《新型剪力墙在多层轻钢结构中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型剪力墙在多层轻钢结构中的应用（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、饲结构工程研究新型剪力墙在多层轻钢结构中的应用刘歌青石永久王元清( 清华大学士术系北京1 0 0 0 8 4 )擅蔓表文回顾了轻钢结构厦其在我圜的发展，分刺介绍了加拿大日本美围新型剪力墙在轻铜住宅中的研究，最后分折了我田剪力墙研究中县注意的问题以覆研究阶段美铘钢板剪力墙平面外变形屈曲后强度刚度R E S E A R C HA N DA P P L I C A l l o N G0 FD 讯O 蜩叮V ES H E A R W A I LF o R L I G H T - S T E E LR 置S I D E N T I A I ，B U 。D D i G St i UG e q 哟S h i
2、Y 0 n g j i uW a n gY u a n q i n gf D e p a r t m e n to f C i v i lE n g i n e e r i n gT s i n g h u aU n i v e r s i t yB c i j i n g1 0 0 0 8 4 )A B S T R A C TT h i sp a p e rr e v i e w st h er c C C l l td e v e l o p m e n to f l i g h t - s t e e ls t r u c t u r ei nC h i n a , t h e nr e
3、 s p e c t i v e l yi n t r o d u c e s T h er e a e 口c h o f r e l a t i n g i n n o v a t i v es h e a r w a l l s i n C a n a d a , J a p a n a n d A m e r i c a , a n da t l a s ta n a l y z e s t h r e eW e n d s t ob e A v o i d e da n dp 代d a 略t h e 他9 c a r c h i n g p m 哥r a m o f t h c f u
4、 m r e K E Y W O R D Ss t e e lp l a t es h e a r w a l lo u t - o f - p l a n ed e f o r m a t i o np o s t - b u c k l i n g 涨n g t hs t i f f n e s s1 轻钢结构及其在我国的发晨国外轻型钢结构发展包括轻钢住宅发展较早，经过几十年的发展，从屋面，墙面，墙架，保温层和承重结构，已经形成了完整的体系，有了固定的结构形式，具有高度的系列化和装配化，因此它可以象其它商品一样批量生产。业主不是带着图纸委托加工，而是向承包商定购某种轻型钢结构房屋，承包商在
5、短时间内按业主要求梭质建成。承包商有完善的报价，设计系统和制作上的程序管理，短时间即可供货。这些都使得轻钢住 宅体系已成为产业化程度非常高的结构形式我国轻型钢结构经过了3 0 多年的发展历史，虽然起步并不晚，但由于各种原因使得轻型钢结构的发展受到制约。近年来，随着经济的发展，轻钢住宅建设呈强劲增长的势头。国内较早出现的轻钢结构住宅是9 4 年1 1月建于上海浦东北蔡的8 层钢结构住宅，采用冷弯成型的矩形钢管混凝土柱和U 型冷弯型钢组合梁组成框架。9 8 年，北京市建委与中铁紫荆集团联合在涿州建试验轻钢住宅房，旨在推广新型墙体材料。9 9 年，上海现代房地产公司在新疆库尔勒建造了一幢8 层的错列
