鋼板剪力墻專利技術(shù)初步分析

王夢(mèng)雅

摘 要：本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)鋼板剪力墻專利申請(qǐng)狀況的統(tǒng)計(jì)和分析整理，梳理出有關(guān)鋼板剪力墻的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，以反映出鋼板剪力墻的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，為國(guó)內(nèi)科研單位、高校及相關(guān)企業(yè)對(duì)鋼板剪力墻的進(jìn)一步研究提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：鋼板；剪力墻；專利；分析

Abstract：In this paper，the statistic and analysis of the patent application status of steel plate shear wall in our country are analyzed，and the technical development of steel plate shear wall is combed out，in order to reflect the technical status and development trend of steel plate shear wall.Aiming at providing some reference for the further research of steel plate shear wall in the research institutes，universities and related enterprise.

Keyword： steel plate； shear wall； patents； analysis

1 引言

剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來(lái)代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，能承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來(lái)承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻是在高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的抗側(cè)力構(gòu)件，按照材料的不同可分為鋼筋混凝土剪力墻、鋼板剪力墻和鋼板混凝土組合剪力墻[1]。相比于鋼筋混凝土剪力墻，鋼板剪力墻的尺寸小、自重輕、可以增加房屋的使用面積，降低基礎(chǔ)的造價(jià)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)鋼板剪力墻還具有抗側(cè)剛度大、抗剪承載力高、延性好、耗能能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文將針對(duì)我國(guó)鋼板剪力墻的相關(guān)專利申請(qǐng)進(jìn)行初步分析。

2 鋼板剪力墻的技術(shù)概述

鋼板剪力墻由內(nèi)嵌鋼板及邊緣框架梁、框架柱組成[2]。其內(nèi)嵌鋼板與框架的連接由魚尾板過(guò)渡，即預(yù)先將魚尾板與框架連接，內(nèi)嵌鋼板再與魚尾板焊接或栓接。當(dāng)內(nèi)嵌鋼板沿結(jié)構(gòu)某跨連續(xù)布置時(shí)，即形成鋼板墻體系，鋼板墻的整體受力特性類似于底端固接的豎向懸臂板梁：豎向邊緣構(gòu)件相當(dāng)于翼緣，內(nèi)嵌鋼板相當(dāng)于腹板；水平邊緣構(gòu)件則可近似等效為橫向加勁肋。鋼板剪力墻的詳細(xì)分類及研究方向如下圖2-1所示。

由圖2-1可知，鋼板剪力墻種類較多，鋼板剪力墻可以按照內(nèi)嵌鋼板的厚薄，分為厚鋼板剪力墻和薄鋼板剪力墻；薄鋼板剪力墻，按照是否設(shè)置加勁肋分為加勁鋼板墻和非加勁鋼板墻，在非加勁鋼板墻中還包括墻板兩側(cè)與柱脫開形式、帶豎縫鋼板墻、低屈服點(diǎn)鋼板墻、開洞鋼板墻等多種改進(jìn)形式；按照鋼板表面是否布置混凝土板，鋼板剪力墻可分為鋼板-混凝土組合剪力墻和普通鋼板剪力墻。

按照鋼板與周邊框架的連接情況，可將剪力墻分為兩邊連接、三邊連接以及四邊連接鋼板（組合）剪力墻。由于薄鋼板在形成拉力帶后會(huì)產(chǎn)生較大的水平力作用于框架柱，為保證框架柱不發(fā)生破壞，兩邊連接剪力墻僅與框架梁相連接，放松了鋼板與框架柱之間的聯(lián)系，有效的保證了框架柱不受其影響；根據(jù)工程實(shí)際需要，三邊連接剪力墻僅放松鋼板與一側(cè)柱的連接，其性能介于四邊連接剪力墻與兩邊連接剪力墻之間。兩邊連接剪力墻失去了框架柱對(duì)鋼板的錨固作用，承載能力和耗能能力有一定程度的降低，但可以較為方便的調(diào)整剪力墻在框架中的位置與數(shù)量，便于調(diào)整剛度和承載力，也使框架柱不承擔(dān)剪力墻產(chǎn)生的附加水平荷載。

