存在一些不足國外工程中主要采用的無加勁肋鋼闆剪力牆,牆闆面外剛度很小,容易發生屈曲變形,在使用過程中可能會發出響聲由于鋼闆剪力牆主要承受水平剪力,不承擔豎向壓力,在鋼結構廠房施工過程中需要滞後安裝但由于經常會與施工進度及室内裝修發生矛盾,鋼闆剪力牆難以避免承擔部分結構重力荷載,采用在鋼闆剪力牆上設置豎向加勁肋的方式,可以避免鋼闆過早出現屈曲變形 目前國内外對帶有豎向加勁肋的鋼闆剪力牆的受力機理與設計方法還缺乏系統的理論分析與試驗研究在我國現行鋼結構廠房設計規範中尚無對鋼闆剪力牆設計的具體規定, 對鋼闆剪力牆設置豎向加勁肋的形式與間距等目前無具體規定

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