灵活的布置方式，卓越的抗震性能 同济大学多高层钢结构及钢结构抗火研究室 防屈曲抗震耗能钢板墙防屈曲抗震耗能钢板墙 Buckling Restrained Steel Plate Shear Wall 钢板 屈曲约束 装置 钢板 屈曲约束 装置 什么是防屈曲钢板抗震耗能墙？ 一种新型抗侧力耗能构件，以普通钢板或低屈服点钢作为核 心抗侧力构件，钢板两侧通过特殊装置约束平面外屈曲。 小震下，耗能墙弹性工作，具有很大的结构抗侧刚度；大震 或中震下，耗能墙通过良好的屈服塑性变形，具有优越的耗 能减震能力！ 耗能墙既可用于钢结构，也可用于混凝土结构；既可用于新 建项目，也可用于既有改造项目； 框架柱 框架梁 屈曲约束板 无粘结材料 开圆孔钢板 连接键 普通钢板剪力墙 在侧向力作用下，极易发生平面外屈曲，不能充分发挥钢板墙 的承载力。 在往复荷载作用下，滞回曲线有比较严重的捏拢现象，不利于 耗能减震 钢板需要配置额外的防火保护、以及防护措施 普通钢板剪力墙 普通钢板剪力墙的屈曲普通钢板剪力墙的滞回曲线捏拢现象 -35 -25 -15 -5 5 15 25 35 -35-25-15-55152535 Displacement (mm) Load (kN) 两边连接普通钢板剪力墙 防屈曲钢板抗震耗能墙的优点 弹性阶段可提供较大刚度，侧向力作用下，钢板不屈曲， 只屈服，可以充分发挥钢板墙的承载力 在往复侧向力作用下，滞回曲线饱满，可在中震或大震 下，起耗能减震作用 耗能墙钢板两侧的约束装置采用不燃材料，钢板墙不需 要另外采取防火保护措施 可以同时作为建筑隔墙，易与建筑设计取得协调 从上世纪90年代起研制的防屈曲耗能钢板墙，目前已经开始 应用于实际工程。 X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z MNMXX Y Z IC140滞回曲线 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 -30-20-100102030 位移(mm) 荷载(kN) IC140 防屈曲钢板抗震耗能墙低屈服点钢材的性能 序号类型 屈服承载力 （KN） 屈服位移 (mm) 1TJ-BRSW-50-15001 2TJ-BRSW-50-25002 3TJ-BRSW-100-110001 4TJ-BRSW-100-210002 5TJ-BRSW-150-115001 6TJ-BRSW-150-215002 7TJ-BRSW-200-120001 8TJ-BRSW-200-220002 9TJ-BRSW-250-125001 10TJ-BRSW-250-225002 序号类型 屈服承载力 （KN） 屈服位移 (mm) 11TJ-BRSW-300-130001 12TJ-BRSW-300-230002 13TJ-BRSW-350-135001 14TJ-BRSW-350-235002 15TJ-BRSW-400-140001 16TJ-BRSW-400-240002 17TJ-BRSW-450-145001 18TJ-BRSW-450-245002 19TJ-BRSW-500-150001 20TJ-BRSW-500-250002 防屈曲钢板抗震耗能墙产品系列 钢材板厚 屈服强度 （MPa） 抗拉强度 （MPa） 屈强比 （%） 伸长率 （%） 0度冲击功 （Akv，J） 160 规定值16020220-320804527 20mm板试验值161、176294、29855、6068、72250、282 40mm板试验值1502855361277 225 规定值22520300-400804027 30mm板试验值216、219311、30770、7245、4745、51 55mm板试验值225、210315、31571、6745、45125、252 表1 低屈服点钢160、225的力学性能 表2 防屈曲耗能钢板墙规格型号表 防屈曲耗能钢板墙的核心钢材采用低屈服点钢材和Q235等级钢材制造。 低屈服点钢材俗称软钢，具有良好的抗低周疲劳性能，伸长率大，塑性变形 能力较强，在进入塑性状态后具有良好的滞回特性，可在弹塑性滞回变形过 程中能吸收大量的能量。国产低屈服点钢板的材料力学性能见表1。 * 防屈曲耗能钢板墙可根据项目实际情况进行定制设计和生产。 防屈曲钢板抗震耗能墙的简化设计模型 等效支撑偏心距e 等效支撑的截面积Ab 等效支撑的屈服承载力Qyb 耗能墙等效交叉支撑模型 等效参数： 当墙与柱的距离 l 700mm 时，e=50mm 当墙与柱的距离 l 700mm 时，60 700 800 5 . 3 700 l Bl lB lB e 2 A 2cos b b Kl E 0 ee B b H 顶梁 底梁 框架柱 钢 板 墙 K为耗能墙初始侧向刚度 E为钢板弹性模量 cos2 yw yb Q Q Qyb为耗能墙的屈服承载力 防屈曲钢板抗震耗能墙的力学指标 抗侧刚度 H B h0hrhrhshs bsb0bs B r R型耗能墙的钢板I型耗能墙的钢板 3 36 . 2 )(6 . 