考虑竖向加劲肋共同受力的钢板墙受压稳定承载判断方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑竖向加劲肋共同受力的钢板剪力墙受压稳定承载判断方法。本发明专利技术的钢板剪力墙的受压稳定结果考虑了竖向加劲肋的承载力，得到的钢板剪力墙受压承载力更接近于真实承载力，能有利于有效降低墙体用钢量，降低成本。

【技术实现步骤摘要】
考虑竖向加劲肋共同受力的钢板墙受压稳定承载判断方法
本专利技术属于结构设计
的一种建工结构构件整体稳定处理方法。具体涉及一种考虑竖向加劲肋共同受力的钢板剪力墙受压稳定承载判断方法。
技术介绍
在高层建筑钢结构中，用于抵御风荷载、地震作用等水平力的抗侧力体系主要有混凝土钢板剪力墙、钢支撑、钢板剪力墙等。混凝土钢板剪力墙对结构侧移要求严格，和钢结构一起使用时，钢结构抗侧延性好的优势无法发挥。钢支撑抗侧移性能好，但钢支撑与梁柱之间的连接节点构造复杂，用钢量大，且制作加工成本高，现场施工误差大。同时钢支撑在地震作用下发生屈曲，承载力随侧移的增加而急剧退化，抗震性能不佳。钢板剪力墙由于构件形式简单，连接节点容易实现、受力性能优良等，在多高层钢结构建筑中得到了越来越多的应用。在抗震设计的第二阶段，希望钢板剪力墙有较好的塑性变形来消耗更多的地震能量。而钢板剪力墙纵横向尺度较大，钢板厚度相对较薄，很容易发生失稳而使得抗弯和抗压承载力急剧下降，抗剪承载力则通过发展斜拉力场来得以一部分保留，但是斜拉力场对与之相连的柱子施加了很大的横向荷载，柱子本身有被拉弯及发生平面外弯扭屈曲的可能。目前常用的防止钢板剪力墙失稳的方法有两种。第一种是在钢板剪力墙上设置竖向加劲肋，有纵横两个方向的竖向加劲肋，根据计算需要设置，将钢板剪力墙划分为小方格，降低宽厚比，提高屈曲承载力。第二种方法是在钢板剪力墙外侧固定混凝土板，利用混凝土板的刚度来约束钢板剪力墙，避免钢板剪力墙的屈曲。第一种方法描述的加劲钢板剪力墙，竖向加劲肋与钢板剪力墙焊接在一起，水平力作用下竖向加劲肋和钢板剪力墙协同受力，协同变形。这种钢板剪力墙刚度大，吸收压力，因而容易受压屈曲，钢板的钢材的塑性变形能力得不到较好的开展。第二种方法描述的混凝土约束钢板剪力墙，混凝土板和钢板之间为了很好的固定，需要在钢板剪力墙上开孔或焊接螺栓，通过螺栓将两侧混凝土板固定在钢板墙上。这种构造连接复杂，需要在工厂制作成品构件，运输和安装要求高。在施工过程中，常采用钢板剪力墙与钢梁后焊的方式来保证其不承受过多的竖向荷载，这给施工带来工期的推后，而且不能彻底免除钢板剪力墙承受后续的恒载和活载，在结构受侧向力过程中也承受一定的竖向荷载和弯矩。
技术实现思路
现有技术中钢板剪力墙的竖向加劲肋不参与受力，仅对钢板剪力墙的面外稳定性提供支持，因此没有充分利用竖向加劲肋自身的承载力。为促进钢板剪力墙在工程中的应用，本专利技术提供一种考虑竖向加劲肋共同受力的钢板剪力墙受压稳定承载判断方法，该方法将钢板剪力墙的有效宽度部分与竖向加劲肋本身作为整体压杆组合截面进行压杆承载力的判断处理，简单可行，适用于单侧竖向加劲肋和双侧竖向加劲肋，易于被工程设计人员掌握。本专利技术采用的技术方案是：如图1所示，所述钢板剪力墙上设置有竖向加劲肋，多根竖向加劲肋沿水平间隔布置，每根竖向加劲肋焊接于钢板剪力墙侧面；由竖向加劲肋和钢板剪力墙共同承受竖向压力，将钢板剪力墙的有效宽度部分与竖向加劲肋本身组成作为压杆组合截面，按下列公式处理根据压杆组合截面判断钢板剪力墙受压稳定的整体稳定性：式中：σcs——压力作用下压杆组合截面的竖向应力；ax——区格净宽；tp——根据压杆组合截面面积得到的钢板剪力墙厚度；ts——竖向加劲肋厚度；bs——竖向加劲肋宽度；ds——竖向加劲肋截面高度；Nu——压杆组合截面的最大受压承载力；若满足上述公式，则钢板剪力墙受压稳定；若不满足上述公式，则钢板剪力墙不受压稳定。所述的区格为相邻竖向加劲肋之间的钢板剪力墙的区域。所述的压杆组合截面的最大受压承载力Nu计算为：A＝tpβ+2dsts+bsts式中：A——压杆组合截面面积；——压杆组合截面的稳定系数；——压杆组合截面的正则化长细比；β——有效宽度系数；f——钢材抗压强度设计值；所述的有效宽度系数β计算为：式中：ρsp，σ——区格的计算折减系数；λσ，sp——竖向加劲肋截面与压杆组合截面的弹性屈曲应力比值的平方根。所述的钢板剪力墙构筑在钢梁和钢柱之间。钢板剪力墙的有效宽度部分是指竖向加劲肋两侧相邻附近的钢板剪力墙部分，竖向加劲肋单侧附近的钢板剪力墙部分宽度为tpβ。本专利技术由两侧宽度tpβ的钢板剪力墙和竖向加劲肋一起构成了压杆组合截面。所述有效宽度系数β按照以下方法优化处理获得：1)初始取为然后按照以下公式计算竖向加劲肋的门槛刚度γy,σth：ψσy＝1.34+0.3tanh(2.89αsp-1.73)式中：kσ,panel——区格竖向受压屈曲系数；γy——竖向加劲肋刚度；γy,σth——竖向加劲肋的门槛刚度；χ——嵌固系数；kσ0——未加劲钢板墙的屈曲系数；ν——泊松比；αsp——区格净宽与墙高度的比值；ψσy——与区格净宽和墙高度比值有关的系数；σcr,e0——未加劲钢板墙的受压屈曲应力；As——钢板剪力墙的面积；然后对加劲肋的门槛刚度γy,σth进行判断和进一步处理获得钢板剪力墙的竖向受压弹性屈曲应力σcr：当γy≥γy,σth时，当γy＜γy,σth时，式中：σcr,sp,e、kσ,panel、σcr,e0、γy分别表示竖向加劲肋的刚度高于门槛刚度时对应的小区格竖向受压弹性屈曲应力、小区格屈曲系数、未加劲钢板墙受压屈曲应力、竖向加劲肋刚度；2)然后按照以下公式更新有效宽度系数β：式中：λσ,sp——竖向加劲肋截面与压杆组合截面的弹性屈曲应力比值的平方根；σcri——竖向加劲肋作为压杆的弹性临界应力；σcr——设置竖向加劲肋的钢板剪力墙的竖向受压弹性屈曲应力；β——长度放大系数的计算值，与上述估算值对比迭代；ρsp,σ——区格的折减系数；3)不断迭代上述步骤1)和2)，直到当前次迭代获得的有效宽度系数β与上一次迭代获得的有效宽度系数β之间的误差相差在0.1％以内时结束迭代，以最后获得的次迭代获得的有效宽度系数β作为最终结果。本专利技术的有益效果体现在：1、钢板剪力墙的受压稳定结果考虑了竖向加劲肋的承载力，因此得到的钢板剪力墙受压承载力更接近于真实承载力。2、对单侧竖向加劲肋和双侧对称竖向加劲肋提出统一的处理方法，是把钢板剪力墙的有效宽度部分与竖向加劲肋作为整体进行压杆承载力的判断。3、与现有技术相比，钢板剪力墙的受压承载力计算值可提高15％～50％，可有效降低墙体用钢量，降低成本效益。本专利技术可广泛应用于各类钢结构建筑的抗侧力体系——钢板剪力墙的搭建。...

