柱翼缘先张拉钢与混凝土部分组合框架?钢板剪力墙结构的制作方法

专利名称:柱翼缘先张拉钢与混凝土部分组合框架?钢板剪力墙结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种柱翼缘先张拉钢与混凝土部分组合框架?钢板剪力墙结构，包括内填钢板墙、柱H型钢、梁H型钢、第一钢丝及第二钢丝，柱H型钢固定于内填钢板墙的侧面，梁H型钢固定于内填钢板墙的顶面。本实用新型能够有效的减少柱翼缘的局部屈曲，保证柱子的承载能力。
【专利说明】
柱翼缘先张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种剪力墙结构，具体涉及一种柱翼缘先张拉钢与混凝土部分组 合框架-钢板剪力墙结构。
【背景技术】
[0002] 钢板剪力墙结构是在薄腹梁理论研究基础上演变和发展起来的一种以钢框架内 嵌钢板为基本结构单元的新型抗侧力体系。钢板剪力墙具有以下良好的优越性能:①初始 侧向刚度大，滞回性能稳定，能量耗散能力强，延性大，抵抗循环荷载下的变形能力好等优 点。②对于钢框架一钢筋混凝土核芯筒结构，如核心筒改为钢板墙结构，可显著改善其刚度 和延性，实现与外框架材料、延性、刚度的匹配，达到双重设防的目的。同时由于其和钢筋混 凝土剪力墙相比自重轻，地震作用小，从而传递到基础的竖向和水平荷载减小，降低了基础 造价。③钢板墙中内嵌钢板的设置可缓解框架梁柱节点区的延性要求，降低了在强震作用 下刚性节点的震害反应，同时可简化节点构造，使得采用半刚性节点成为可能。④钢板墙内 嵌钢板较薄，高厚比可达250~500,可增加房屋有效使用面积。⑤钢板墙结构施工简单，建 造速度快，在国内外已经得到较广泛的应用。但是研究发现钢板剪力墙结构的受力机理为 内填板充分发育拉力场，框架柱将承担较大附加横向荷载，如果钢框架柱刚度不足，框架柱 在拉力带作用下有明显的"内凹变形"。过大的"内凹变形"使钢板墙中部应力降低，而靠近 柱端的应力增加，最终在柱端部形成塑性铰，框架柱局部屈曲严重，内侧翼缘最为严重，框 架柱变形呈现出明显的"沙漏"形状，会导致其过早破坏，不能充分发挥钢板剪力墙结构的 优势。
[0003] 钢与混凝土部分组合结构柱由Η型钢及其翼缘和腹板之间填筑的混凝土组成，将 其应用于钢板剪力墙结构，作为钢板剪力墙结构的边框柱可提高结构承载力，其承担钢板 剪力墙结构对边框柱的附加弯矩作用改善翼缘的屈曲性能。钢与混凝土部分组合框架一钢 板剪力墙新结构是一种全新的双重设防、施工简单、延性良好、高效利用材料、满足"强边 框，弱墙板"要求的结构形式，其利用混凝土的附加刚度作用使框架柱作为钢板墙的强锚固 端，利用约束混凝土的抗压性能和钢柱共同抵抗轴压影响，利用系杆及连接件使得边框柱 两种材料成为整体，从而避免柱壁分离鼓曲、改善受拉性能差以及与钢筋混凝土结构延性 匹配差等缺点，形成一种适用于高烈度地震区的新型结构体系。
[0004] 通过对钢与混凝土部分组合框架一钢板剪力墙结构的研究发现，存在以下问题： (1)钢与混凝土部分组合结构柱中普通横向系杆的连接，横向连接系杆点焊在翼缘内侧，在 点焊处会产生较大的残余应力和残余变形，焊缝较易开裂，可能导致横向系杆提前退出工 作。（2)当横向系杆与翼缘连接牢靠时，由于点焊对翼缘的约束范围有限，结构中部分组合 柱的破坏首先是Η型钢的横向连接系杆间翼缘的发生局部屈曲，内侧翼缘较为严重，在用钢 量一定的情况下简单的横向系杆连接形式不能有效的约束翼缘的局部屈曲。（3)当翼缘发 生局部屈曲后，翼缘对混凝土的约束能力减弱，混凝土将承受较大的应力被压碎。钢与混凝 土部分组合柱提前破坏，失去了钢板剪力墙结构的强锚固边框的作用，框架退化为钢框架， 整体结构无法承担更大的荷载，限制了其在工程中得推广应用。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种柱翼缘先张拉钢与 混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构，该结构能有效的减少翼缘的局部屈曲，解决点焊易 于脱离的问题，有效传递内填板拉力，保证柱子的承载能力、耗能能力及延性。