2 Et B H B H Et K 两边连接耗能墙 两边连接屈曲约束钢板剪力墙的刚度只和高宽比和厚度有关 R型钢板墙高宽比 I型钢板墙的修正高宽比 B H 0 b H 0 0 2 0 ) )(4 053. 1 (b bH bbh b sss 屈服承载力 222 pyp pp y MHQ QM Q Mp为钢板纯弯曲屈服时的塑性弯矩 Qp为钢板纯剪切屈服时的塑性剪力 Hy为钢板墙达到屈服强度时，钢板进入屈服应力的范围 R型钢板墙: Hy=0.4H I型钢板墙: ) 2 (88. 0 ssy bh H H 防屈曲钢板抗震耗能墙的简化设计模型 等效支撑屈服应力fy 等效支撑的截面积Ab 等效支撑的屈服承载力Qyb 四边连接耗能墙等效交叉支撑模型 等效参数： K 为耗能墙初始侧向刚度 E 为钢材的弹性模量 ybyw QQ Qyw 为耗能墙的屈服承载力 sinsin2 b KH A E sin2 1.2 sin2 yy ff 为耗能墙钢板开圆孔的折减系数 为 拉力场与竖向夹角，一般取45 顶梁 底梁 柱 支撑支撑 防屈曲钢板抗震耗能墙的力学指标 抗侧刚度 四边连接耗能墙 屈服承载力 222 1.44sincosELt K H 为耗能墙考虑钢板开圆孔的折减系数 为拉力场与竖向夹角，一般取45 t为钢板厚度 E 为钢材的弹性模量 0.6sin2 yy Qf Lt fy为钢板屈服强度 钢板 屈曲约束板 圆孔 两边连接耗能墙与框架的连接： 连接方式I 焊接连接 工序1： 在顶梁下翼缘 焊连接板1 工序2： 将墙板焊在底 梁上 工序3： 在顶梁下翼缘 焊连接板2，夹 紧墙板 工序4：绑扎楼板钢筋和浇筑楼板 工序5： 上部结构完工 或部分完工后， 将墙板焊在连 接板1、2上 连接板1 墙板开圆孔以使楼板 钢筋通过 连接板2 焊缝 新增两道焊缝 墙板 两边连接耗能墙与框架的连接： 连接方式II 螺栓连接 工序1： 在顶梁下翼缘 焊接开有长圆 孔的连接板 工序2：将墙 板焊在底梁上 工序3： 将墙板上端与 连接板用个别 螺栓初拧固定 工序4：绑扎楼板钢筋和浇筑楼板 工序5：上部结构完工或部分完工后，将 耗能墙钢板与连接板用高强螺栓拧紧 墙板开圆孔以使楼 板钢筋通过 焊缝 连 接 板 焊缝 螺栓初拧 四边连接耗能墙与框架的连接： 连接方式 焊接连接 工序1： 在顶梁下翼缘 焊连接板1 工序2： 将耗能墙焊在 底梁与柱上 工序3： 在顶梁下翼缘 焊连接板2 工序4：绑扎楼板钢筋和浇筑楼板 工序5： 上部结构完工 或部分完工后， 将钢板焊在连 接板1、2上 连接板1 墙板上用于贯通楼板 钢筋的圆孔 连接板2 焊缝 新增两道焊缝 墙板 底梁 Nippon Steel Building/20层/1970/日本东京 日本第一幢钢板墙建筑，也是世界上第一幢同类型结构体系的建 筑物。该建筑横向采用了由五榀H形钢板墙组成的抗侧力体系：钢 板尺寸约为3 700 mm2 750 rnm，纵横方向均设置槽钢加劲肋， 钢板厚度从4.512 mm不等，与周边框架焊接，钢板两侧外包50 mm厚防火材料。 该楼于1988年建成，经受了 1995年阪神大地震。研究人员 在震后的调查中发现，该建筑 物未出现任何明显的结构破坏， 仅在26层发生了加劲钢板墙的 局部屈曲；屋顶部位在正北、 正西方向的侧移分别只有225 mm和35 mm。而紧邻其前的 八层钢筋混凝土建筑，其中一 层被压扁，上部三层整体坍塌 并水平滑出较大距离。 Kobe Office Building/35层/1988/日本神户 钢板剪力墙的工程应用 该建筑底部两层为钢筋混凝 土剪力墙，上部四层采用了 钢板墙结构体系，钢板厚度 1619mm。经历了1987年 Whittier地震和1994 年 Northridge 大地震。在1994 年Northridge地震中，楼内的 记录装置显示的数据表明： Sylmar County Hospital/6层/1971/美国加州 顶部最大加速度1.71g，最大速度140 cm/s，由此产生的基底剪力是 设计值的数倍。 对该楼的震害调查发现，主要受力构件并没有发生破坏，仅有钢板 四周一些焊缝发生微小裂纹。 该建筑整体平面呈弧形，且建筑 立面由多个高度不同的部分组成 长轴方向采用钢框架-支撑体系， 短轴方向采用钢板墙。采用钢板 墙方案主要基于以下原因： 建筑方面：若采用钢框架，构件 断面尺寸会很大，减少了使用空 间；若两个方向均采用钢支撑框 架，则需要外包很厚的墙体，同 样占用宝贵的空间。 施工方面：由于建筑物不规则，建造商不愿采用钢筋混凝土框架结 构，而且该体系又因较长的混凝土施工周期而影响整个工程的进度。 经济性：经分析比较，钢板墙体系比采用钢框架结构体系耗钢量大 约减少1/3。 Hyatt Regency Hotel/50层/美国德州达拉斯 钢板剪力墙的工程应用 United States Federal Courthouse/美国/24层 The Century, San Francisco/美国/46层 Shinjuku Nomura Building/日本/51层 Saitama-Shintoshin National Government Building/日本/26层 施工中的钢板剪力墙结 构/加拿大魁北克/6层 钢板剪力墙的工程应用