可更换边缘构件装配式剪力墙

1.本发明属于建筑结构工程抗震技术领域，具体涉及一种带可更换边缘构件的装配式剪力墙及其安装和使用方法，主要应用于装配式剪力墙结构体系，实现地震后结构功能的快速快速恢复。


背景技术：

2.在近几年，结构的抗震设防目标也逐渐从“大震不倒”、保护生命安全方面考虑，向震后迅速恢复城市、居民正常的生活秩序方向发展。
3.钢筋混凝土剪力墙作为高层和超高层建筑中主要的抗侧力构件，作为抗震设计的第一道防线，剪力墙的抗震性能对于结构的安全至关重要。在高层建筑中，剪力墙一般发生弯曲破坏，变形主要集中在墙角塑性铰区域。同时，装配式剪力墙相较于现浇剪力墙，其抗震性能有一定程度的削弱，这又加剧了剪力墙塑性铰区的破坏。
4.所以，如何设计出各项性能能够等同于现浇的装配式剪力墙，以及在地震中不发生破坏或是破坏仅发生在可以迅速修复的部位，将成为装配式剪力墙可持续应用于建筑结构的重要问题之一。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出了一种可更换边缘构件的装配式剪力墙。基本思想是，在普通的钢筋混凝土剪力墙的墙角挖去一部分的边缘构件，用可更换的边缘构件代替，保证剪力墙整体性能等同于现浇试件，且达到可更换和易于修复的目的。
6.实现本发明目标的技术解决方案为：一种可更换边缘构件的装配式剪力墙，墙体主要包括装配式钢筋混凝土剪力墙体和可更换边缘构件。所述的装配式钢筋混凝土剪力墙两侧的墙角部位预留凹角，墙体部分包含内置的腹板加强钢板以及“l”字形墙角钢垫块。预留凹角处设置可更换边缘构件，所述的边缘构件包括上连接板、下连接板、上端板、高强螺栓、外包矩形钢管、耗能钢板。
7.所述的上、下连接板均为钢板，钢板沿墙长度方向的宽度小于所述的装配式钢筋混凝土剪力墙两侧的预留凹角的宽度20mm；钢板沿墙厚度方向的宽度可小于或等于墙厚。
8.所述的外包矩形钢管尺寸与下连接板的长、宽尺寸一致或更小，高度小于所述装配式钢筋混凝土剪力墙预留凹角的高度。
9.所述的耗能钢板为一字型钢板，置于外包矩形钢管之中，外表面涂硅胶，周围浇筑混凝土。
10.所述的上端板为钢板，其尺寸小于外包矩形钢管内径尺寸5mm。
11.本发明与现有技术相比，具有如下显著特点：
12.1、装配式钢筋混凝土剪力墙性能等同于现浇：在装配式剪力墙的两侧墙角处设置凹角，凹角为墙体被挖掉的立方体块，在凹角处设置可更换构件，在墙体部分设置腹板加强钢板，保证了剪力墙的截面刚度以及承载力，同时在一定程度上提高了剪力墙的耗能能力，
从而提高剪力墙的抗震性能。
13.2、提高了装配式钢筋混凝土剪力墙的震后快速修复的能力：在剪力墙的塑性铰区域范围内设置可更换边缘构件，使其变形集中发生在可更换构件上，墙体部分不发生或者发生微小的变形，震后直接更换边缘构件即可，操作方便。
附图说明
14.图1为本发明的可更换边缘构件装配式剪力墙结构示意图。
15.图2为可更换边缘构件立面图。
16.图3为可更换边缘构件剖面图。
17.图4为可更换边缘构件与墙体的连接示意图。
18.附图标记说明：上部构件1、装配式钢筋混凝土剪力墙2、腹板加强钢板3、可更换边缘构件4、墙角钢垫块5、下部构件6、螺栓孔洞7、上连接板8、上端板9、加劲肋10、耗能钢板11、混凝土12、外包矩形钢管13、下连接板14、螺栓预埋套管15、高强螺栓16。
19.表1附图中标记内容及说明
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具体实施方式
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以下结合附图1—4，详细说明本发明的具体实施方式。
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本发明提出一种可更换边缘构件的装配式剪力墙结构，如图1所示：包括装配式钢筋混凝土剪力墙2、腹板加强钢板3、可更换边缘构件4、墙角钢垫块5以及预埋螺栓套管15；其中装配式钢筋混凝土剪力墙2分别与上部构件1和下部构件6相连接；所述的腹板加强钢板3内置于剪力墙中，弥补了剪力墙因截面削弱而造成的刚度和承载力的减小；所述的墙角钢垫块5为“l”字形，放置于剪力墙的墙角，防止剪力墙在受到外力作用时，墙角部分发生破坏。
[0024]