[0006] 为达到上述目的，本实用新型所述的柱翼缘先张拉钢与混凝土部分组合框架-钢 板剪力墙结构包括内填钢板墙、柱Η型钢、梁Η型钢、第一钢丝及第二钢丝，柱Η型钢固定于内 填钢板墙的侧面，梁Η型钢固定于内填钢板墙的顶面；
[0007] 柱Η型钢由第一翼缘、第二翼缘及腹板组成，其中，腹板的两端分别与第一翼缘侧 面的中部及第二翼缘侧面的中部相连接；
[0008] 第一翼缘上开设有若干对第一通孔及若干对第二通孔，且各对第一通孔与各对第 二通孔交错分布，第二翼缘上开设有若干对第三通孔及若干对第四通孔，且各对第三通孔 与各对第四通孔交错分布，第一钢丝的一端固定于第一翼缘的上表面，第一钢丝的另一端 穿过第一翼缘后再依次交错穿过各对第三通孔及各对第二通孔后穿出第一翼缘固定于第 一翼缘的上表面上，第二钢丝的一端固定于第二翼缘的下表面上，第二钢丝的另一端穿过 第二翼缘后再依次交错穿过各对第一通孔及各对第四通孔然后再穿出第二翼缘固定于第 二翼缘的下表面上；
[0009] 第一翼缘与第二翼缘之间填充有混凝土，位于第一翼缘与第二翼缘之间的第一钢 丝及第二钢丝包裹于混凝土内。
[0010] 位于第一翼缘与第二翼缘之间的第一钢丝与第一翼缘及第二翼缘之间的夹角α均 为30°-60°。
[0011]位于第一翼缘与第二翼缘之间的第二钢丝与第一翼缘及第二翼缘之间的夹角α均 为30°-60°。
[0013] L，h分别为框架的长度和高度，Ab，Ac分别是钢框架的梁柱的横截面面积。
[0014] 第一钢丝与第一翼缘之间、第二钢丝与第二翼缘之间均通过锚具及垫板相连接， 通过锚具对第一钢丝及第二钢丝施加预拉力。
[0015] 在制备时，先在第一翼缘上开设第一通孔及第二通孔，并在第二翼缘上开设第三 通孔及第四通孔，再穿入第一钢丝及第二钢丝，并将第一钢丝的两端固定于第一翼缘的上 表面，将第二钢丝的两端固定于第二翼缘的上表面，然后再浇注混凝土。
[0016] 第i对第一通孔正对第i对第三通孔，第i对第二通孔正对第i对第四通孔。
[0017] 本实用新型具有以下有益效果：
[0018] 本实用新型所述的柱翼缘先张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构包括 柱Η型钢、梁Η型钢、第一钢丝及第二钢丝，第一钢丝穿过第一翼缘及第二翼缘，第二钢丝穿 过第一翼缘及第二翼缘，位于第一翼缘与第二翼缘之间的第一钢丝及第二钢丝包裹于混凝 土中，在整体结构承受往复循环荷载作用时，通过第一钢丝及第二钢丝对第一翼缘及第二 翼缘施加较强的约束作用，使柱Η型钢、混凝土、第一钢丝、第二钢丝形成一个共同工作的整 体，再结合第一翼缘与第二翼缘之间的混凝土有效降低第一翼缘及第二翼缘的局部屈曲， 提高柱子的承载能力及抗震滞回性能，增强柱子的延性，并且施工方便快捷，安全性及可靠 性较高，同时，解决点焊易于脱离的问题，有效传递内填板拉力，
【附图说明】

[0019] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0020] 图2为本实用新型中柱Η型钢3的结构示意图。
[0021] 其中，1为内填钢板墙、2为混凝土、3为柱Η型钢、4为第一翼缘、5为第二翼缘、6为第 一钢丝、7为第二钢丝、8为垫板、9为锚具、10为梁Η型钢。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
[0023] 参考图1及图2,本实用新型所述的柱翼缘先张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板 剪力墙结构包括内填钢板墙1、柱Η型钢3、梁Η型钢12、第一钢丝6及第二钢丝7,柱Η型钢3固 定于内填钢板墙1的侧面，梁Η型钢12固定于内填钢板墙1的顶面;柱Η型钢3由第一翼缘4、第 二翼缘5及腹板组成，其中，腹板的两端分别与第一翼缘4侧面的中部及第二翼缘5侧面的中 部相连接;第一翼缘4上开设有若干对第一通孔及若干对第二通孔，且各对第一通孔与各对 第二通孔交错分布，第二翼缘5上开设有若干对第三通孔及若干对第四通孔，且各对第三通 孔与各对第四通孔交错分布，第一钢丝6的一端固定于第一翼缘4的上表面，第一钢丝6的另 一端穿过第一翼缘4后再依次交错穿过各对第三通孔及各对第二通孔后穿出第一翼缘4固 定于第一翼缘4的上表面上，第二钢丝7的一端固定于第二翼缘5的下表面上，第二钢丝7的 另一端穿过第二翼缘5后再依次交错穿过各对第一通孔及各对第四通孔然后再穿出第二翼 缘5固定于第二翼缘5的下表面上;第一翼缘4与第二翼缘5之间填充有混凝土 2,位于第一翼 缘4与第二翼缘5之间的第一钢丝6及第二钢丝7包裹于混凝土2内。