【技术保护点】
1.一种考虑竖向加劲肋共同受力的钢板剪力墙受压稳定承载判断方法，其特征在于：所述钢板剪力墙上设置有竖向加劲肋，多根竖向加劲肋沿水平间隔布置，每根竖向加劲肋焊接于钢板剪力墙侧面；由竖向加劲肋和钢板剪力墙共同承受竖向压力，将钢板剪力墙的有效宽度部分与竖向加劲肋本身组成作为压杆组合截面，按下列公式处理根据压杆组合截面判断钢板剪力墙受压稳定的整体稳定性：/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑竖向加劲肋共同受力的钢板剪力墙受压稳定承载判断方法，其特征在于：所述钢板剪力墙上设置有竖向加劲肋，多根竖向加劲肋沿水平间隔布置，每根竖向加劲肋焊接于钢板剪力墙侧面；由竖向加劲肋和钢板剪力墙共同承受竖向压力，将钢板剪力墙的有效宽度部分与竖向加劲肋本身组成作为压杆组合截面，按下列公式处理根据压杆组合截面判断钢板剪力墙受压稳定的整体稳定性：



式中：
σcs——压力作用下压杆组合截面的竖向应力；
ax——区格净宽；
tp——根据压杆组合截面面积得到的钢板剪力墙厚度；
ts——竖向加劲肋厚度；
bs——竖向加劲肋宽度；
ds——竖向加劲肋截面高度；
Nu——压杆组合截面的最大受压承载力；
若满足上述公式，则钢板剪力墙受压稳定；
若不满足上述公式，则钢板剪力墙不受压稳定。


2.根据权利要求1所述的一种考虑竖向加劲肋共同受力的钢板剪力墙受压稳定承载判断方法，其特征在于：所述的区格为相邻竖向加劲肋之间的钢板剪力墙的区域。


3.根据权利要求1所述的一种考虑竖向加劲肋共同受力的钢板剪力墙受压稳定承载判断方法，其特征在于：所述的压杆组合截面的最大受压承载力Nu计算为：






A＝tpβ+2dsts+bsts
式中：
A——压杆组合截面面积；

——压杆组合截面的稳定系数；

——压杆组合截面的正则化长细比；
β——有效宽度系数；
f——钢材抗压强度设计值。


4.根据权利要求3所述的一种考虑竖向加劲肋共同受力的钢板剪力墙受压稳定承载判断方法，其特征在于：所述的有效宽度系数β计算为：






式中：
ρsp，σ——区格的计算折减系数；
λσ，sp——竖向加劲肋截面与压杆组合截面的弹性屈曲应力比值的平方根。


5.根据权利要求1所述的一种考虑竖向加劲肋共同受力的钢板剪力墙受压稳定承载判断方法，其特征在于：所述的钢板剪力墙构筑在钢梁和...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永斌，付波，杜小艺，童根树，孙浩，
申请(专利权)人：杭州铁木辛柯建筑结构设计事务所有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33