本實用新型涉及一種鋼板剪力墻，屬于房屋建筑結構領域。
背景技術：
：我國自80年代開始在高層建筑，特別是超高層建筑中采用鋼結構,高層鋼結構與其它結構相比,在使用功能、設計、施工以及綜合經濟方面都具有相對顯著的優勢,另外,鋼材產量的不斷提高和鋼結構科研、設計和制作安裝隊伍的日趨壯大也使高層鋼結構在我國的發展具有光明的前景。目前,在高層鋼結構中經常采用的抗側力體系主要有巨型結構體系、框架結構體系、框架一支撐結構體系、剪力墻結構體系、框架一剪力墻結構體系、框支一剪力墻結構體系和筒體結構體系,而在上述后四種結構體系中都有一種共同的結構構件-剪力墻。鋼板剪力墻的延性性能和滯回性能均較好,滯回環穩定,耗能能力強,抗震性能優越；與鋼筋混凝土剪力墻相比,鋼板剪力墻的尺寸和自重都比較小,在地震作用下動力荷載低,節省了結構占用的空間并且降低了基礎的負擔；另外,鋼板剪力墻減少了支模的工序,節省了混凝土凝結的時間,大大縮短了工期,使施工速度更快；與周邊鋼框架梁、柱連接簡單的優點也鋼板剪力墻在鋼結構中的應用具有了較好的發展前途。在實際應用中,為了充分發揮鋼板的性能,保證滯回環飽滿,使鋼板剪力墻受力時能夠發生純剪切屈服破壞,通常需要在鋼板剪力墻兩側設置足夠的橫向和縱向加勁肋,以保證鋼板在屈服前不發生整體屈曲和局部屈曲,這大大增加了鋼板剪力墻設計、制造和施工的復雜程度。特別是焊接加勁肋時產生的殘余應力將很大程度上影響鋼板剪力墻的受力性能，特別是地震作用下的變形耗能能力。因此，新型仿生剪力墻是在充分考慮了現存鋼板剪力墻缺點的背景下應運而生的,仿生鋼板剪力墻一方面通過自身極好的抗平面外屈曲性能抑制了鋼板的整體屈曲和局部屈曲,另一方面純螺栓連接使得剪力墻中不存在由焊接導致的殘余應力。并且中間的格柵層可填充保溫隔熱材料以提高建筑的環保節能指標。技術實現要素：本實用新型所要解決的技術問題是針對上述鋼板剪力墻存在的不足，例如在橫向水平力作用下易屈曲或由焊接產生的高強殘余應力。受一些生物的蜂窩結構中存在小柱-它的外層為纖維，芯層為蛋白質的啟發，提煉出蜂窩-圓筒結構模型，并通過計算驗證，提供一種在相同質量下力學性能更優的仿生新型鋼板剪力墻。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：一種鋼板剪力墻，包括由兩塊相對設置的鋼板構成的剪力墻墻體以及仿生芯層，其特征在于：所述仿生芯層為多邊形蜂窩格柵，該多邊形蜂窩格柵通過緊固件與所述剪力墻墻體連接，所述多邊形蜂窩格柵由在平面內相互連接的多邊形柵格單元構成。所述多邊形蜂窩格柵還包括連接柱，該連接柱位于相互連接的多邊形柵格單元之間，多邊形柵格單元每兩個相鄰的邊交匯于所述連接柱上。所述連接柱的端面與連接柱所在位置的多邊形柵格單元的端面平齊。所述連接柱為空心，所述緊固件從連接柱的空心穿過。所述仿生鋼板剪力墻通過粘結劑連接、一次成型、卡扣式連接或螺栓連接。所述仿生芯層通過粘接劑連接、一次成型、卡扣式連接或螺栓連接。空心連接柱的截面為圓形、四邊形或是三角形。在所述鋼板靠近仿生芯層的一側滾軋花紋。所述仿生芯層內部填充保溫、隔熱材料。本實用新型一種具有仿生芯層結構的多功能鋼板剪力墻(以下簡稱仿生鋼板剪力墻)是一種中間為多邊形格柵的夾層強化剪力墻。包括兩側平面板以及中間層格柵。在所有格柵交匯處，均設置有以交匯線為中心、與多邊形格柵固連于一體的圓筒，該圓筒的端面與圓筒所在位置的多邊形柵格的端面平齊并連成一體，且柵格的邊長和內接圓的直徑均可根據實際工程的需求而改變。多邊形格柵結構可以是正六邊形格柵，也可以是其他多邊形，并由這些格柵緊密排列而成。蜂窩狀是其中的一種結構形式。由上述可知，用帶有圓筒的蜂窩結構制造成的夾層鋼板剪力墻相比于傳統鋼板剪力墻，可明顯提高其在橫向水平荷載和豎向荷載作用下的平面外抗屈曲性能以及彈性變形性能，是一種重量輕，強度高的仿生結構。實際上，現在實際工程中使用的鋼板剪力墻其鋼板相對于梁柱框架來說都很薄，極易發生平面外屈曲失穩。