[0024] 在制备时，先在第一翼缘4上开设第一通孔及第二通孔，并在第二翼缘5上开设第 三通孔及第四通孔，再穿入第一钢丝6及第二钢丝7,并将第一钢丝6的两端固定于第一翼缘 4的上表面，将第二钢丝7的两端固定于第二翼缘5的上表面，然后再浇注混凝土 2。
[0025] 位于第一翼缘4与第二翼缘5之间的第一钢丝6与第一翼缘4及第二翼缘5之间的夹 角α均为30°-60°;位于第一翼缘4与第二翼缘5之间的第二钢丝7与第一翼缘4及第二翼缘5 之间的夹角α均为30°-60°，其中，
[0027]其中，L，h分别为框架的长度和高度，Ab及Ac分别是钢与混凝土部分组合框架的梁 柱的横截面面积。
[0028] 需要说明的是，第一钢丝6与第一翼缘4之间、第二钢丝7与第二翼缘5之间均通过 锚具9及垫板8相连接，其中，通过锚具9对第一钢丝6及第二钢丝7施加预拉力，第i对第一通 孔正对第i对第三通孔，第i对第二通孔正对第i对第四通孔。
[0029]本实用新型使柱Η型钢3、混凝土 2、第一钢丝6及第二钢丝7形成一个共同工作的整 体，本实用新型采用一种柱翼缘先张拉方法对提高钢与混凝土部分组合框架的承载能力， 有效减缓柱Η型钢3的局部屈曲，对钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构体系在往复 循环荷载作用下的耗能能力会有较大的提高，使柱Η型钢3与混凝土2组合部分的性能优势 显著提高，具有广泛的应用前景。
【主权项】
1. 一种柱翼缘先张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构，其特征在于，包括内 填钢板墙（1)、柱Η型钢(3)、第一钢丝(6)及第二钢丝(7)，梁Η型钢（10)，柱Η型钢(3)固定于 内填钢板墙(1)的侧面，梁Η型钢(10)固定于内填钢板墙(1)的顶面； 柱Η型钢(3)由第一翼缘(4)、第二翼缘(5)及腹板组成，其中，腹板的两端分别与第一翼 缘(4)侧面的中部及第二翼缘(5)侧面的中部相连接； 第一翼缘(4)上开设有若干对第一通孔及若干对第二通孔，且各对第一通孔与各对第 二通孔交错分布，第二翼缘(5)上开设有若干对第三通孔及若干对第四通孔，且各对第三通 孔与各对第四通孔交错分布，第一钢丝(6)的一端固定于第一翼缘(4)的上表面，第一钢丝 (6)的另一端穿过第一翼缘(4)后再依次交错穿过各对第三通孔及各对第二通孔后穿出第 一翼缘(4)固定于第一翼缘(4)的上表面上，第二钢丝(7)的一端固定于第二翼缘(5)的下表 面上，第二钢丝(7)的另一端穿过第二翼缘(5)后再依次交错穿过各对第一通孔及各对第四 通孔然后再穿出第二翼缘(5)固定于第二翼缘(5)的下表面上； 第一翼缘(4)与第二翼缘(5)之间填充有混凝土 (2)，位于第一翼缘(4)与第二翼缘(5) 之间的第一钢丝(6)及第二钢丝(7)包裹于混凝土(2)内； 第i对第一通孔正对第i对第三通孔，第i对第二通孔正对第i对第四通孔； 位于第一翼缘(4)与第二翼缘(5)之间的第一钢丝(6)与第一翼缘(4)及第二翼缘(5)之 间的夹角α均为30°-60° ; 位于第一翼缘(4)与第二翼缘(5)之间的第二钢丝(7)与第一翼缘(4)及第二翼缘(5)之 间的夹角α均为30°-60°。2. 根据权利要求1所述的柱翼缘先张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构，其 特征在于，第一钢丝(6)与第一翼缘(4)之间、第二钢丝(7)与第二翼缘(5)之间均通过锚具 (9)及垫板(8)相连接。
【文档编号】E04B2/60GK205712584SQ201620310898
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】于金光, 郑春明, 郝际平, 王雪军, 冯啸天
【申请人】西安建筑科技大学