所述的可更换边缘构件4包括上连接板8、上端板9、加劲肋10、耗能钢板11、混凝土12、外包矩形钢管13、下连接板14、高强螺栓16；其中所述的上连接板8上设有螺栓孔洞7，并通过高强螺栓16与装配式钢筋混凝土剪力墙2中的预埋螺栓套管15相连；所述的下连接板14上也设有螺栓孔洞7，通过高强螺栓与下部构件6中预埋螺栓套管15相连。
[0025]
所述的耗能钢板11两端各设有加劲肋10，增强了钢板平面外的稳定性，防止发生局部破坏；耗能钢板11的中心与上连接板8和下连接板14的中心对齐，通过焊接的方式连接；
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所述的矩形外包钢管13上端打开，下端的中心与下连接板14的中心对齐，通过焊接的方式连接；上连接板8、加劲肋10、耗能钢板11、矩形外包钢管13、下连接板14形成一个整体。
[0027]
在矩形外包钢管13管内浇筑混凝土12，浇筑混凝土12的高度应低于矩形外包钢管13的高度，钢管起到约束混凝土及耗能钢板11的效果；耗能钢板11表面设有硅胶涂层，缓解了耗能钢板11与混凝土12之间的粘结；同时在混凝土上表面放置上端板9，上端板9与耗能钢板11焊接；当可更换边缘构件4受到拉力作用时，耗能钢板11单独被拉伸；当可更换边缘构件4受到压力作用时，由于钢管内混凝土12受到矩形外包钢管13的约束，所以耗能钢板11与混凝土12共同承担压力。
[0028]
本发明专利所提出的可更换边缘构件装配式剪力墙，其刚度和承载力能够基本等同于现浇，解决了传统的装配式剪力墙的抗震性能差的问题；并且，可更换边缘构件装配式剪力墙结构在地震发生时，能够保证变形集中发生在可更换区域，墙体部分不受到破坏。在塑性铰区域发生破坏后，可通过取下连接用的高强螺栓，换上新的可更换边缘构件，实现震后功能的快速恢复，有效减少结构在地震过程中的损坏以及灾后重建的难度和费用，保障使用者的人身财产安全。
[0029]
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种带有可更换边缘构件的装配式剪力墙结构，包括装配式钢筋混凝土的剪力墙，其特征为：所述的剪力墙在墙角两侧预留凹角，凹角为墙体被挖掉的立方体块，腹板墙体设置腹板加强钢板，墙角设置墙角钢垫块，预留凹角处可设置可更换边缘构件；所述的可更换边缘构件包括：上连接板、下连接板、上端板、耗能钢板、外包矩形钢管、混凝土、高强螺栓，上连接板与装配式钢筋混凝土剪力墙与相连；下连接板与下部构件相连；耗能钢板内置于外包矩形钢管之中，两端分别与上连接板和下连接板连接；外包矩形钢管下端与下连接板相连。2.如权利要求1所述的带有可更换边缘构件的装配式剪力墙结构，其特征在于：所述的剪力墙在墙角两侧预留凹角的大小需大于剪力墙塑性铰区域的大小，为边缘构件宽度的1.1-1.2倍；墙角钢垫块为“l”字型。3.如权利要求1所述的带有可更换边缘构件的装配式剪力墙结构，其特征在于：所述的上连接板为钢板，其上下表面预留贯穿的螺栓孔，保证高强螺栓能穿入，与剪力墙相连；所述的下连接板为钢板，其上下表面预留贯穿的螺栓孔，保证高强螺栓能穿入，与下部构件相连。4.如权利要求1所述的带有可更换边缘构件的装配式剪力墙结构，其特征在于：所述的耗能钢板为“一”字型钢板，表面涂硅胶，两端各设置加劲肋，分别与上连接板和下连接板焊接。5.如权利要求1所述的带有可更换边缘构件的装配式剪力墙结构，其特征在于：所述的外包矩形钢管上端开口，下端与下连接板连接，从上端浇筑混凝土。6.如权利要求1所述的带有可更换边缘构件的装配式剪力墙结构，其特征在于：所述的上端板尺寸小于外包矩形钢管的内径尺寸，与耗能钢板焊接，且上端板的位置低于外包矩形钢管5-10mm。

技术总结
本发明公开了一种可更换边缘构件的装配式剪力墙结构，这种装配式剪力墙在两侧墙角塑性区范围内预留凹角，在凹角处设置可更换边缘构件，并在腹板墙体中设置腹板加强钢板，以及在腹板墙墙角设置钢垫块。所述的可更换边缘构件包括：上、下连接板、耗能部分、高强螺栓。其中上、下连接板与耗能部分通过焊接的形式连接成为一个整体，该部分再通过高强螺栓与墙体和下部构件连接起来，共同工作。本发明可以保证装配式剪力墙结构的性能等同于现浇剪力墙结构，并有效的实现了剪力墙的塑性变形控制，使剪力墙的破坏集中在可更换构件区域，达到震后可快速修复的效果。速修复的效果。速修复的效果。


技术研发人员：董晓微 程小卫 杜修力
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2021.10.24
技术公布日：2022/2/15