3 專利申請(qǐng)現(xiàn)狀

3.1 分析方法

本文在檢索時(shí)使用的檢索系統(tǒng)為國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)，選取中國(guó)專利文摘數(shù)據(jù)庫(kù)（CNABS）和中國(guó)專利全文數(shù)據(jù)庫(kù)（CNTXT）作為中文專利申請(qǐng)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)。

在檢索過(guò)程中，主要采用IPC分類號(hào)和關(guān)鍵詞相結(jié)合的方式進(jìn)行。從鋼板剪力墻的結(jié)構(gòu)和功能方面分析，鋼板剪力墻的分類相對(duì)比較分散，主要分在E04B2/56（框架或墩柱結(jié)構(gòu)的墻）及E04B2/58 （帶長(zhǎng)條形金屬構(gòu)件）、E04B2/64（帶長(zhǎng)條形混凝土構(gòu)件）、E04B1/98（防止振動(dòng)或振動(dòng)）及E04H9/02（抗地震或防地面下陷）等領(lǐng)域。在檢索中采用的關(guān)鍵詞有剪力墻，鋼板等，并在檢索過(guò)程中不斷對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行擴(kuò)展，如地震， 抗震等。

3.2 分析結(jié)果

3.2.1申請(qǐng)量

在CNABS中檢索到中國(guó)有關(guān)剪力墻專利申請(qǐng)文獻(xiàn)1774篇，其中主要集中在鋼板剪力墻，加勁鋼板剪力墻，兩側(cè)與柱脫開形式、帶豎縫鋼板剪力墻、低屈服點(diǎn)鋼板剪力墻、開洞鋼板剪力墻等多種改進(jìn)形式，具體涉及到鋼板剪力墻有622篇，鋼板混凝土剪力墻有191篇，帶豎縫鋼板剪力墻有29篇，加勁鋼板剪力墻有93篇，開洞鋼板剪力墻有24篇。2004-2015年每年的申請(qǐng)量趨勢(shì)如圖3-1所示。

從圖中可以看出，有關(guān)鋼板剪力墻的專利申請(qǐng)呈逐年上漲趨勢(shì)，2004年之前對(duì)于鋼板剪力墻的研究較少，專利申請(qǐng)量低， 2010年之后申請(qǐng)量急速上漲，2014年達(dá)到峰值。

3.2.2申請(qǐng)人分布

在CNABS中對(duì)上述有關(guān)鋼板剪力墻的622篇專利申請(qǐng)的申請(qǐng)人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下圖所示：

圖3-2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，鋼板剪力墻相關(guān)專利申請(qǐng)中以高校申請(qǐng)居多，其中北京工業(yè)大學(xué)以28.78%的申請(qǐng)比率位居首位，其次為同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)、清華大學(xué)等，可以看出國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于鋼板剪力墻進(jìn)行了大量的研究；另外還有部分相關(guān)企業(yè)對(duì)鋼板剪力墻的申請(qǐng)量較多，如中國(guó)建筑股份有限公司、浙江杭蕭鋼構(gòu)鼓風(fēng)機(jī)有限公司等，可以看出公司企業(yè)對(duì)剪力墻發(fā)展的推動(dòng)作用，對(duì)于發(fā)展高效抗側(cè)力高層建筑體系具有較的意義。endprint

