專利名稱：狗骨式端板螺栓鋼連梁聯肢剪力墻的制作方法
技術領域：
本發明涉及高層建筑結構抗震技術，具體涉及用于高層建筑的狗骨式端板螺栓鋼連梁聯肢剪力墻。
背景技術：
我國人口眾多，建筑用地資源日益稀缺，高層、超高層結構結構將日益成為我國城市建筑的主流。聯肢剪力墻結構是通過連梁將兩片或多片單肢剪力墻耦合起來共同抵抗水平荷載尤其是地震作用的一種抗側力結構體系，廣泛應用于我國高層、超高層建筑中。在中等強度地震或大地震發生時主要通過連梁的端部和剪力墻肢的底部形成塑性鉸來耗散地震能量，并且連梁應率先進入塑性，作為主要的耗能構件而消耗結構振動能量，保護主體結構安全，從而實現“大震不倒”的設防目標。然而，在我國2008年的汶川地震中，鋼筋混凝土聯肢剪力墻結構的連梁卻較為普遍地出現了剪切破壞，而剪切破壞是一種脆性破壞模式， 其延性和耗能能力較差，連梁的過早剪切破壞將導致聯肢剪力墻結構的強度和剛度顯著退化，進而加深結構的破壞程度甚至引起倒塌。因此，如何提高高烈度地震區聯肢剪力墻結構的耗能能力和實現聯肢剪力墻結構的延性設計仍然是聯肢剪力墻結構抗震設計迫切需要解決的關鍵技術問題。我國城市里的住宅、寫字樓等民用建筑越來越普遍的采用高層、超高層結構，為了滿足抗震、抗風的要求，常常采用剪力墻核心筒這樣的結構體系。由于建筑功能上的需要， 剪力墻上一般都會有開洞，當洞口的數量和面積達到一定程度，就形成聯肢剪力墻，相當于將多個剪力墻通過上下洞口之間的連梁連接起來共同抵御側向力作用。國內外大量研究表明，聯肢剪力墻比單肢剪力墻更經濟，受力更合理，因而是目前我國高層住宅等民用建筑的主要結構形式之一。目前，聯肢剪力墻結構的連梁主要有鋼筋混凝土連梁、鋼連梁和鋼-混凝土組合連梁三種形式。以往的研究以及我國汶川地震的震害調查均表明鋼筋混凝土連梁變形能力差，截面的轉動變形能力有限，其在剪壓比稍高時的破壞形態便趨于脆性剪切破壞，無法實現對連梁高延性和高耗能能力的要求，新西蘭Paulay T.教授等提出了交叉暗柱式配筋連梁該類連梁雖然具有很好的承載力、延性和耗能能力，并為多國規范所采用，但由于其施工復雜在我國一直未能推廣應用。基于此，國內外學者普遍認為在高烈度地震區采用鋼連梁或鋼一混凝土組合連梁來代替鋼筋混凝土連梁是聯肢剪力墻結構一個較為理想的選擇。但是，研究與工程實踐均已證明，鋼連梁或者鋼-混凝土組合連梁與剪力墻的傳統連接方式由于涉及到鋼梁與鋼筋混凝土墻體的連接，因而構造復雜，施工要求高、難度大，理論分析與設計難度大，常常成為地震作用傳力路徑上的薄弱環節，破壞模式多樣，難以準確預測， 對于地震后的修復與加固難度也非常大。另外，傳統的鋼結構房屋的梁和柱都是通過在施工現場進行焊接作業進行連接的，然而，1994年發生的美國加利福尼亞州北嶺地震中，大量鋼結構房屋的梁-柱節點的焊接部位發生脆性破壞，嚴重損害了鋼結構房屋的抗震性能，造成了極大的損失。焊接梁-柱節點之所以出現問題，主要是由于梁、柱構件就位以后，造成現場施工的焊接作業存在不可避免的缺陷。

發明內容
