钢板剪力墙专利技术初步分析

王梦雅

摘 要：本文通过对国内钢板剪力墙专利申请状况的统计和分析整理，梳理出有关钢板剪力墙的技术发展脉络，以反映出钢板剪力墙的技术现状和发展趋势，为国内科研单位、高校及相关企业对钢板剪力墙的进一步研究提供一定的参考。

关键词：钢板；剪力墙；专利；分析

Abstract：In this paper，the statistic and analysis of the patent application status of steel plate shear wall in our country are analyzed，and the technical development of steel plate shear wall is combed out，in order to reflect the technical status and development trend of steel plate shear wall.Aiming at providing some reference for the further research of steel plate shear wall in the research institutes，universities and related enterprise.

Keyword： steel plate； shear wall； patents； analysis

1 引言

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。剪力墙是在高层建筑结构中应用最为广泛的抗侧力构件，按照材料的不同可分为钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙和钢板混凝土组合剪力墙[1]。相比于钢筋混凝土剪力墙，钢板剪力墙的尺寸小、自重轻、可以增加房屋的使用面积，降低基础的造价，具有良好的经济效益，同时钢板剪力墙还具有抗侧刚度大、抗剪承载力高、延性好、耗能能力强等优点。本文将针对我国钢板剪力墙的相关专利申请进行初步分析。

2 钢板剪力墙的技术概述

钢板剪力墙由内嵌钢板及边缘框架梁、框架柱组成[2]。其内嵌钢板与框架的连接由鱼尾板过渡，即预先将鱼尾板与框架连接，内嵌钢板再与鱼尾板焊接或栓接。當内嵌钢板沿结构某跨连续布置时，即形成钢板墙体系，钢板墙的整体受力特性类似于底端固接的竖向悬臂板梁：竖向边缘构件相当于翼缘，内嵌钢板相当于腹板；水平边缘构件则可近似等效为横向加劲肋。钢板剪力墙的详细分类及研究方向如下图2-1所示。

由图2-1可知，钢板剪力墙种类较多，钢板剪力墙可以按照内嵌钢板的厚薄，分为厚钢板剪力墙和薄钢板剪力墙；薄钢板剪力墙，按照是否设置加劲肋分为加劲钢板墙和非加劲钢板墙，在非加劲钢板墙中还包括墙板两侧与柱脱开形式、带竖缝钢板墙、低屈服点钢板墙、开洞钢板墙等多种改进形式；按照钢板表面是否布置混凝土板，钢板剪力墙可分为钢板-混凝土组合剪力墙和普通钢板剪力墙。

按照钢板与周边框架的连接情况，可将剪力墙分为两边连接、三边连接以及四边连接钢板（组合）剪力墙。由于薄钢板在形成拉力带后会产生较大的水平力作用于框架柱，为保证框架柱不发生破坏，两边连接剪力墙仅与框架梁相连接，放松了钢板与框架柱之间的联系，有效的保证了框架柱不受其影响；根据工程实际需要，三边连接剪力墙仅放松钢板与一侧柱的连接，其性能介于四边连接剪力墙与两边连接剪力墙之间。两边连接剪力墙失去了框架柱对钢板的锚固作用，承载能力和耗能能力有一定程度的降低，但可以较为方便的调整剪力墙在框架中的位置与数量，便于调整刚度和承载力，也使框架柱不承担剪力墙产生的附加水平荷载。

3 专利申请现状

3.1 分析方法

本文在检索时使用的检索系统为国家知识产权局的专利检索与服务系统，选取中国专利文摘数据库（CNABS）和中国专利全文数据库（CNTXT）作为中文专利申请检索数据库。

在检索过程中，主要采用IPC分类号和关键词相结合的方式进行。从钢板剪力墙的结构和功能方面分析，钢板剪力墙的分类相对比较分散，主要分在E04B2/56（框架或墩柱结构的墙）及E04B2/58 （带长条形金属构件）、E04B2/64（带长条形混凝土构件）、E04B1/98（防止振动或振动）及E04H9/02（抗地震或防地面下陷）等领域。在检索中采用的关键词有剪力墙，钢板等，并在检索过程中不断对关键词进行扩展，如地震， 抗震等。

3.2 分析结果

3.2.1申请量

在CNABS中检索到中国有关剪力墙专利申请文献1774篇，其中主要集中在钢板剪力墙，加劲钢板剪力墙，两侧与柱脱开形式、带竖缝钢板剪力墙、低屈服点钢板剪力墙、开洞钢板剪力墙等多种改进形式，具体涉及到钢板剪力墙有622篇，钢板混凝土剪力墙有191篇，带竖缝钢板剪力墙有29篇，加劲钢板剪力墙有93篇，开洞钢板剪力墙有24篇。2004-2015年每年的申请量趋势如图3-1所示。

