鋼結(jié)構(gòu)廠房剪力墻分類特點(diǎn)與連接形式

鋼結(jié)構(gòu)廠房剪力墻是利用建筑外墻和內(nèi)墻隔墻位置布置的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻，屬于下端固定在基礎(chǔ)頂面上的豎向懸臂板。豎向荷載在墻體內(nèi)主要產(chǎn)生向下的壓力，側(cè)向力在強(qiáng)體中產(chǎn)生水平剪力和彎矩，因?yàn)檫@類墻體具有較大的承受水平力（水平剪力）的能力，固被稱為剪力墻。
    剪力墻的高度一般與整個房屋高度相同，自基礎(chǔ)至屋頂。 在立面上剪力墻常常因開門開窗，穿行管道而需要開設(shè)洞口，這時應(yīng)盡量使洞口上下對齊，布置規(guī)則，使洞口至強(qiáng)邊及相鄰洞口之間形成墻肢，上下洞口之間形成梁。規(guī)則成列開洞的剪力墻傳力簡捷，受力明確，受力鋼筋容易布置且作用明確，因而經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。而錯洞剪力墻往往受力復(fù)雜，洞口角邊容易產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中，地震中容易發(fā)生震害，鋼筋作用得不到充分發(fā)揮。

鋼結(jié)構(gòu)廠房中剪力墻可分為鋼筋混凝土剪力墻和鋼板剪力墻。

⑴ 鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼筋混凝土剪力墻

目前國內(nèi)鋼框架剪力墻的研究不少了，對于鋼筋混凝土剪力墻基本是墻體鋼筋與框架梁焊接起來。

鋼梁與鋼筋混凝土的鉸接連接構(gòu)造

⑵鋼結(jié)構(gòu)廠房 鋼板剪力墻

鋼板剪力墻延性好 耗能能力強(qiáng)， 是一種新型的高層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系 鋼板剪力墻主要承受水平剪力， 不承擔(dān)豎向壓力， 需要進(jìn)行后裝連接設(shè)計(jì)， 內(nèi)嵌墻板與連接板可以采用栓接或焊接 鋼板剪力墻的薄弱部位出現(xiàn)在角部，設(shè)計(jì)中需要采用合理的構(gòu)造措施避免鋼板剪力墻的角部應(yīng)力集中。鋼板剪力墻由周邊框架和內(nèi)嵌鋼板組成， 具有自重輕 安裝方便等特點(diǎn) 研究表明， 鋼板剪力墻可以充分發(fā)揮鋼材延展性好 耗能能力強(qiáng)的特點(diǎn)， 結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大， 構(gòu)件延性好， 具有出色的抗震性能， 是一種具有廣闊發(fā)展前景的超高層建筑抗側(cè)力構(gòu)件。鋼板剪力墻可分為一般鋼板剪力墻和加筋肋鋼板剪力墻。

一般鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼板剪力墻節(jié)點(diǎn)連接：

1.內(nèi)嵌鋼板與邊緣框架連接方式

由于鋼板剪力墻主要承受水平剪力，不承擔(dān)豎向壓力，通常在施工中，鋼板剪力墻在主體結(jié)構(gòu)封頂后才實(shí)施全部連接，因此，在鋼板剪力墻的設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行后裝連接設(shè)計(jì)研究。鋼板剪力墻內(nèi)嵌鋼板與邊緣框架直接連接時，對內(nèi)嵌鋼板和邊緣框架的加工制作和安裝施工的精度要求非常高，因此，鋼板剪力墻與邊緣框架均通過連接板進(jìn)行連接，如圖1所示

圖1連接板連接的鋼板剪力墻

內(nèi)嵌鋼板與連接板可以采用栓接或焊接。當(dāng)內(nèi)嵌鋼板與邊緣框架采用高強(qiáng)螺栓連接時，對加工制作與安裝施工的精度要求很高，鋼板剪力墻安裝施工的時間和費(fèi)用會增加，在設(shè)計(jì)時還應(yīng)嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)風(fēng)荷載和小震作用下不出現(xiàn)滑移， 在推拉反向過程中內(nèi)嵌鋼板躍越屈曲發(fā)出響聲，角部螺栓孔處存在局部變形和滑移現(xiàn)象。Elgaaly進(jìn)行了鋼板與梁柱四周螺栓連接試件的試驗(yàn)研究，試件為連接板焊于梁柱，內(nèi)填鋼板與連接板螺栓連接，螺栓間距分別為4d和8d( d 為螺栓孔直徑)。結(jié)果表明螺栓連接和全焊連接試件相比，前者由于螺栓連接處滑移和局部變形，初始剛度和屈服荷載較小，4d和 8d 的螺栓間距對破壞模式影響較小。骨架曲線的拐點(diǎn)出現(xiàn)在螺栓滑移螺栓孔處破壞或內(nèi)嵌鋼板全屈服時。強(qiáng)邊框弱墻板是內(nèi)嵌鋼板充分發(fā)揮拉力提高試件剛度和耗能能力的保證。

