钢板剪力墙抗震设计探讨

唐柏杰

江苏城乡建设职业学院 江苏 常州 213147

1、前言

板材剪力墙结构是20世纪70年代发展起来的一种新型横向阻力结构体系。狭缝壁元件由嵌套的钢板，垂直边缘构件和水平边缘构件组成。在过去的30年里。通过对主水平反应系统钢板墙的试验研究和数值分析，揭示了其独特的性能，包括较大的初始弹性刚度，较大的变形能力，良好的塑性和稳定的滞回特性。板料剪力墙已成为一种很有前景的高水平反应系统。到目前为止，已有数十栋建筑采用钢板和剪力墙作为反应结构，主要分布在北美，日本等地区的高强度地震地区。

2、钢板剪力墙

在过去的30年中，钢结构墙的研究可分为两类：钢筋和非钢筋。钢筋墙通过提供纵向和横向加强筋来防止过早弯曲，但增加了设计和制造成本。焊接引起的残余应力和变形对墙板的力学性能有很大影响。虽然钢筋墙过早弯曲，但其强度可达到屈曲载荷的10倍。在70年代初期，在加拿大和美国，学者们做实验研究，并在四边形连接薄壁剪力墙体系的理论分析许多成就，以及其抗震性能。研究表明，钢壁滞回曲线具有一定的夹紧收缩率，能耗不理想，其承载力主要受斜向弯曲的影响，因此，后期承载力并没有明显降低，但框架梁和固定边界柱对与钢板相关的剪力墙性能影响显著。受拉区沿对角线方向形成剪力墙面板，产生大量框架柱附加弯矩，可能导致框架柱和框架板过早破坏，严重影响剪力墙抗震性能。为了消除依赖钢板剪力墙的列，避免过早失效的框架柱和满足强列和弱梁的设计标准，雪和htHl学者首次提出连接钢板剪力墙的两面。美国1994(钢板只与框架梁用高强度螺栓或焊接接头连接)。通过数值分析，结果表明，虽然剪力墙和钢板两侧的承载力和刚度均有一定程度的降低，但刚度可以通过调整大跨高厚比进行调整。加劲肋用于调节整个结构体系的刚度，它更适合基于抗震性能的设计要求，更方便设置门窗开口位置，他的磁滞性能改善钢壁，剪切变形和弯曲变形，因此能量耗散，延性等都有所改进，2003年首次提出日本Hitaka和开槽钢筋混凝土剪力墙，根据钢剪力墙的概念，以及常见的单层样品。狭缝钢板墙一方面能够良好的应对弯曲变形登问题，而表现出来良好的延性，另一方面狭缝钢板墙应用过程中应力基本是集中在两端的，因而能够表现出来良好的刚性。它易于形成塑性接头并消耗地震能量，从而增加了垂直接头的能耗。另外，可以根据煤层的开口参数灵活地调整横向刚度，例如管件的宽度和厚度比等。

3、钢板墙抗震设计

狭缝钢板墙以弯曲变形的形式来应对垂直的应力，同时具有良好的延性，因而有着良好的抗震效果，国内外学者对其进行了大量的试验测试和研究，深入的探讨了有关参数会对钢板的弯曲性能产生的影响。为了充分开发与狭缝钢板剪力墙延性和能量耗散能力塑性屈曲之前，马xinbo等人分析了狭缝钢板剪力墙的弹性屈曲特性与H/L最小，并系统地研究了影响宽度比值参数，width-thickness比率和关节之间的狭缝的行数。为了使剪力墙在屈曲前屈服，应保证k≥r。设f=下/r，则f≥1，进而可以获得不同计算模型下f的值。对于高跨度比H/L=1的开槽钢剪力墙，当理想的开槽钢剪力墙满足整体稳定性要求时，开槽形式应确保槽宽小于15b/t，高厚度比为H/b＞3.0。根据国内对钢筋剪力墙节点的研究，主要是比例模型，以反映其更实用的性能，并获得合理的结构细节，如边缘肋和螺栓凸耳的布置。江路等人结合了上述结果，对钢板剪力墙的性能进行了深一步的研究，使用往复载荷试验来进行钢板剪力墙的性能分析，试验过程中发现了一定的底角损坏。损坏始于底角的不稳定性，伴随着整个板的剪切不稳定性以及柱的弯曲和扭转不稳定性。然而，两种不稳定性都发生在弹塑性阶段，并且在加载结束时，焊缝在试样的底角处被撕裂。江路带缝钢板剪力墙在实验中“不稳定”和“螺栓滑动”，两种改进的试件加固措施和锚杆布置，加强对老挝钢板剪力墙钢管两侧的组合，增加侧面螺栓布置密度，还提出了一种新的螺栓连接方法：“中心螺栓连接，上下焊接”和“螺栓连接”焊接连接。通过增加侧螺栓的密度可以有效地限制由倾覆力矩引起的滑移。通过在两侧设置钢管，可以有效地解决角度不稳定性，并可以限制整个平面外板的剪切屈曲变形;连接板向中心的运动对样品的外部屈曲变形有很大的约束作用。为了更广泛地延伸中心拉伸区域并减少带有缺口钢板的壁的失效区域。与传统的狭缝钢墙相比，AndresJacobsen和其他设计方法基于狭缝钢墙，确保了第一屈服和后屈曲狭缝钢墙，以及改进的狭缝挡板，以改变整个钢板的应力特性。不同高度和宽度的狭缝间柱。与传统的钢筋混凝土墙体接缝相比，不同高度和宽度的裂缝可以使钢筋混凝土在不同的位移角度下逐渐进入塑料部件的能量消耗，并通过合理的抗震设计。设计是可能的。中心部分将第一能量消耗转换为弹塑性变形的位移角，并在地震作用下将侧柱部件转换为弹塑性变形，使墙板能够更有效地发挥其能量耗散能力。

