技术领域
本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种带方形洞口的防屈曲钢板剪力墙。
背景技术
地震灾害具有突发性和毁灭性，严重威胁着人类生命、财产的安全；世界上每年发生破 坏性地震近千次，一次大地震可引起上千亿美元的经济损失，导致几十万人死亡或严重伤残。 我国地处世界上两个最活跃的地震带上，是遭受地震灾害最严重的国家之一，地震造成的人 员伤亡居世界首位，经济损失也十分巨大；地震中建筑物的大量破坏与倒塌，是造成地震灾 害的直接原因；地震发生时，地面振动引起结构的地震反应；对于基础固接于地面的建筑结 构物，其反应沿着高度从下到上逐层放大；由于结构物某部位的地震反应(加速度、速度或位 移)过大，使主体承重结构严重破坏甚至倒塌；或虽然主体结构未破坏，但建筑饰面、装修或 其它非结构配件等毁坏而导致严重损失；或室内昂贵仪器、设备破坏导致严重的损失或次生 灾害；为了避免上述灾害的发生，人们必须对结构体系的地震反应进行控制，并消除结构体 系的“放大器”作用。
20世纪初，日本大森房吉教授提出的计算方法以及佐野利器博士提出的地震系数法均没 有考虑结构的动力特性，后来人们称之为抗震设计的静力理论，为了抗御地震，多倾向于采 用刚强的建筑结构，即“刚性结构体系”，但是这种结构体系很难真正实现，也不经济，只有 极少数的重要建筑物采用这种结构体系；随着社会的发展，建筑物越来越庞大、复杂，人们 对建筑物的安全性有了更高的要求，因此要在合理的经济范围内达到预期的设防目标更加困 难，在安全性与经济性之间，人们面临两难选择；其次，人们对地震的认识还不够，预测结 构物地震反应与其实际地震反应还有一定距离，因而所采取的抗震措施也不完全合理。抗震 理论发展的第一次突破是在20世纪50年代初，美国的MABiot等人提出抗震设计的反应谱 理论；这时人们开始考虑地震动和建筑物之间的动力特性关系，提出了“延性结构体系”。同 最早的设计方法相比，延性设计方法已经带有对能量进行“疏导”的思想，因此它具有一定的 科学性；然而，结构物要终止振动反应，必然要进行能量转换或消耗；这种抗震结构体系， 容许结构及承重构件(柱、梁、节点等)在地震中出现损坏，即依靠结构及承重构件的损坏消 耗大部分能量，往往导致结构构件在地震中严重破坏甚至倒塌，这在一定程度上是不合理也 是不安全的；随着社会的进步和经济的发展，人们对抗震减震、抗风的要求也越来越高，某 些重要的建筑物(如纪念性建筑、装饰昂贵的现代建筑和核电站等)不允许结构构件进入非弹 性状态，使“延性结构体系”的应用日益受到限制，这些都成为结构工程技术人员面临的现实 而重大的课题。各国学者积极致力于新的抗震结构体系的探索和研究，1972年美藉华裔学者 姚治平(JTPYao)教授第一次明确提出了土木工程结构振动控制的概念；姚认为结构的性能能 够通过控制手段加以控制，以使它们在环境荷载作用下，能保持在一个指定的范围内，为确 保安全，结构位移需要限制，从居住者的舒适方面考虑，加速度需要限制；土木工程结构振 动控制可以有效地减轻结构在地震、风、车辆、浪、流、冰等动力作用下的反应和损伤积累， 有效地提高结构的抗震能力和抗灾性能。这样抗震理论又进入了一个新的发展阶段。