鋼板剪力墻內(nèi)嵌鋼板與邊緣框架采用焊接時，加工制作簡單，對施工精度要求較低。焊接連接方式可以節(jié)約造價和節(jié)省工期，但是焊接工藝對墻板產(chǎn)生的殘余應(yīng)力不容易控制。段向勝等對天津津塔鋼板剪力墻進(jìn)行了焊接應(yīng)力監(jiān)測與數(shù)值模擬，結(jié)果表明不同的焊接順序和不同的焊接速度均會影響鋼板中殘余應(yīng)力， 這些焊接殘余應(yīng)力能導(dǎo)致鋼板內(nèi)部應(yīng)力重分配。矩形鋼板剪力墻采用先焊底部后焊兩側(cè)的焊接順序得到的焊接應(yīng)力比先焊左側(cè)，再依次焊底部 右側(cè)的焊接順序的殘余應(yīng)力穩(wěn)定，且應(yīng)力值較小，殘余應(yīng)力以拉應(yīng)力為主加快焊接速度可以在一定程度上降低殘余應(yīng)力，但是效果不是很明顯。焊接對鋼板剪力墻應(yīng)力場和溫度場的影響集中在焊縫兩側(cè)一定范圍內(nèi)，在墻四角焊縫位置處各條焊縫起始位置殘余應(yīng)力較大。

2 避免鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼板剪力墻角部應(yīng)力集中構(gòu)造措施

在水平推力作用下，鋼板剪力墻薄弱部位出現(xiàn)在角部。從試驗(yàn)結(jié)果看，角部連接處會出現(xiàn)撕裂，角部破壞會影響墻板的整體承載能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)采取加強(qiáng)措施，避免鋼板剪力墻角部應(yīng)力集中為了研究鋼板剪力墻角部的合理構(gòu)造Schumacher提出了 4 種角部連接構(gòu)造( 見圖 2) ，并對 4 種連接方式進(jìn)行了試驗(yàn)研究。連接方式 A為內(nèi)嵌鋼板與梁柱直接焊接; 連接方式 B 為內(nèi)嵌鋼板通過夾板進(jìn)行連接， 夾板在轉(zhuǎn)角處留縫; 連接方式C為內(nèi)嵌鋼板與柱直接焊接與梁采用夾板連接; 連接方式 D 為內(nèi)嵌鋼板通過夾板進(jìn)行連接，夾板在轉(zhuǎn)角處采用對接焊縫焊接試驗(yàn)結(jié)果表明，連接板與內(nèi)嵌鋼板采用夾板連接時，容易出現(xiàn)局部屈曲和鋼板撕裂現(xiàn)象，靠近柱子一側(cè)比靠近梁一側(cè)更容易產(chǎn)生裂縫坡口焊縫連接比角焊縫連接時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力大，鋼板剪力墻角部采用坡口對接焊縫比采用角焊縫連接更容易出現(xiàn)撕裂。

圖 2 角部細(xì)部的 4 種連接形式

經(jīng)過對上述試驗(yàn)結(jié)果的研究，得到如下結(jié)論:為了克服角部應(yīng)力集中，防止角部撕裂， 應(yīng)盡量將拼接焊縫遠(yuǎn)離角部，并在鋼板角部設(shè)置圓角或倒角來避免在墻板的角部發(fā)生撕裂。在天津國際金融會議酒店工程的鋼板剪力墻設(shè)計(jì)中，提出了如圖3所示的夾板與內(nèi)嵌鋼板連接方式，此連接構(gòu)造方式的夾板在角部設(shè)置倒角， 夾板的拼接點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離角部，以防止墻板在角部發(fā)生撕裂。此連接方式對焊接和高強(qiáng)螺栓連接均適用。

圖 3 避免角部應(yīng)力集中的構(gòu)造措施

帶豎向加勁肋鋼板剪力墻節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

雖然鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼板剪力墻具有初始彈性剛度大抗震延性好的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在一些不足國外工程中主要采用的無加勁肋鋼板剪力墻，墻板面外剛度很小，容易發(fā)生屈曲變形，在使用過程中可能會發(fā)出響聲由于鋼板剪力墻主要承受水平剪力，不承擔(dān)豎向壓力，在鋼結(jié)構(gòu)廠房施工過程中需要滯后安裝但由于經(jīng)常會與施工進(jìn)度及室內(nèi)裝修發(fā)生矛盾，鋼板剪力墻難以避免承擔(dān)部分結(jié)構(gòu)重力荷載，采用在鋼板剪力墻上設(shè)置豎向加勁肋的方式，可以避免鋼板過早出現(xiàn)屈曲變形 目前國內(nèi)外對帶有豎向加勁肋的鋼板剪力墻的受力機(jī)理與設(shè)計(jì)方法還缺乏系統(tǒng)的理論分析與試驗(yàn)研究在我國現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)規(guī)范中尚無對鋼板剪力墻設(shè)計(jì)的具體規(guī)定， 對鋼板剪力墻設(shè)置豎向加勁肋的形式與間距等目前無具體規(guī)定