6、桁架体系住宅楼也是框架结构。马鞍山钢铁公司于去年建成了1 2 层的马钢住宅试验楼，总建筑面积约6 0 0 0 m ：，框架一支撑体系全部采用马钢生产的热轧H 型钢产品。由北京赛博思金属结构工程公司金属结构工程公司承建的北京西三旗水电工程宿舍是一幢6 层的钢结构框架翦力墙体系建3 1 7钢结构工程研究筑采用H 型钢钢框架结构，压型钢板组合楼板，外墙采用自承重砌体墙目前我国轻钢结构住宅体系急需寻找一套适应我国国情的轻钢住宅的结构体系，以充分发挥这种体系的优势。已经建成的轻型铜结构住宅多采用框架体系或框架一剪力墙体系。由于当前我国轻钢住宅体系还处于摸索阶段，所以在已建成的多层连接一剪力墙轻钢住宅中剪
7、力墙的形式，或者借鉴高层的经验，采用支撑，或者直接采用钢筋混凝土剪力墙但是，支捧限制了开问布局的灵活性：而钢筋混凝土剪力墙需要现场旋工，降低了轻钢住宅的产业化程度。为了适应轻钢结构住宅体系的产业化要求充分发挥轻 钢住宅的优势。需要寻找一种挠侧移性能好，装配化程度高，具有良好的保温与隔热功能只承受水平荷载的剪力墙形式2 国外多屡轻钢结构体系剪力墙的研究欧美，日本等国在多层轻钢住宅剪力墙领域做了大量的研究，并且有些已经应用到实际中去。他们的基本思路是一致的，薄壁钢板通过耳板与四周的框架相连。承受水平荷载为了解决薄壁钢扳的平面外失稳各国采用不同的方式增加其平面外刚度2 1 薄壁钢板剪力墙加拿大研究的
8、薄壁钢板剪力墙( 见图1 )是一种新型的抗侧力形式，能够有效的抵抗风荷载与地震荷载。在地震荷载作用下，钢板剪力墙具有很高的初始刚度，表现出很好的延性。如果，框架的梁柱节点为剐性的，那么整个体系将会有更好的耗能效果。圈1 薄壁钢板剪力墙为了防止平面外倾覆，一些已做成的剪力墙通过加厚剪力铜板，达到增加平面外刚度的目的。尽管试验证明这种方法实行之有效，但造价过高，难以在市场上推广。由于周边框架粱柱对剪力墙四面约束的作用，薄壁钢板具有很好的屈曲后强度。加拿大的钢结构设计标准( C k N I C S A S 1 6 1 - 9 4 ) 附录就包括了薄壁非刚性剪力墙的设计。，与传统的钢筋混凝土剪力墙相比
9、它有明显的优势：由于钢板自重轻，这将降低地震荷载和基础所承受的作用，有利于降低工程造价。这种剪力墙占地面积小，增加了住宅的净使用面积。装配化程度高，缩短了施工工期。加拿大的研究工作者做了大量的工作因此它具有良好的理论基础，有自己简化的力学模型，容易被工程师所接受。但是，它也有不足，主要表现在： 它自身的保温隔热和防火的能力很差，不能满足多层住宅一堵多用的要求为了防止初始的平面外变形，达到很高的屈曲后强度对施工技术有很高的要求2 2 带缝剪力墙日本研究的带缝剪力墙，作为抗地震结构主要由三部分组成：1 ) 带缝剪力墙钢板，2 ) 预制混凝土板，3 ) 螺栓。这种钢板剪力墙也存平面外失稳的问题。在以
10、往的实验中，剪力墙试件主要是靠焊接在两端的角钢以加强平面外的刚度但是效果并不理想。于是，日本的研究人员选择预制混凝土板替代角钢( 见图2 ) 实验证明效果非常理想。这种组合式剪力墙的优势主要表现在：由于混凝土良好的保温，隔热，防火性能，使得它能够达到一墙多用的目的。装配化程度较高。钢结构I 程研究相对薄壁钢板剪力墙它的延性得到了改善。由于缝的分区作用，是的工程师易于判断和改变剪力墙的强度和剐度。但是，这种组台式剪力墙还处于构件的 研究阶段，至于如何与四周的框架协同工作还没有进行相关的研究。因此，还难以在实际工程中推广。 2 3 组合式两g 嫩工作剪力墙美国传统的组合剪力墙形式是将剪力墙钢板焊接
11、在四周的框架梁柱上，混凝土扳剪力墙通过剪力连接件与钢板相连。新型的组合剪力墙与传统的剪力墙很相似，它们的主要区别在于混凝土墙为预制板通过螺栓与钢板相连，并且混凝土板与四周的框架粱柱留有缝隙，或用橡皮条填充缝隙。 传统的剪力培已经广泛应用于多震地区，但对于它在地震作用下性能的研究还是很有限的，相关的规范也是很粗略的。目前，设计者一般都会忽略混凝土扳，认为只有钢板承担层闻剪力，混凝土墙只起到支撑的作用，防止钢板的平面外屈曲。但实际上，混凝士墙在系统中的确提供了刚度，强度与耗能能力。当然，多出来的强度与耗能能力是非常受欢迎的，但多余的初始刚度则会增加地震荷载而这种改进的剪力墙结构较好的解决了这个问题