針對傳統聯肢剪力墻采用的鋼筋混凝土連梁無法滿足結構抗震的延性需要，而新型的鋼連梁或者鋼-混凝土組合連梁與混凝土剪力墻的傳統連接方式存在構造復雜、施工技術要求高且難度大、分析與設計難度大的缺陷，本發明的目的在于提供一種施工方便，分析設計簡單，且具有更為優良的抗震性能的新型聯肢剪力墻。實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種狗骨式端板螺栓鋼連梁聯肢剪力墻，包括混凝土剪力墻；其特征在于，在混凝土剪力墻中預埋不參與受力的鋼框架，鋼連梁與預埋鋼框架的鋼柱通過端板螺栓連接；將鋼連梁靠近剪力墻邊緣的端部位置局部削弱截面，為“狗骨式”。相比現有技術，本發明具有如下優點
I、本發明著眼于解決鋼連梁與剪力墻之間的連接問題并進一步改善鋼連梁抗震耗能性能，將不參與受力的鋼框架預埋到剪力墻中，鋼連梁與鋼框架柱通過端板螺栓連接，從而形成聯肢剪力墻，將靠近剪力墻位置的鋼連梁截面局部削弱，形成“狗骨式”構造。這樣不但能夠徹底解決連梁-剪力墻的連接問題，實現施工簡便，分析與設計更簡單，還能通過采用狗骨式構造，實現塑性變形集中，進一步增強了鋼連梁的耗能減震能力。2、本發明采用端板螺栓連接則避免了現場焊接作業，端板是在預制工廠里焊接到連梁上的，在施工現場，只需要將鋼連梁通過端板栓接到預埋鋼柱上，就能形成可靠的連梁-剪力墻連接。3、本發明創造性地解決了鋼連梁與剪力墻的連接問題，同時，由于連梁-剪力墻的連接接節點由型鋼-混凝土組合節點轉化為施工上極為簡單的型鋼-型鋼端板螺栓連接節點，帶來一系列設計與施工上的便利，而創造性的采用“狗骨式”連梁端部構造，能夠更進一步提高鋼連梁乃至聯肢剪力墻的抗震性能。


圖I是本發明端板螺栓鋼連梁聯肢剪力墻結構示意圖2是圖I的平面圖3是帶端板鋼連梁立面示意圖4是圖3的1-1剖面圖5是帶端板鋼連梁平面示意圖。圖中，混凝土剪力墻一 1，預埋鋼框架一2，鋼連梁一3，端板一4，螺栓一5，削弱截面一6，“狗骨式”梁端一 7，預留螺栓孔一8。
具體實施例方式實施例I :參見圖I 圖2，一種狗骨式端板螺栓鋼連梁聯肢剪力墻，它是在混凝土剪力墻I中預埋鋼框架2，鋼連梁3與預埋鋼框架2的鋼柱連接，所述鋼連梁3與預埋鋼框架2的鋼柱的連接方式為端板螺栓(4、5)連接；將鋼連梁3靠近剪力墻邊緣的端部位置局部削弱截面6，形成“狗骨式”梁端7，通過加勁板8保證鋼連梁3中間區段的穩定性與抗剪強度。本發明充分利用鋼連梁的優勢，同時解決鋼連梁與混凝土剪力墻的連接節點復雜并改善鋼連梁耗能能力抗震性能，進而進一步提高整體結構的抗震性能。本發明中，預埋鋼框架2的設置，是為了滿足鋼連梁3與混凝土剪力墻I連接的施工需要，并不需要參與承擔水平地震作用，但也可以根據實際需要，將其設計成為抗側力體系的一部分，與混凝土剪力墻協同工作，共同抵御水平地震作用。由于預埋鋼框架2的存在，使得鋼連梁3能夠直接與鋼柱連接，實現與剪力墻的連接。同時，由于鋼連梁3與剪力墻I的連接創造性轉變為鋼連梁與鋼框架的連接，其節點構造可以采用是施工上極為簡便的端板螺栓連接，傳力路徑明確，分析設計簡單。參見圖3，狗骨式端板螺栓連接的施工過程
首先，在鋼構件預制工廠，鋼梁的兩端進行局部削弱作業，形成狗骨式構造，再在梁兩端焊接端板，形成如圖3 圖5所示的鋼連梁構件。令匕為鋼連梁翼緣寬度，d為鋼連梁高度，則局部削弱截面的幾何尺寸可規定如下從梁端之開始進行削弱的截面間距a=(0. 5