4 代表性專利

從鋼板剪力墻的不同分類層面分別列舉一些代表性專利。

發(fā)明專利一

專利號(hào)：ZL200410091547.3，專利名稱：防屈曲耗能鋼板剪力墻。

專利權(quán)人：清華大學(xué)，授權(quán)公告日：2006年3月22日。

技術(shù)方案：該防屈曲耗能鋼板剪力墻由內(nèi)嵌鋼板和兩側(cè)外圍混凝土蓋板組成；內(nèi)嵌鋼板采用低屈服點(diǎn)高延性鋼材或高強(qiáng)度高延性鋼材；外圍混凝土蓋板采用一般混凝土板；所述邊緣構(gòu)件由邊緣梁和邊緣柱組成；內(nèi)嵌鋼板與混凝土蓋板之間通過(guò)穿透三塊板的螺栓或預(yù)應(yīng)力螺栓連接，在混凝土蓋板上開橢圓型孔以便螺栓穿過(guò)且有足夠的滑移空間；在混凝土蓋板開孔位置預(yù)埋槽形鋼給予加強(qiáng)，并在加強(qiáng)槽鋼的相應(yīng)位置開橢圓孔，如圖4-1。這種形式的剪力墻通過(guò)在兩側(cè)表面加混凝土蓋板的形式，可以有效的防止鋼板墻面外屈曲，提高鋼板墻的抗側(cè)剛度、耗能及延性性能。

發(fā)明專利二

專利號(hào)：ZL200710175264.0，專利名稱：無(wú)粘結(jié)加勁肋鋼板剪力墻。

專利權(quán)人：清華大學(xué)，授權(quán)公告日：2011年12月28日。

技術(shù)方案：該鋼板剪力墻在內(nèi)嵌鋼板的前、后配置型鋼加勁肋，且型鋼加勁肋與邊緣構(gòu)件之間留一定間隙，如圖4-2。這樣設(shè)計(jì)既能保證加勁肋提供持續(xù)的面外支撐，同時(shí)也大大地改善了鋼板的耗能能力。

發(fā)明專利三

專利號(hào)：ZL201310232404.9，專利名稱：一種兩邊連接側(cè)向加勁不等高開豎縫鋼板剪力。

專利權(quán)人：東南大學(xué)，授權(quán)公告日：2015年10月21日。

技術(shù)方案：該鋼板剪力墻的特征在于帶縫鋼板上端與上端角鋼連接，鋼板下端與下端角鋼連接；帶縫鋼板通過(guò)上端角鋼和下端角鋼分別與上邊緣框架梁和下邊緣框架梁連接；豎縫等間距地分布于帶縫鋼板上，并且豎縫的長(zhǎng)度自外側(cè)向中心遞減，如圖4-3。在鋼板上設(shè)置等間距的豎縫，豎縫按照一定規(guī)律由外側(cè)到中心逐漸減小，這樣的不等高豎縫給高寬比較大的墻板帶來(lái)了更大的抗側(cè)剛度和極限承載力，從而使得高寬比 加大的墻板更容易實(shí)現(xiàn)屈曲前屈服，使之擁有良好的耗能能力。

5 總結(jié)

當(dāng)今時(shí)代，建筑的趨勢(shì)更高、更個(gè)性，新型的鋼板剪力墻體系將會(huì)隨著生活的需要應(yīng)運(yùn)而生。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)鋼板剪力墻專利申請(qǐng)狀況的檢索和分析整理，可以看出，目前對(duì)鋼板剪力墻的研究主要集中在對(duì)內(nèi)嵌鋼板的形狀的變形、加勁肋的設(shè)置及在內(nèi)嵌鋼板上開洞口縫隙等方面。有關(guān)鋼板剪力墻相關(guān)技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)的梳理，為國(guó)內(nèi)科研單位、高校及相關(guān)企業(yè)對(duì)鋼板剪力墻的研究提供一定的參考價(jià)值，有助于其在現(xiàn)有專利資源的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼板剪力墻作進(jìn)一步的研發(fā)創(chuàng)新，共同推進(jìn)高效抗側(cè)力高層建筑體系的向前發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]黃彥軍，帶豎向加勁肋鋼板剪力墻及帶矩形洞口鋼板剪力墻設(shè)計(jì)研究[D].北京.北京交通大學(xué).2013.

[2]郭彥林，周明.鋼板建立墻的分類及性能.建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，26（3）：1-13.endprint