2012年9月下第41卷第373期施工技术CONSTRUCTION TECHNOLOGY1钢板剪力墙结构设计与施工模拟技术范重，刘学林，黄彦军，李丽，曹禾（中国建筑设计研究院，北京100044）［摘要］钢板剪力墙延性好、耗能能力强，是一种新型的高层抗侧力结构体系。

钢板剪力墙主要承受水平剪力，不承担竖向压力，需要进行后装连接设计，内嵌墙板与连接板可以采用栓接或焊接。

钢板剪力墙的薄弱部位出现在角部，设计中需要采用合理的构造措施避免钢板剪力墙的角部应力集中。

钢板剪力墙与现浇混凝土楼板的连接构造需要满足内嵌钢板的后安装要求，同时也不影响现浇混凝土楼板的正常施工。

利用不同形式的加劲肋可以延缓内嵌钢板的屈曲，提高钢板剪力墙的极限承载力和延性。

对加劲肋的效能进行了分析对比，并结合钢板剪力墙的实际工程进行了不同施工方案的施工模拟，分析了钢管混凝土浇筑时间对钢板剪力墙内力和变形的影响，得到了合理的施工安装顺序。

［关键词］高层建筑；钢板剪力墙；后安装；连接构造；加劲肋；施工模拟［中图分类号］TU318［文献标识码］A［文章编号］1002-8498（2012）18-0001-08The Structural Design of Steel Plate Shear Wall and Construction Simulation TechnologyFan Zhong ，Liu Xuelin ，Huang Yanjun ，Li Li ，Cao He（China Architecture Design ＆Research Group ，Beijing100044，China ）Abstract ：With good ductility and dissipation energy capability ，steel plate shear wall （SPSW ）is an innovative lateral loading-resisting system．SPSW is suffered with horizontal shear force and do not bear vertical pressure．It needs afterloading connection design．Bolted connection and welded connection are used in the design of connection between infill plate and fish plate．Weak part of steel plate shear wall is easy to occur in the corner．Appropriate constructional measures must be taken to avoid stress concentration．Connection of SPSW and cast-in-place concrete floor is needed to meet the requirement of afterloading and does not hamper normal construction．Buckling of infill plate can be delayed by stiffener．Ultimate bearing capacity and ductility can be improved．This paper presents the comparative analysis of stiffener efficiency．Construction simulation is discussed based on practical engineering．Reasonable construction procedure is obtained through analyzing concrete filled steel tube ’s influence on internal force and deformation of SPSW．Key words ：tall buildings ；steel plate shear wall ；post-installation ；connection detail ；stiffener ；construction simulation ［收稿日期］2012-08-25［基金项目］中国建筑设计研究院（集团）课题：钢板剪力墙结构设计方法研究与应用（Y2011018）［作者简介］范重，教授级高级工程师，E-mail ：fanz@cadg．cn 1工程概况天津国际金融会议酒店位于天津滨海新区于家堡金融区起步区一期03-04地块，地下2层，地上12层，总高约60m 。

该工程建筑造型独特，建筑功能多样，酒店客房和公寓环向设置在外侧，会议室、汇报厅、宴会厅和博物馆设置在中央，形成45m 大跨度空间。

建筑顶部用大跨度屋盖将两个塔楼连接为一个整体。

由于在不同标高均需要大空间，在多处形成跃层结构。

围绕四季厅的超大面积玻璃幕墙，形成东西通透的建筑效果，如图1a 所示。

天津金融会议酒店为多层大跨度复杂结构，主体结构由8个结构筒体+大跨度桁架梁与周边的钢管混凝土柱+H 型钢梁框架构成，结构剖面如图1b 所示。

结构筒体内部主要作为电梯使用空间，是竖向承重与抗侧力的主要构件。

地下部分采用钢筋混凝土结构，地上部分采用由钢板剪力墙筒体+桁架形成的巨型框架与钢管混凝土柱+H 型钢梁框架2施工技术第41卷形成的双重抗侧力体系，屋盖采用钢桁架结构［1］。

图1天津国际金融会议酒店Fig．1Tianjin international financialconference center and hotel在进行筒体设计时，首先由钢管混凝土柱、H型钢梁形成边框，然后在其中镶嵌钢板剪力墙形成筒体。

结构的整体性、刚度与延性显著提高；钢管混凝土柱主要承担竖向力，充分发挥其组合构件承载力高、性能优越的特点；钢板剪力墙仅承担水平剪力，在钢板表面设置槽形加劲肋，可以避免过早发生局部屈曲。

钢板剪力墙筒体抗震性能优越，变形能力大，耗能能力强，与各类钢构件连接方便，对超长结构温度变化适应能力强，施工工期较短。

2国内外研究情况钢板剪力墙是20世纪70年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系，其主要作用是提供结构的侧向刚度、抗剪强度和抗震延性。