钢板剪力墙结构是20世纪70年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系；钢板剪力墙由 内嵌钢板、竖向边缘构件(柱)和水平边缘构件(梁)构成，其整体受力性能类似于底端嵌固 的竖向悬臂梁，其中竖向边缘构件相当于梁翼缘，内嵌钢板相当于梁腹板，水平边缘构件则 可以近似等效为横向加劲肋；内嵌钢板可采用无加劲肋和有加劲肋的构造形式；无加劲的钢 板剪力墙在强震作用下可以充分利用钢板的屈曲后强度，并具有很好的延性和耗能能力。加 劲的钢板剪力墙则能够限制钢板的平面外屈曲，从而提高结构的屈曲承载力，有助于增强结 构在风以及小震作用下的抗侧移刚度并方便施工；与传统的钢框架或者钢框架加混凝土剪力 墙结构体系相比，钢板剪力墙结构具有厚度薄、自重轻、建造速度快和延性好等优点。已有 的研究成果以及工程实例表明，钢板剪力墙是一种非常具有发展潜力的抗侧力体系，尤其适 用于高烈度地震设防区的高层建筑以及抗震加固。在过去的几十年中，各国学者对这种结构 进行了许多试验与理论方面的研究。这些研究都得到了共同的结论：这种结构弹性初始刚度 高、位移延性系数大、滞回性能稳定。
我国关于钢板剪力墙的研究起步较晚，《高层民用建筑钢结构技术规程》附录四关于钢 板墙的计算，认为钢板墙结构仅承受水平荷载，以剪切弹性屈曲强度作为钢板墙的设计极限 状态，没有考虑在轴向荷载作用下钢板墙屈曲的问题。
目前研究开发的耗能钢板墙有中国专利号200810034557.1公开了一种名称为“高层竖向 剪切耗能钢板墙结构体系”发明专利，该结构由于水平抗侧力体系与钢板墙相对滑动困难， 会造成平面内作用力急剧增大，使得水平抗侧力体系无法达到平面外的约束屈曲的作用；另 外，由于水平抗侧力体系往往由于较大的平面外作用，会由于局部受力过大而提前破坏，另 外由于混凝土的抗拉性能极差，因此往往造成水平抗侧力体系的混凝土过早的出现裂缝，丧 失平面外的约束作用，而使该结构的优点无法发挥，耗能能力显著降低；
然而目前一些耗能钢板墙容易产生屈曲，还有一些耗能钢板墙的塑性分布比较集中，不 利于耗能，这些问题都需要得到较好的解决。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种带方形洞口的防屈曲钢板剪力墙，有效解决钢板 屈曲问题，提高结构的耗能能力；利用带方形洞口防屈曲钢板剪力墙的耗能作用减少建筑结 构的地震反应，实现对建筑结构起到很好的保护作用。
一种带方形洞口的防屈曲钢板剪力墙，包括钢梁、钢柱、内填钢板和约束件，其中，所 述的约束件包括：洞口水平槽钢混凝土约束构件、洞口竖直槽钢混凝土约束构件、超薄钢板 混凝土水平约束构件、超薄钢板混凝土竖直约束构件、超薄钢板混凝土斜向约束构件；
所述的内填钢板上下两边分别固定连接钢梁，内填钢板左右两边分别固定连接钢柱；
所述的内填钢板的中心位置设置有方形洞口，且方形洞口的四边与内填钢板的四边平行； 方形洞口的上下两边设置有洞口水平槽钢混凝土约束构件，方形洞口的左右两边设置有洞口 竖直槽钢混凝土约束构件；
所述的内填钢板的正面和背面均分布设置有约束件且分布结构相同，具体为：在方形洞 口与钢梁之间的内填钢板上设置有超薄钢板混凝土水平约束构件；在方形洞口与钢柱之间的 内填钢板上设置有超薄钢板混凝土竖直约束构件；在方形洞口的四角与钢梁钢柱构成的四角 之间的内填钢板上设置有超薄钢板混凝土斜向约束构件。
所述的内填钢板四边设置有角钢。
所述的洞口水平槽钢混凝土约束构件和洞口竖直槽钢混凝土约束构件结构相同，均包括 槽钢、插槽和混凝土，其中，在槽钢内浇筑混凝土，混凝土沿着槽钢的纵向被插槽平均分成 两半。
所述的超薄钢板混凝土水平约束构件、超薄钢板混凝土竖直约束构件和超薄钢板混凝土 斜向约束构件结构相同，均包括混凝土和薄钢筒，所述的混凝土四侧面被薄钢筒包围。
所述的约束件通过螺栓与内填钢板连接。
所述的洞口水平槽钢混凝土约束构件的两端分别沿方形洞口上下边延伸到洞口竖直槽钢 混凝土约束构件上方或下方10～20mm处。
所述的插槽用于插入内填钢板。
本发明优点：
