高楼工程实例：内藏钢板支撑剪力墙

1.设计要点

（1）构成

1）内藏钢板支撑剪力墙是指：以钢板支撑为基本受力杆件，外包钢筋混凝土墙板所形成的预制抗侧力构件（图5-51）。

图5-51 内藏钢板支撑的预制混凝土墙板

2）此类剪力墙仅在内藏支撑的节点处与钢框架相连接；外包的混凝土墙板的周边，与框架梁、柱之间均应留有间隙。

（2）支撑形式

1）内藏钢板支撑依其与框架的连接方式，可做成轴交支撑，也可做成偏交支撑。在高烈度地震区，宜采用偏交支撑。

2）内藏钢板支撑可采用X形支撑、V形支撑、人字形支撑或单斜杆支撑。若采用单斜杆支撑，应在对应的框架柱间成对的对称布置。

（3）设计原则

1）内藏钢板支撑剪力墙在受力特性方面仍属于钢支撑范畴，其基本设计原则可参照普通的钢支撑。

2）内藏钢板支撑斜杆的净截面面积，应根据所承受的剪力按强度条件确定，此时，无须考虑支撑杆件的屈曲影响。

2.构造要求

（1）钢板支撑

1）内藏钢板支撑的斜杆宜采用与框架结构相同的钢材。

2）支撑斜杆的钢板厚度不应小于16mm，且应选用较小的宽厚比，如此，可有效地提高支撑的抗屈曲能力。支撑钢板的宽厚比以15左右为宜。

3）由于混凝土墙板对支撑斜杆端部的侧向约束作用较弱，为了提高支撑斜杆端部的抗屈曲能力，可在支撑钢板端部长度等于其宽度的范围内，沿支撑方向设置构造加劲肋。

4）支撑斜杆端部的节点构造，应力求其截面变化平缓，传力均匀，以避免该处发生应力集中。

5）在支撑斜杆端部1.5倍钢板宽度范围内，不得焊接钢筋，也不得采取任何有利提高局部粘结力的措施。

6）当平卧浇筑混凝土墙板时，应采取措施防止钢板自重引起支撑的初始弯曲。

（2）混凝土墙板

1）混凝土墙板的厚度d_w不应小于下列各项要求：①140mm；②h_w/20；③8t。其中，h_w为墙板的高度，t为支撑斜杆的钢板厚度。

2）混凝土墙板应双面设置钢筋网，每层钢筋网的双向配筋率均不应小于0.4%，且每层钢筋网的水平和竖向钢筋均不应少于6＠100mm。双层钢筋网之间应设置横向连系钢筋，一般不宜少于6＠400mm（双向）。支撑斜杆端部、墙板边缘处，横向连系钢筋还应适当加密。墙板四周，宜设置不小于210mm的周边钢筋（图5-52）。

3）墙板的混凝土强度等级不应小于C20；钢筋网的混凝土保护层厚度不应小于15mm。

图5-52 内藏钢板支撑剪力墙的混凝土墙板构造

4）在钢板支撑端部离墙板边缘1.5倍支撑钢板宽度的范围内，应在混凝土板中设置加强构造钢筋。加强构造钢筋可从下列几种形式中选用：①加密箍筋的钢筋骨架（图5-53a）；②麻花形钢筋（图5-53b）；③螺旋形钢箍。

5）与支撑钢板的厚度相比较，混凝土墙板厚度t_w相对较薄时，为了提高墙板对支撑的侧向约束，也可沿钢板支撑斜杆全长在墙板内设置带状钢筋骨架（图5-53a）。

图5-53 钢板支撑斜杆的加强构造钢筋

a）杆端钢筋骨架 b）杆端麻花形钢筋

6）当支撑钢板端部与墙板边缘不相垂直时，应注意使支撑端部的加强构造钢筋（箍筋），在靠近墙板边缘附近，顺平行于墙板边缘的方向布置，然后逐步过渡到与支撑斜杆垂直（图5-54a）；不能全部垂直于支撑斜杆方向布置（图5-54b），以免在支撑端部形成钢筋空白区，无力控制支撑钢板端部的失稳。

图5-54 支撑斜杆端部的箍筋布置

a）正确布置 b）错误布置(www.xing528.com)

（3）与框架的连接

1）内藏钢板支撑剪力墙仅在支撑节点处（支撑斜杆端头）与钢框架梁相连接。

2）钢板支撑的上节点，应通过钢节点板采用高强度螺栓与其上钢梁下翼缘的连接板相联结；钢板支撑下节点与其下钢梁上翼缘连接件之间应采用坡口全熔透焊缝连接（图5-51）。

3）采用高强度螺栓连接时，每个节点的高强度螺栓不宜少于4个。

4）内藏钢板支撑剪力墙板的顶边与框架梁之间应留有25mm的空隙，墙板两侧边与框架柱之间均应留出不小于25mm的空隙（图5-51）。

5）混凝土墙板两侧边与框架柱的间隙a（图5-51），还应满足下式的要求：

2[u]≤a≤4[u]

式中 [u]——荷载标准值作用下框架的层间侧移容许值。

6）剪力墙墙板下端的缝隙，在浇筑楼板时，应该用混凝土填实。剪力墙墙板顶边与其上框架梁之间的缝隙，以及墙板两侧边与框架柱之间的缝隙，宜采用隔声的弹性绝缘材料填充；并用轻型金属架及耐火板材覆盖。

3.墙板刚度计算

（1）支撑钢板屈服前 内藏钢板支撑剪力墙的侧移刚度K₁，可近似地按下式计算：

α_E＝E_s/E_c

式中 A_br——支撑斜杆的截面面积；

d_w——墙板的厚度；

m——墙板的有效宽度系数，对于X形支撑和人字形支撑，m＝1.77，对于单斜杆支撑，m＝1.08；

α_E——钢材与混凝土弹性模量的比值；

E_s、E_c——分别为钢材和混凝土的弹性模量。

（2）支撑钢板屈服后 内藏钢板支撑剪力墙的侧移刚度K₂，可近似地取：

K₂＝0.1K₁

4.强度验算

（1）墙板截面尺寸 内藏钢板支撑剪力墙的混凝土墙板截面尺寸，应满足下式要求：

V≤0.1f_ccd_wl_w

式中 V——设计荷载下墙板所承受的水平剪力；

l_w、d_w——混凝土墙板的长度和厚度；

f_cc——墙板混凝土的轴心抗压强度设计值，按现行国家标准GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的规定取值。

（2）受剪承载力 内藏钢板支撑的受剪承载力V，可按下式计算：

V＝nA_brfcosθ

式中n——支撑斜杆的根数，单斜杆支撑，n＝1；X形支撑、V形支撑、人字形支撑，n＝2；

A_br——支撑斜杆的截面面积；

θ——支撑斜杆的倾角；

f——支撑钢材的抗拉、抗压强度设计值。

（3）支撑连接强度 内藏钢板支撑剪力墙的连接节点的最大承载力，应大于支撑屈服承载力的120%，以避免在地震作用下连接节点的破坏先于支撑杆件的破坏。