钢板剪力墙由周边框架和内嵌钢板组成，具有自重轻、安装方便等特点。

研究表明，钢板剪力墙可以充分发挥钢材延展性好、耗能能力强的特点，结构侧向刚度大，构件延性好，具有出色的抗震性能，是一种具有广阔发展前景的超高层建筑抗侧力构件［2］。

鉴于钢板剪力墙的优越性能，加拿大规范［3］（Limit states design of steel structures，CAN/ CSAS16—2001）与美国规范［4］（Seismic provisions for structural steel buildings，ANSI/AISC341—2005）均增加了钢板剪力墙的相关条款。

钢板剪力墙可以按照是否设置加劲肋分为非加劲钢剪力板墙和加劲钢板剪力墙，如图2所示。

钢板剪力墙自身延性非常好，延性系数在8 13［5］，不会发生钢板剪力墙承载力明显下降的情图2常见钢板剪力墙Fig．2Common steel plate shear walls况，外框架分担的水平力不会相应发生很大变化，有利于实现结构多道抗震设防的设计理念。

由于钢板剪力墙的厚度比钢筋混凝土墙体小得多，可有效降低结构自重，减小地震响应与基础工程费用，增加建筑有效使用面积。

由于钢板剪力墙具有很强的变形能力，与钢结构、钢管混凝土结构的变形能力相匹配，可以共同构成以钢结构为主要抗侧力构件的结构体系，具有很广阔的应用前景。

为了克服钢板剪力墙局部屈曲荷载低、刚度下降快的缺点，工程上常采用在钢板剪力墙上设置加劲肋的方式，可以有效提高屈曲强度和承载力，改善构件的延性性能。

钢板墙在对角线方向受力最大，在中部受力较小。

无加劲肋墙板角部受力非常集中，设置加劲肋后，钢板剪力墙的屈曲临界荷载有效提高，钢板的屈曲变形受到抑制，墙板受力比较均匀，使其在弹塑性范围内具有稳定饱满的滞回曲线，克服无加劲肋时薄钢板剪力墙滞回曲线的“捏拢”现象。

3钢板剪力墙设计中存在的问题由于钢板剪力墙主要承受水平剪力，不承担竖向压力，在钢结构施工安装时需要采取后安装的方法来避免内嵌墙板承受过多的竖向荷载，在结构整体计算模型中，须通过施工过程模拟准确反映钢板剪力墙安装滞后对其他结构构件的影响［6］。

钢板剪力墙与边缘框架通过连接板进行连接，内嵌墙板与连接板可以采用栓接或焊接。

当采用高强螺栓连接时，对加工制作与安装施工的精度要求很高，设计时还应严格控制在设计风荷载和小震作用下不出现滑移。

采用焊接时，加工制作简单，对施工精度要求较低，可通过在钢板角部设置圆弧的方法2012No．373范重等：钢板剪力墙结构设计与施工模拟技术3避免在墙板角部发生撕裂。

钢板剪力墙设计中需要考虑受力合理和连接方便的构造，以提高施工速度，形成成熟的工法，制定相应的施工验收标准。

目前国内结构设计规范对带竖向加劲肋钢板剪力墙尚无明确规定，国内外对于开洞钢板剪力墙设计、施工缺乏相关经验。

为了确保钢板剪力墙设计的安全性与合理性，需要对钢板剪力墙的设计与施工方法进行深入研究。

现阶段国内外对钢板剪力墙的研究，均假定钢板剪力墙只承受水平力作用，竖向荷载完全由周边框架柱承担，这与实际工程中的受力情况不符，在高层建筑施工过程中，钢板剪力墙会不可避免地承受上部结构带来的竖向荷载，在承受竖向荷载后，其受力和破坏以及对加劲肋的要求与纯剪状态下不同；因此，对考虑竖向荷载的加劲钢板墙需要进行屈曲研究。

另外，工程实践中为实现开窗洞、开门洞、开通道和管线集中穿越等建筑使用功能，结构设计中需要采用开洞带肋组合钢板剪力墙作为抗侧力构件的方案，目前国内外对于此类钢板剪力墙尚未见到系统的研究。

4钢板剪力墙设计中关键问题的解决方案4.1内嵌钢板与边缘框架连接方式由于钢板剪力墙主要承受水平剪力，不承担竖向压力，通常在施工中，钢板剪力墙在主体结构封顶后才实施全部连接，因此，在钢板剪力墙的设计中，需要进行后装连接设计研究。

钢板剪力墙内嵌钢板与边缘框架直接连接时，对内嵌钢板和边缘框架的加工制作和安装施工的精度要求非常高，因此，钢板剪力墙与边缘框架均通过连接板进行连接，如图3所示。

图3连接板连接的钢板剪力墙Fig．3Steel plate shear wall using fish plates内嵌钢板与连接板可以采用栓接或焊接。