鋼結構廠房剪力墻分類特點與連接形式

鋼結構廠房剪力墻是利用建筑外墻和內墻隔墻位置布置的鋼筋混凝土結構墻，屬于下端固定在基礎頂面上的豎向懸臂板。豎向荷載在墻體內主要產生向下的壓力，側向力在強體中產生水平剪力和彎矩，因為這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洞口，這時應盡量使洞口上下對齊，布置規則，使洞口至強邊及相鄰洞口之間形成墻肢，上下洞口之間形成梁。規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，因而經濟指標較好。而錯洞剪力墻往往受力復雜，洞口角邊容易產生明顯的應力集中，地震中容易發生震害，鋼筋作用得不到充分發揮。

鋼結構廠房中剪力墻可分為鋼筋混凝土剪力墻和鋼板剪力墻。

⑴ 鋼結構廠房鋼筋混凝土剪力墻

目前國內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造

⑵鋼結構廠房 鋼板剪力墻

鋼板剪力墻延性好 耗能能力強， 是一種新型的高層抗側力結構體系 鋼板剪力墻主要承受水平剪力， 不承擔豎向壓力， 需要進行后裝連接設計， 內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在角部，設計中需要采用合理的構造措施避免鋼板剪力墻的角部應力集中。鋼板剪力墻由周邊框架和內嵌鋼板組成， 具有自重輕 安裝方便等特點 研究表明， 鋼板剪力墻可以充分發揮鋼材延展性好 耗能能力強的特點， 結構側向剛度大， 構件延性好， 具有出色的抗震性能， 是一種具有廣闊發展前景的超高層建筑抗側力構件。鋼板剪力墻可分為一般鋼板剪力墻和加筋肋鋼板剪力墻。

一般鋼結構廠房鋼板剪力墻節點連接：

1.內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，不承擔豎向壓力，通常在施工中，鋼板剪力墻在主體結構封頂后才實施全部連接，因此，在鋼板剪力墻的設計中，需要進行后裝連接設計研究。鋼板剪力墻內嵌鋼板與邊緣框架直接連接時，對內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行連接，如圖1所示

圖1連接板連接的鋼板剪力墻

內嵌鋼板與連接板可以采用栓接或焊接。當內嵌鋼板與邊緣框架采用高強螺栓連接時，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用會增加，在設計時還應嚴格控制在設計風荷載和小震作用下不出現滑移， 在推拉反向過程中內嵌鋼板躍越屈曲發出響聲，角部螺栓孔處存在局部變形和滑移現象。Elgaaly進行了鋼板與梁柱四周螺栓連接試件的試驗研究，試件為連接板焊于梁柱，內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。骨架曲線的拐點出現在螺栓滑移螺栓孔處破壞或內嵌鋼板全屈服時。強邊框弱墻板是內嵌鋼板充分發揮拉力提高試件剛度和耗能能力的保證。

鋼板剪力墻內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約造價和節省工期，但是焊接工藝對墻板產生的殘余應力不容易控制。段向勝等對天津津塔鋼板剪力墻進行了焊接應力監測與數值模擬，結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力， 這些焊接殘余應力能導致鋼板內部應力重分配。矩形鋼板剪力墻采用先焊底部后焊兩側的焊接順序得到的焊接應力比先焊左側，再依次焊底部 右側的焊接順序的殘余應力穩定，且應力值較小，殘余應力以拉應力為主加快焊接速度可以在一定程度上降低殘余應力，但是效果不是很明顯。焊接對鋼板剪力墻應力場和溫度場的影響集中在焊縫兩側一定范圍內，在墻四角焊縫位置處各條焊縫起始位置殘余應力較大。

2 避免鋼結構廠房鋼板剪力墻角部應力集中構造措施

在水平推力作用下，鋼板剪力墻薄弱部位出現在角部。從試驗結果看，角部連接處會出現撕裂，角部破壞會影響墻板的整體承載能力。結構設計中應采取加強措施，避免鋼板剪力墻角部應力集中為了研究鋼板剪力墻角部的合理構造Schumacher提出了 4 種角部連接構造( 見圖 2) ，并對 4 種連接方式進行了試驗研究。連接方式 A為內嵌鋼板與梁柱直接焊接; 連接方式 B 為內嵌鋼板通過夾板進行連接， 夾板在轉角處留縫; 連接方式C為內嵌鋼板與柱直接焊接與梁采用夾板連接; 連接方式 D 為內嵌鋼板通過夾板進行連接，夾板在轉角處采用對接焊縫焊接試驗結果表明，連接板與內嵌鋼板采用夾板連接時，容易出現局部屈曲和鋼板撕裂現象，靠近柱子一側比靠近梁一側更容易產生裂縫坡口焊縫連接比角焊縫連接時產生的殘余應力大，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撕裂。

圖 2 角部細部的 4 種連接形式

經過對上述試驗結果的研究，得到如下結論:為了克服角部應力集中，防止角部撕裂， 應盡量將拼接焊縫遠離角部，并在鋼板角部設置圓角或倒角來避免在墻板的角部發生撕裂。在天津國際金融會議酒店工程的鋼板剪力墻設計中，提出了如圖3所示的夾板與內嵌鋼板連接方式，此連接構造方式的夾板在角部設置倒角， 夾板的拼接點盡量遠離角部，以防止墻板在角部發生撕裂。此連接方式對焊接和高強螺栓連接均適用。

圖 3 避免角部應力集中的構造措施

帶豎向加勁肋鋼板剪力墻節點設計

雖然鋼結構廠房鋼板剪力墻具有初始彈性剛度大抗震延性好的優點，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，容易發生屈曲變形，在使用過程中可能會發出響聲由于鋼板剪力墻主要承受水平剪力，不承擔豎向壓力，在鋼結構廠房施工過程中需要滯后安裝但由于經常會與施工進度及室內裝修發生矛盾，鋼板剪力墻難以避免承擔部分結構重力荷載，采用在鋼板剪力墻上設置豎向加勁肋的方式，可以避免鋼板過早出現屈曲變形 目前國內外對帶有豎向加勁肋的鋼板剪力墻的受力機理與設計方法還缺乏系統的理論分析與試驗研究在我國現行鋼結構廠房設計規范中尚無對鋼板剪力墻設計的具體規定， 對鋼板剪力墻設置豎向加勁肋的形式與間距等目前無具體規定