即使通過焊接加勁肋的方式可提高純鋼板的屈曲性能，但由于大面積焊接時產生的高強度殘余應力，使得鋼板剪力強在焊接處會出現局部屈曲，從而導致整體屈曲。而本實用新型可以提高薄壁鋼板的平面外屈曲性能、彈性性能以及地震作用下的變形耗能能力。隨著高層、超高層的鋼結構以及組合結構的使用，本實用新型具有很廣的應用前景。本實用新型在兩側薄鋼板之間設置仿生蜂窩夾層，該結構起到以下三個強化作用：1、該小柱-蜂窩夾層結構相對于等體積的薄壁蜂窩板具有更好的平面外屈曲性能；2、夾層結構增加了兩個面板的平面外約束，增強了面板本身的平面外屈曲性能；3、夾層結構具有薄壁柱以及蜂窩格柵，在水平力作用下具有極好的變形能力，可以耗散大部分的地震能量，保證主體結構不破壞。4、該仿生鋼板剪力墻依據裝配式結構思想，不需要現場焊接，可避免焊接殘余應力以及減少施工時間與工序。5、所述兩側鋼板為平面板，且厚度為現在實際工程使用的約1/3。本實用新型仿生鋼板剪力墻可以有效提高鋼板的抗彎性能、屈曲性能以及地震作用下的變形耗能能力等各項力學性能指標。申請人對上述仿生鋼板剪力墻結構進行三維有限元解析得，在兩種鋼板剪力墻質量相同的條件下，仿生鋼板剪力墻的平面外屈曲性能以及變形耗能能力是傳統鋼板剪力墻1.8-2.3倍。附圖說明圖1為本實用新型整體結構(主視圖)示意圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3為本明發明結構示意圖；圖4為圖3中芯層與一側面板的結構示意圖；圖5本實用新型尺寸示意圖(圖4俯視圖)；圖6為仿生鋼板剪力墻芯層裝配示意圖；圖7為仿生鋼板剪力墻裝兩側鋼板配示意圖；圖8為模擬屈曲失穩加載示意圖；圖9為仿生鋼板剪力墻(a)第一屈曲模態變形圖；圖10為純鋼板剪力墻(b)第一屈曲模態變形圖；圖11為鋼板剪力墻第一階屈曲模態的荷載-位移曲線。其中:1為仿生鋼板剪力墻兩側鋼板；2為仿生芯層；3為上邊緣框架梁；4為下邊緣框架梁；5為左框架柱；6為右框架柱；7,8為連接角鋼；9,10為帶有半圓形的多邊格柵；11為連接螺栓；12為面板螺栓孔；13為兩側面板及中間仿生芯層的連接螺栓。具體實施方式下面結合附圖，對本實用新型作詳細說明：圖1、圖2所示，本實用新型蜂窩夾層板,在其外側設置有上邊緣框架梁3、下邊緣框架梁4、左框架柱5以及右框架柱6。蜂窩夾層板包括A、B側面板1、中間的仿生芯層2。在本實施例中，蜂窩格柵為正六邊形格柵，正六邊形格柵的每個邊為蜂窩壁。在平面內，所有相鄰正六邊形均有一個公共邊，所有相鄰正六邊形均有兩個公共端點，這兩個公共端點位于公共邊的兩端，在相鄰兩格柵的兩公共端點上設置有以該端點為中心、且分布在以該端點為交點的三個六邊形柵格內的圓筒結構，該圓筒的端面與連接的六邊形柵格的端面平齊，且格柵邊長和內接圓直徑可根據實際工程的需求而改變。一種仿生鋼板剪力墻，包括兩側鋼板以及中間的蜂窩格柵，所述蜂窩格柵為多邊形格柵，例如六邊形、四邊形和三角形。相鄰兩格柵具有一個公共邊，其特征在于：在所有格柵交匯處，均設置有以交匯線為中心、與多邊形格柵固連于一體的圓筒，該圓筒的端面與圓筒所在位置的多邊形柵格的端面平齊并連成一體。所述蜂窩柵格的邊長和內接圓的直徑均可根據實際工程的需求而改變，依據為兩側鋼板的局部屈曲不早于鋼板剪力墻的整體屈曲。所述仿生鋼板剪力墻依據所在地區的抗震設防烈度劃分剪力墻等級，每個等級有其所能承受的豎向荷載、水平荷載以及抗震能力，施工單位及設計單位可依據建筑物的所在地區的抗震設防烈度選取。特殊受力情況可具體定制。所述仿生鋼板剪力墻可以通過粘結劑連接、一次成型、卡扣式連接或螺栓連接。所述仿生蜂窩芯層可以通過粘接劑連接、一次成型、卡扣式連接或螺栓連接。所述整塊鋼板剪力墻依據裝配式結構思想，不需要現場焊接，可避免焊接產生的高強殘余應力以及減少施工時間與工序。所述兩側鋼板以及中間的蜂窩層可在廠家預制，運輸到現場后用螺栓拼接。