12、。它在地震作用下，性能表现为两阶段。垂产 U图2 改进的廷性组合剪力培改进剪力墙在中小型地震作用下由于橡胶条的阻隔作用，混凝士墙没有抵抗来自周围框架传递的外力。因此，与周围框架焊接相连的钢板剪力墙的作用与加拿大所研究的剪力墙形式就非常的相似。但是，钢板受到混凝土板的侧向支撑作用。在这个阶段，延性剪力墙的刚度由钢板决定。当侧向变形增大时剪力墙进入第二阶段。大的变形使框架与混凝土板之间的缝隙消失，混凝土板参J n l - 作这时，剪力墙才是真正的组合剪力墙。钢结构承担大部分的斜向拉力，混凝土承担大部分的斜向压力。在第二阶段中，螺栓不仅起到连接钢板与混凝土扳的作用，而且可以滑移承担剪力。由子螺检的滑
13、移作用。使得混凝扳的应变与钢板不同。钢板在地震作用下，产生大的变形和屈曲后应变，丽混凝士板的应变要小于钢板的应变，这非常有利于减少混凝土板的拉裂缝，减少对混凝士板的破坏。 这种改进的组合式剪力墙，无论在研究阶段，还是优缺点上，都与带缝剪力媾很相似。但前者的想法更有新意，充分利用了钢和混凝土的性能，使二者扬长避短，互相弥补。可是，如何晟佳的布置剪力螺栓，设计预留缝的宽度等，均尚无定论。而这些是满足两阶段工作的前提。因此，要想在实际工程中剪力墙实现两阶段工作，还需要大量的研究工作。3目前国内新型剪力墙需要解决的问蕊多层轻钢住宅体系在中国还处于起始阶段。充分发挥它装配化程度高的优势，同时降低造价，这
14、是我们研究新型剪力墙的原因，也是最终目的所在。但是，在摸索的过程中，一定要避免三个“误区”。首先，不能盲目照搬国外的研究成果。由于国情和经济实力的不同欧美和日本等发达国家为了节省昂贵的A 工费把提离装配化程度放在第一位，降低结构造价放在第二位。而我国恰好相反，为了使轻钢住宅在市场上具有更高的竞争力，必须使轻钢的造价与钢筋混凝土的造价持平或略高。在此基础上，考虑实现轻钢住宅产业化的目标。其次，不可照搬高层钢结构的经验。对饲结构工程研究于高层建筑，风荷载，地震荷载等水平作用力的地位很突出，因此它非常重视支撑和剪力墙的设计。而且楼层越高，钢结构与混凝土的造价越接近又由于高层体形的复杂性，为了防止抗侧
15、力构件的扭矩作用，剪力堵的布置往往受到很大的局限可见，多层轻钢住宅与高层钢结构还是有很大区别的。最后，不要完全照抄多层混凝住宅的经验。由于构造的不同，它们的计算方法就有很大的区别。对于前者，剪力墙是直接与楼板相连，在计算中，认为楼板是无限刚度，被简化为连杆。由于连杆的作用，剪力墙与混凝土协同工作。因此，剪力墙不仅承受水 平荷载。而且承受垂直荷载而对于后者，剪力墙与框架的共同工作的性能，正是我们目后研究的关键课题之一。综上所述，我们今后的研究要分为以下三个阶段进行寻找一种装配化程度高，有良好延性与抗测移刚度，且具有一墙多用功能的，适用于多层轻钢住宅的新型剪力墙。目前，看来由薄壁铜扳与预制混凝土板
16、组成的组合式剪力墙是较好的选择。研究这种被周边框架约束的装配式抗侧移构件，在地震荷载作用下的破坏机理。找出实用的计算公式在同一框架中，寻找最佳的剪力墙布置方案，以取得抗侧移能力与经济效益的晟优结合点，这需要在工程实际中摸索总之，在剪力墙的研究中，既要借鉴国内外已有的研究成果，又不能生搬硬套。有待我们做的研究工作还很多。参考文献1T o k oH I T l c Aa n dc 1 I i “iI l A T s 【】I “s t r e n g t ha n db e h a v i o ro fs t e e l c o n c r e t ec o m p o s i t eb e a r i n gv a l l ”2A b o l h a s s a n S T 州明A S L - S e i s m i cs t u d i e so fa ni n n o v a t i v ea n dt r a d i t