本发明提出一种带方形洞口的防屈曲钢板剪力墙，该剪力墙带具有较大的竖向刚度和水 平刚度，由于采用洞口竖直槽钢混凝土约束构件，使大方形洞口处受到较好的约束，避免的 应力集中而出现的过早破坏，另外，由于约束构件采用薄钢筒，能够较好的保护约束构件， 使各约束构件保持良好的工作作态，因此具有良好的抗震性能和耗能能力；实现了钢板剪力 墙和耗能器合二为一，可广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构的耗能减震；它具有地震作用 下承载能力高、抗侧刚度大、耗能能力强等一系列优越的特性，是一种优越的抗震耗能构件。
附图说明
图1为本发明一种实施例的带方形洞口防屈曲钢板剪力墙结构示意图；
图2为本发明一种实施例的洞口水平槽钢混凝土约束构件端面示意图；
图3为本发明一种实施例的超薄钢板混凝土水平约束构件端面示意图；
图中，1为钢梁；2为钢柱；3为内填钢板；4为方形洞口；5为洞口水平槽钢混凝土约 束构件；6为洞口竖直槽钢混凝土约束构件；7为超薄钢板混凝土水平约束构件；8为超薄钢 板混凝土竖直约束构件；9为超薄钢板混凝土斜向约束构件；10为角钢；11垫板；12为螺栓； 13为螺母；14为槽钢；15为混凝土；16为插槽；17为薄钢筒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
本发明实施例中，如图1所示，带方形洞口的防屈曲钢板剪力墙包括2个钢梁1、2个钢 柱2、内填钢板3和约束件，其中，所述的约束件包括：2个洞口水平槽钢混凝土约束构件5、 2个洞口竖直槽钢混凝土约束构件6、4个超薄钢板混凝土水平约束构件7、4个超薄钢板混 凝土竖直约束构件8、8个超薄钢板混凝土斜向约束构件9；内填钢板3上下两边分别通过螺 母固定连接钢梁1，内填钢板3左右两边分别通过螺母固定连接钢柱2；内填钢板3的中心位 置设置有方形洞口4，且方形洞口4的四边与内填钢板3的四边平行；方形洞口4的上下两 边设置有洞口水平槽钢混凝土约束构件5，方形洞口的左右两边设置有洞口竖直槽钢混凝土 约束构件6，且方形洞口4下侧的水平槽钢混凝土约束构件5的两端沿水平方向分别延伸到 洞口竖直槽钢混凝土约束构件6下方10～20mm处，方形洞口4上侧的水平槽钢混凝土约束构 件5的两端沿水平方向分别延伸到洞口竖直槽钢混凝土约束构件6上方10～20mm处。
图1中，11为垫板；12为螺栓；13为螺母；内填钢板3四边通过螺母固定有角钢10。
本发明实施例中，所述的方形洞口4为大方形洞口，其边长500mm～2000mm。
本发明实施例中，如图1所示，内填钢板3的正面和背面均分布设置有约束件且分布结 构相同，具体为：在方形洞口4上边与上钢梁之间的内填钢板3上通过螺栓固定有1个超薄 钢板混凝土水平约束构件7；在方形洞口4下边与下钢梁之间的内填钢板3上通过螺栓固定 有1个超薄钢板混凝土水平约束构件7；在方形洞口4左边与左钢柱之间的内填钢板3上通 过螺栓固定有1个超薄钢板混凝土竖直约束构件8；在方形洞口4右边与右钢柱之间的内填 钢板3上通过螺栓固定有1个超薄钢板混凝土竖直约束构件8；在方形洞口4的四角与钢梁 钢柱构成的四角之间的内填钢板3上分别通过螺栓固定有1个超薄钢板混凝土斜向约束构件 9。
本发明实施例中，如图2所示，洞口水平槽钢混凝土约束构件和洞口竖直槽钢混凝土约 束构件结构相同，均包括槽钢、插槽和混凝土，其中，在槽钢内浇筑混凝土，混凝土沿着槽 钢的纵向被插槽平均分成两半；插槽16的宽度为5～20mm；方形洞口4的内填钢板3均分别 插入到洞口水平槽钢混凝土约束构件5、洞口竖直槽钢混凝土约束构件6的插槽16，并采用 螺栓连接；
本发明实施例中，如图3所示，所述的超薄钢板混凝土水平约束构件、超薄钢板混凝土 竖直约束构件和超薄钢板混凝土斜向约束构件结构相同，均包括混凝土和薄钢筒(厚度为 0.5-2mm)，所述的混凝土四侧面被薄钢筒包围。