所述兩側鋼板為平面板，且厚度為現在實際工程使用的約1/3。所述兩側鋼板靠近芯層一側滾軋花紋以增加摩擦力。所述仿生鋼板剪力墻夾層內填充保溫隔熱材料，以滿足不同的功能需要。本實用新型仿生鋼板剪力墻的具體裝配實施方法如下：仿生鋼板剪力墻模型示意圖及細部構造如圖1,2，3,4和5所示。本說明書根據常用的建筑剪力墻尺寸以及受力情況，按照所在地區的抗震設防烈度預留兩側鋼板以及夾層的螺栓孔間距。第一步通過螺栓將帶有半圓形的單元多邊格柵按圖6所示用螺栓連接安裝(仿生蜂窩芯層有多種制作工藝，本具體實施方式只提供一種作為示例，還可以通過粘接劑連接、一次成型、卡扣式連接等方式)；第二步通過螺栓將兩側A、B鋼板固定，裝配過程見圖7；第三步將相應構件運至施工現場后與框架梁、柱進行連接。本說明書中通過有限元軟件模擬分析仿生鋼板剪力墻與常用純鋼板剪力墻的屈曲性能來說明仿生鋼板剪力墻的優越性。本說明書中的仿生鋼板剪力墻尺寸依據建筑剪力墻中的常用尺寸設置，采用材料為Q335B鋼。詳細尺寸見表1。模型1為仿生鋼板剪力墻相關尺寸。其中R，r分別指正六邊形內切圓半徑、小柱半徑；T，t分別指兩側鋼板厚度、蜂窩芯層厚度；H，h分別指仿生鋼板剪力墻整體厚度和芯層高度；B，L分別指剪力墻的寬度和高。模型2為純鋼板剪力墻。上述兩種鋼板剪力墻的質量和體積均相同。表1剪力墻尺寸(單位mm)模型種類RtrThLBH模型12002802.1610030004500104.16模型200000300045006由于現行的鋼板剪力墻幾乎不存在豎向荷載承載能力的問題。較多的破壞由于鋼板剪力墻過薄而導致在水平側向力作用下的屈曲失穩。因此使用非線性功能十分強大的有限元分析軟件ABAQUS對仿生鋼板剪力墻(模型1)和純鋼板剪力墻(模型2)進行屈曲模擬。通過對剪力墻施加單位水平力作用，分析得到兩種鋼板剪力墻在水平荷載作用下的屈曲模態。在各種屈曲模態中，第一階屈曲模態為最容易發生的失穩方式。因此通過比較第一階屈曲失穩模態來說明仿生鋼板剪力墻與純鋼板剪力墻之間的屈曲性能，并通過相應的荷載-位移曲線說明兩種鋼板剪力墻在平面外變形以及耗能能力上的區別。在鋼板剪力墻建模時已保證兩種剪力墻體積相同，故而上述屈曲性能指標是在兩種剪力墻同質量、同體積的情況下比較的，其他因素均相同，因此更具有代表性。通過ABAQUS解析(見圖8加載模型)，對鋼板剪力墻左側施加水平力作用，其右側采用固接約束。分別取第一階屈曲模態如圖9和圖10所示，取荷載-位移曲線如圖11所示。表2剪力墻屈曲模擬數據模型種類RtrThLBHF彈(KN)F極(KN)模型12002802.210030004500104.228.4951.12模型20000030004500615.0221.55圖11為有限元軟件得到的荷載-位移曲線。由圖可得，兩種鋼板剪力墻的荷載-位移曲線可分為三個階段。第一階段為彈性變形階段，此階段曲線斜率K表征剪力墻抵抗平面外變形能力的大小，并以此算各曲線彈性階段斜率K1，K2且K1是K2的1.86倍；第二階段為彈塑性變形階段，此階段鋼板剪力墻由彈性變形向塑性變形過過度；第三階段為塑形變形階段。仿生鋼板剪力墻在進入塑形變形之后，承載能力依然略有上升，而純鋼板剪力墻則為水平直線。無論是仿生新型鋼板剪力墻還是純鋼板剪力墻，在地震作用下，其之所以可以通過變形耗能主要是由于結構進入了塑性變形。第二，三階段為彈塑性變形階段，也是鋼板剪力墻主要的耗能階段。圖11中的橫坐標位移和縱坐標荷載的乘積表示兩種鋼板剪力墻在彈塑性階段消耗地震能量的大小，分別為W1，W2，即上述兩類鋼板剪力墻第二、三階段和橫坐標形成的面積。通過計算由可得W1約是W2的1.9倍。意味著仿生鋼板剪力墻在進入彈塑性變形后具有的變形耗能能力是純鋼板剪力墻的1.9倍。因此該類鋼板剪力墻在動力學上的性能(抗疲勞能力、抗變形能力、抵抗震動荷載的能力等)將會有卓越的表現。當前第1頁1 2 3