4、剪力墙的合理布置

4.1 平面布置

在横向位移刚度和扭转刚度满足规范要求的前提下，长壁均匀布置，以减少剪力墙和边缘构件的数量，并有效控制结构中钢的数量。剪力墙的最大长度是指结构的地震剪切分析。剪力墙肢体的标称剪切力不超过极限，不超过8米，最小长度是剪力墙厚度的8倍。两个侧向刚度接近主轴，结构的最大层间位移和规格极限接近1/1000，减小了剪力墙翼壁两个方向的结构地震效应，形成L，T，十字形分别为两个轴向的地震剪力和弯矩的支撑点。剪力墙可以是通过高度比大于5的框架梁连接的单肢墙，或通过高度比小于2.5的强梁连接的连接壁。在中等地震弹性分析中，单个肢体壁的标称剪切应力很少超过极限。根据结构，墙体的大部分加固和边缘构件布置良好且经济，但连接单肢墙的框架梁应具有足够的刚度以协调两端剪力墙的变形作为能量消耗结构的成员。由长臂上的开口形成的连接壁具有弯曲失效的延性变形特性，连接梁具有良好的耗能能力。然而，在中等地震作用下，耦合梁和节理壁的标称剪应力通常超过并经常超过标称剪应力。对于墙壁，边缘构件和连接梁，钢筋的比例通常较高。为了降低连接壁与连梁之间的标称剪应力和边缘构件的过度加固，连梁与强关节壁之间的剪跨比不应小于1.5。

4.2 立面布置

剪力墙构件从下到上排列，以避免在强烈地震下由刚度变化引起的地震效应集中。门和窗口成一排上下对齐，形成透明壁和连接梁;剪力墙截面厚度和混凝土强度水平从底部到顶部减小。在多次地震作用下，剪力墙结构的主应力构件处于弹性工作状态。剪力墙与标称剪应力和梁耦合跨度之比小于2.5，符合规范要求。

4.3 延性设计

水平施工缝壁符合防滑承载能力的设计要求。墙内力的支腿不会异常拉动。根据汶川地震破坏的调查报告，汶川地震的大部分破坏都是脆性破坏，包括梁柱节点，短柱，连梁，剪力墙和填充墙的剪切破坏。墙体接缝水平剪切破坏。在汶川地震当中我们可以看到这样的设计有着充分的抗震性能，使用了剪力墙结构的墙体有着较好的轴压比，如果剪力墙面对过了过高的剪应力，首先会出现一定的斜裂缝导致墙体的损坏，这样一来剪力杆就难以充分发挥其作用。就算是在设计的时候添加了大量的剪力杆也难以完全避免这一问题，所以进行抗震设计的时候首先应当控制其延性，避免剪力墙的斜面出现损坏。为了控制壁-壁比的构件，剪力墙和翼壁的边缘构件偏移构件组，并且壁构件的平均压缩应力相对于高度和压缩带约束混凝土影响混凝土边缘构件。墙的延展性是一个重要因素，通过严格控制轴向压缩比壁的构件，纵梁的大部分纵向构件弯曲边缘构件以改善箍特征值的边缘构件，并且压缩承载能力和塑性变形能力的边际范围可以改善混凝土构件和墙构件的地震能量消耗。能力。通过控制轴向压缩比和设置翼壁，可以减小截面的高度，并且可以提高弯曲能力。在工程设计中，除翼板外，机翼的轴向压力比严格控制在0.5以下。

4.4 连续型设计和塑性设计

根据我国现行规范的要求，耦合梁是剪力墙结构中最重要的能量耗散组件。然而，在汶川地震中，耦合梁的损伤几乎是剪切损伤，弯曲损伤小，能量耗散能力好，即耦合梁不能反映预期的塑性耗能特性。从汶川地震的经验来看，避免跨距比小于2.5的耦合梁剪切破坏是不够的。根据现行规范，配置具有调整剪切设计值的箍筋是不够的。应提供对角横杆。在地震作用下，剪切力的变化可以有效地防止斜裂缝的产生，提高节点的剪切能力和延性系数。连接到单肢壁的框架梁的跨度比应控制在5和6之间，以确保足够的刚度以协调单肢壁的变形和足够的塑料能量消耗。剪力墙的底部加固部分是实现塑性耗能，确保结构安全的关键部分。高度表采用通过增加系数乘以底部加固件上方所有地板墙肢的组合弯矩的方法，并不调整底部加固件上方所有地板墙肢的组合弯矩，以确保塑料铰链出现在底部加固件中。通过增加系数和设定约束边缘构件，增加了底部加强截面处的壁的剪切设计值，并且改善了底部加强截面处的壁的延性和剪切能力。根据中间地震弹性分析的剪切计算值，加强了底部加固位置剪力墙的水平钢筋，以保证该区塑性铰的强剪切和弱弯曲。

5、结束语

钢板剪力墙具有初始弹性刚度大、变形能力大、塑性好、滞回稳定性好等特点。但是，如果设计不合理，其经济效益和抗震性能将不能令人满意。在上述试验分析和数值研究的基础上，为防止开槽钢墙体边角过早失稳，需要在边角处设置一根长加劲肋，肋刚度≥20。为了消除钢板墙螺栓的滑动现象，应对侧螺栓进行加密和布置。为使焊缝屈服后钢板屈曲，应保证焊缝宽度比b/t＜15，厚度比h/b＞3.0。