O.75) bf ;削弱截面的梁段寬度b=(0. 65 O. 85) d ;削弱截面的最大深度C= (O O. 25) bf。 由于焊接是在工廠進行，可以完全按照工藝要求進行施工，不會造成焊接缺陷，因此，地震作用下端板與梁端的焊接不會發生破壞。端板上預留空洞，與剪力墻中的預埋鋼柱上的相應位置的空洞吻合。將強度等級為Q420或Q490的高強度螺桿穿過鋼連梁端板與鋼柱翼緣， 并施加一定的預拉力(一般為高強螺栓抗拉強度的30%左右)，從而將鋼連梁與預埋鋼柱連接在一起。最后燒筑剪力墻混凝土。本發明所述的鋼連梁的“狗骨式”梁端構造，指的是將距離鋼梁端部一定距離以及一定梁段寬度內的上、下翼緣截面削弱，造成局部薄弱部位。在地震中，由于鋼連梁兩端的彎矩作用最大，在梁端將彎矩作用傳遞給剪力墻過程中，由于鋼材與混凝土兩種材料性質的不同，往往會導致梁端附近的剪力墻混凝土發生局部脆性承壓破壞，削弱連梁與剪力墻的連接，增加修復的難度與成本。采用“狗骨式”梁端構造后，靠近梁端被削弱的截面部分形成薄弱部位，盡管該部位的彎矩要小于梁端彎矩，但是由于截面被削弱，因此會先于梁端截面屈服并進入塑性階段，因此鋼連梁的彎矩會重新分布，在削弱截面部位達到塑性彎矩以后，梁端彎矩不會再增加，鋼連梁的塑性變形與耗能集中于截面削弱薄弱部位，因此，與梁端相連的剪力墻混凝土以及端板與梁端的焊接均得到保護。本發明創造性的引入“狗骨式”鋼連梁端部構造，通過局部削弱截面，實現塑性變形局部集中，改善了鋼連梁抗震耗能能力，進一步提高了整體結構的抗震性能。本發明創造解決了聯肢剪力墻中鋼連梁與剪力墻的連接問題，同時，由于連梁-剪力墻的連接接節點由型鋼-混凝土組合節點轉化為型鋼-型鋼節點，帶來一系列設計與施工上的便利。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.狗骨式端板螺栓鋼連梁聯肢剪力墻，包括混凝土剪力墻；其特征在于，在混凝土剪力墻中預埋鋼框架，鋼連梁與預埋鋼框架的鋼柱采用端板螺栓連接；將鋼連梁靠近剪力墻邊緣的端部位置局部削弱截面，做成鋼連梁的“狗骨式”梁端構造。
2.根據權利要求I所述的狗骨式端板螺栓鋼連梁聯肢剪力墻，其特征在于，所述鋼連梁的“狗骨式”梁端構造，是將距離鋼梁端部一定距離以及一定梁段寬度內的上、下翼緣截面削弱，形成局部薄弱部位。
3.根據權利要求2所述的狗骨式端板螺栓鋼連梁聯肢剪力墻，其特征在于，所述局部削弱部位的幾何尺寸為從梁端之開始進行削弱的截面間距a=(0. 5 0. 75)bf ;削弱截面的梁段寬度b=(0. 65 0. 85) d ;削弱截面的最大深度C= (0 0. 25) bf。
全文摘要
本發明提供一種狗骨式端板螺栓鋼連梁聯肢剪力墻，它是在混凝土剪力墻中預埋鋼框架，鋼連梁與預埋鋼框架的鋼柱通過端板螺栓連接；將鋼連梁靠近剪力墻邊緣的端部位置局部削弱截面，形成“狗骨式”構造。本發明著眼于解決鋼連梁與剪力墻之間的連接問題并改善鋼連梁的抗震耗能性能，將鋼框架預埋到剪力墻中，鋼連梁與鋼框架柱采用端板螺栓連接方式，并將鋼連梁端部局部范圍內的截面削弱，形成“狗骨式”構造。這樣不但能夠徹底解決鋼連梁-混凝土剪力墻的連接問題，實現施工簡便，分析與設計更簡單，還能通過“狗骨式”構造，增強鋼連梁的耗能減震能力，提高聯肢剪力墻體系的抗震性能。
文檔編號E04B2/58GK102587538SQ201210079808
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者伍云天, 李英民, 肖巖 申請人:重慶大學