本實(shí)用新型涉及一種鋼板剪力墻，屬于房屋建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：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(jié)構(gòu),高層鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比,在使用功能、設(shè)計、施工以及綜合經(jīng)濟(jì)方面都具有相對顯著的優(yōu)勢,另外,鋼材產(chǎn)量的不斷提高和鋼結(jié)構(gòu)科研、設(shè)計和制作安裝隊(duì)伍的日趨壯大也使高層鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展具有光明的前景。目前,在高層鋼結(jié)構(gòu)中經(jīng)常采用的抗側(cè)力體系主要有巨型結(jié)構(gòu)體系、框架結(jié)構(gòu)體系、框架一支撐結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框支一剪力墻結(jié)構(gòu)體系和筒體結(jié)構(gòu)體系,而在上述后四種結(jié)構(gòu)體系中都有一種共同的結(jié)構(gòu)構(gòu)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(huán)穩(wěn)定,耗能能力強(qiáng),抗震性能優(yōu)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(jié)省了結(jié)構(gòu)占用的空間并且降低了基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)；另外,鋼板剪力墻減少了支模的工序,節(jié)省了混凝土凝結(jié)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(yōu)點(diǎn)也鋼板剪力墻在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用具有了較好的發(fā)展前途。在實(shí)際應(yīng)用中,為了充分發(fā)揮鋼板的性能,保證滯回環(huán)飽滿,使鋼板剪力墻受力時能夠發(fā)生純剪切屈服破壞,通常需要在鋼板剪力墻兩側(cè)設(shè)置足夠的橫向和縱向加勁肋,以保證鋼板在屈服前不發(fā)生整體屈曲和局部屈曲,這大大增加了鋼板剪力墻設(shè)計、制造和施工的復(fù)雜程度。特別是焊接加勁肋時產(chǎn)生的殘余應(yīng)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(xiàn)存鋼板剪力墻缺點(diǎn)的背景下應(yīng)運(yùn)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(dǎo)致的殘余應(yīng)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(huán)保節(jié)能指標(biāo)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)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(chǎn)生的高強(qiáng)殘余應(yīng)力。受一些生物的蜂窩結(jié)構(gòu)中存在小柱-它的外層為纖維，芯層為蛋白質(zhì)的啟發(fā)，提煉出蜂窩-圓筒結(jié)構(gòu)模型，并通過計算驗(yàn)證，提供一種在相同質(zhì)量下力學(xué)性能更優(yōu)的仿生新型鋼板剪力墻。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種鋼板剪力墻，包括由兩塊相對設(shè)置的鋼板構(gòu)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(nèi)相互連接的多邊形柵格單元構(gòu)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(jié)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?？招倪B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(cè)滾軋花紋。所述仿生芯層內(nèi)部填充保溫、隔熱材料。本實(shí)用新型一種具有仿生芯層結(jié)構(gòu)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(qiáng)化剪力墻。包括兩側(cè)平面板以及中間層格柵。在所有格柵交匯處，均設(shè)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(nèi)接圓的直徑均可根據(jù)實(shí)際工程的需求而改變。多邊形格柵結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式。由上述可知，用帶有圓筒的蜂窩結(jié)構(gòu)制造成的夾層鋼板剪力墻相比于傳統(tǒng)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(qiáng)度高的仿生結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，現(xiàn)在實(shí)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(fā)生平面外屈曲失穩(wěn)。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(chǎn)生的高強(qiáng)度殘余應(yīng)力，使得鋼板剪力強(qiáng)在焊接處會出現(xiàn)局部屈曲，從而導(dǎo)致整體屈曲。而本實(shí)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(jié)構(gòu)以及組合結(jié)構(gòu)的使用，本實(shí)用新型具有很廣的應(yīng)用前景。本實(shí)用新型在兩側(cè)薄鋼板之間設(shè)置仿生蜂窩夾層，該結(jié)構(gòu)起到以下三個強(qiáng)化作用：1、該小柱-蜂窩夾層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)增加了兩個面板的平面外約束，增強(qiáng)了面板本身的平面外屈曲性能；3、夾層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)不破壞。4、該仿生鋼板剪力墻依據(jù)裝配式結(jié)構(gòu)思想，不需要現(xiàn)場焊接，可避免焊接殘余應(yīng)力以及減少施工時間與工序。5、所述兩側(cè)鋼板為平面板，且厚度為現(xiàn)在實(shí)際工程使用的約1/3。本實(shí)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(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)。申請人對上述仿生鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維有限元解析得，在兩種鋼板剪力墻質(zhì)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(tǒng)鋼板剪力墻1.8-2.3倍。