从图中可以看出，有关钢板剪力墙的专利申请呈逐年上涨趋势，2004年之前对于钢板剪力墙的研究较少，专利申请量低， 2010年之后申请量急速上涨，2014年达到峰值。

3.2.2申请人分布

在CNABS中对上述有关钢板剪力墙的622篇专利申请的申请人进行统计，统计结果如下图所示：

图3-2的统计结果显示，钢板剪力墙相关专利申请中以高校申请居多，其中北京工业大学以28.78%的申请比率位居首位，其次为同济大学、东南大学、清华大学等，可以看出国内学者对于钢板剪力墙进行了大量的研究；另外还有部分相关企业对钢板剪力墙的申请量较多，如中国建筑股份有限公司、浙江杭萧钢构鼓风机有限公司等，可以看出公司企业对剪力墙发展的推动作用，对于发展高效抗侧力高层建筑体系具有较的意义。endprint

4 代表性专利

从钢板剪力墙的不同分类层面分别列举一些代表性专利。

发明專利一

专利号：ZL200410091547.3，专利名称：防屈曲耗能钢板剪力墙。

专利权人：清华大学，授权公告日：2006年3月22日。

技术方案：该防屈曲耗能钢板剪力墙由内嵌钢板和两侧外围混凝土盖板组成；内嵌钢板采用低屈服点高延性钢材或高强度高延性钢材；外围混凝土盖板采用一般混凝土板；所述边缘构件由边缘梁和边缘柱组成；内嵌钢板与混凝土盖板之间通过穿透三块板的螺栓或预应力螺栓连接，在混凝土盖板上开椭圆型孔以便螺栓穿过且有足够的滑移空间；在混凝土盖板开孔位置预埋槽形钢给予加强，并在加强槽钢的相应位置开椭圆孔，如图4-1。这种形式的剪力墙通过在两侧表面加混凝土盖板的形式，可以有效的防止钢板墙面外屈曲，提高钢板墙的抗侧刚度、耗能及延性性能。

发明专利二

专利号：ZL200710175264.0，专利名称：无粘结加劲肋钢板剪力墙。

专利权人：清华大学，授权公告日：2011年12月28日。

技术方案：该钢板剪力墙在内嵌钢板的前、后配置型钢加劲肋，且型钢加劲肋与边缘构件之间留一定间隙，如图4-2。这样设计既能保证加劲肋提供持续的面外支撑，同时也大大地改善了钢板的耗能能力。

发明专利三

专利号：ZL201310232404.9，专利名称：一种两边连接侧向加劲不等高开竖缝钢板剪力。

专利权人：东南大学，授权公告日：2015年10月21日。

技术方案：该钢板剪力墙的特征在于带缝钢板上端与上端角钢连接，钢板下端与下端角钢连接；带缝钢板通过上端角钢和下端角钢分别与上边缘框架梁和下边缘框架梁连接；竖缝等间距地分布于带缝钢板上，并且竖缝的长度自外侧向中心递减，如图4-3。在钢板上设置等间距的竖缝，竖缝按照一定规律由外侧到中心逐渐减小，这样的不等高竖缝给高宽比较大的墙板带来了更大的抗侧刚度和极限承载力，从而使得高宽比 加大的墙板更容易实现屈曲前屈服，使之拥有良好的耗能能力。

5 总结

当今时代，建筑的趋势更高、更个性，新型的钢板剪力墙体系将会随着生活的需要应运而生。本文通过对国内钢板剪力墙专利申请状况的检索和分析整理，可以看出，目前对钢板剪力墙的研究主要集中在对内嵌钢板的形状的变形、加劲肋的设置及在内嵌钢板上开洞口缝隙等方面。有关钢板剪力墙相关技术发展脉络的梳理，为国内科研单位、高校及相关企业对钢板剪力墙的研究提供一定的参考价值，有助于其在现有专利资源的基础上，对钢板剪力墙作进一步的研发创新，共同推进高效抗侧力高层建筑体系的向前发展。

参考文献

[1]黄彦军，带竖向加劲肋钢板剪力墙及带矩形洞口钢板剪力墙设计研究[D].北京.北京交通大学.2013.

[2]郭彦林，周明.钢板建立墙的分类及性能.建筑科学与工程学报，2009，26（3）：1-13.endprint