附圖說明圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)(主視圖)示意圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3為本明發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3中芯層與一側(cè)面板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5本實(shí)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(cè)鋼板配示意圖；圖8為模擬屈曲失穩(wěn)加載示意圖；圖9為仿生鋼板剪力墻(a)第一屈曲模態(tài)變形圖；圖10為純鋼板剪力墻(b)第一屈曲模態(tài)變形圖；圖11為鋼板剪力墻第一階屈曲模態(tài)的荷載-位移曲線。其中:1為仿生鋼板剪力墻兩側(cè)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(cè)面板及中間仿生芯層的連接螺栓。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作詳細(xì)說明：圖1、圖2所示，本實(shí)用新型蜂窩夾層板,在其外側(cè)設(shè)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(cè)面板1、中間的仿生芯層2。在本實(shí)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(nèi)，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(diǎn)，這兩個公共端點(diǎn)位于公共邊的兩端，在相鄰兩格柵的兩公共端點(diǎn)上設(shè)置有以該端點(diǎn)為中心、且分布在以該端點(diǎn)為交點(diǎn)的三個六邊形柵格內(nèi)的圓筒結(jié)構(gòu)，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(nèi)接圓直徑可根據(jù)實(shí)際工程的需求而改變。一種仿生鋼板剪力墻，包括兩側(cè)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(shè)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(nèi)接圓的直徑均可根據(jù)實(shí)際工程的需求而改變，依據(jù)為兩側(cè)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(jù)所在地區(qū)的抗震設(shè)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(shè)計單位可依據(jù)建筑物的所在地區(qū)的抗震設(shè)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(jié)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(jù)裝配式結(jié)構(gòu)思想，不需要現(xiàn)場焊接，可避免焊接產(chǎn)生的高強(qiáng)殘余應(yīng)力以及減少施工時間與工序。所述兩側(cè)鋼板以及中間的蜂窩層可在廠家預(yù)制，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后用螺栓拼接。所述兩側(cè)鋼板為平面板，且厚度為現(xiàn)在實(shí)際工程使用的約1/3。所述兩側(cè)鋼板靠近芯層一側(cè)滾軋花紋以增加摩擦力。所述仿生鋼板剪力墻夾層內(nèi)填充保溫隔熱材料，以滿足不同的功能需要。本實(shí)用新型仿生鋼板剪力墻的具體裝配實(shí)施方法如下：仿生鋼板剪力墻模型示意圖及細(xì)部構(gòu)造如圖1,2，3,4和5所示。本說明書根據(jù)常用的建筑剪力墻尺寸以及受力情況，按照所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度預(yù)留兩側(cè)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(shí)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(cè)A、B鋼板固定，裝配過程見圖7；第三步將相應(yīng)構(gòu)件運(yùn)至施工現(xiàn)場后與框架梁、柱進(jìn)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(yōu)越性。本說明書中的仿生鋼板剪力墻尺寸依據(jù)建筑剪力墻中的常用尺寸設(shè)置，采用材料為Q335B鋼。詳細(xì)尺寸見表1。模型1為仿生鋼板剪力墻相關(guān)尺寸。其中R，r分別指正六邊形內(nèi)切圓半徑、小柱半徑；T，t分別指兩側(cè)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(zhì)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(xiàn)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(dǎo)致在水平側(cè)向力作用下的屈曲失穩(wěn)。因此使用非線性功能十分強(qiáng)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(jìn)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(tài)。在各種屈曲模態(tài)中，第一階屈曲模態(tài)為最容易發(fā)生的失穩(wěn)方式。因此通過比較第一階屈曲失穩(wěn)模態(tài)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(yīng)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(qū)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(biāo)是在兩種剪力墻同質(zhì)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(cè)施加水平力作用，其右側(cè)采用固接約束。分別取第一階屈曲模態(tài)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(shù)據(jù)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(jìn)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(jié)構(gòu)進(jìn)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(biāo)位移和縱坐標(biāo)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(biāo)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(jìn)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(xué)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(xiàn)。當(dāng)前第1頁1 2 3