鋼板剪力墻專利技術初步分析

王夢雅

摘 要：本文通過對國內鋼板剪力墻專利申請狀況的統計和分析整理，梳理出有關鋼板剪力墻的技術發展脈絡，以反映出鋼板剪力墻的技術現狀和發展趨勢，為國內科研單位、高校及相關企業對鋼板剪力墻的進一步研究提供一定的參考。

關鍵詞：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

剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構稱為剪力墻結構。剪力墻是在高層建筑結構中應用最為廣泛的抗側力構件，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，降低基礎的造價，具有良好的經濟效益，同時鋼板剪力墻還具有抗側剛度大、抗剪承載力高、延性好、耗能能力強等優點。本文將針對我國鋼板剪力墻的相關專利申請進行初步分析。

2 鋼板剪力墻的技術概述

鋼板剪力墻由內嵌鋼板及邊緣框架梁、框架柱組成[2]。其內嵌鋼板與框架的連接由魚尾板過渡，即預先將魚尾板與框架連接，內嵌鋼板再與魚尾板焊接或栓接。當內嵌鋼板沿結構某跨連續布置時，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：豎向邊緣構件相當于翼緣，內嵌鋼板相當于腹板；水平邊緣構件則可近似等效為橫向加勁肋。鋼板剪力墻的詳細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與柱脫開形式、帶豎縫鋼板墻、低屈服點鋼板墻、開洞鋼板墻等多種改進形式；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產生較大的水平力作用于框架柱，為保證框架柱不發生破壞，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系，有效的保證了框架柱不受其影響；根據工程實際需要，三邊連接剪力墻僅放松鋼板與一側柱的連接，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整剪力墻在框架中的位置與數量，便于調整剛度和承載力，也使框架柱不承擔剪力墻產生的附加水平荷載。

3 專利申請現狀

3.1 分析方法

本文在檢索時使用的檢索系統為國家知識產權局的專利檢索與服務系統，選取中國專利文摘數據庫（CNABS）和中國專利全文數據庫（CNTXT）作為中文專利申請檢索數據庫。

在檢索過程中，主要采用IPC分類號和關鍵詞相結合的方式進行。從鋼板剪力墻的結構和功能方面分析，鋼板剪力墻的分類相對比較分散，主要分在E04B2/56（框架或墩柱結構的墻）及E04B2/58 （帶長條形金屬構件）、E04B2/64（帶長條形混凝土構件）、E04B1/98（防止振動或振動）及E04H9/02（抗地震或防地面下陷）等領域。在檢索中采用的關鍵詞有剪力墻，鋼板等，并在檢索過程中不斷對關鍵詞進行擴展，如地震， 抗震等。

3.2 分析結果

3.2.1申請量

在CNABS中檢索到中國有關剪力墻專利申請文獻1774篇，其中主要集中在鋼板剪力墻，加勁鋼板剪力墻，兩側與柱脫開形式、帶豎縫鋼板剪力墻、低屈服點鋼板剪力墻、開洞鋼板剪力墻等多種改進形式，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年每年的申請量趨勢如圖3-1所示。

從圖中可以看出，有關鋼板剪力墻的專利申請呈逐年上漲趨勢，2004年之前對于鋼板剪力墻的研究較少，專利申請量低， 2010年之后申請量急速上漲，2014年達到峰值。

3.2.2申請人分布

在CNABS中對上述有關鋼板剪力墻的622篇專利申請的申請人進行統計，統計結果如下圖所示：

圖3-2的統計結果顯示，鋼板剪力墻相關專利申請中以高校申請居多，其中北京工業大學以28.78%的申請比率位居首位，其次為同濟大學、東南大學、清華大學等，可以看出國內學者對于鋼板剪力墻進行了大量的研究；另外還有部分相關企業對鋼板剪力墻的申請量較多，如中國建筑股份有限公司、浙江杭蕭鋼構鼓風機有限公司等，可以看出公司企業對剪力墻發展的推動作用，對于發展高效抗側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。

發明專利一

專利號：ZL200410091547.3，專利名稱：防屈曲耗能鋼板剪力墻。

專利權人：清華大學，授權公告日：2006年3月22日。

技術方案：該防屈曲耗能鋼板剪力墻由內嵌鋼板和兩側外圍混凝土蓋板組成；內嵌鋼板采用低屈服點高延性鋼材或高強度高延性鋼材；外圍混凝土蓋板采用一般混凝土板；所述邊緣構件由邊緣梁和邊緣柱組成；內嵌鋼板與混凝土蓋板之間通過穿透三塊板的螺栓或預應力螺栓連接，在混凝土蓋板上開橢圓型孔以便螺栓穿過且有足夠的滑移空間；在混凝土蓋板開孔位置預埋槽形鋼給予加強，并在加強槽鋼的相應位置開橢圓孔，如圖4-1。這種形式的剪力墻通過在兩側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，提高鋼板墻的抗側剛度、耗能及延性性能。

發明專利二

專利號：ZL200710175264.0，專利名稱：無粘結加勁肋鋼板剪力墻。

專利權人：清華大學，授權公告日：2011年12月28日。

技術方案：該鋼板剪力墻在內嵌鋼板的前、后配置型鋼加勁肋，且型鋼加勁肋與邊緣構件之間留一定間隙，如圖4-2。這樣設計既能保證加勁肋提供持續的面外支撐，同時也大大地改善了鋼板的耗能能力。

發明專利三

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

專利權人：東南大學，授權公告日：2015年10月21日。

技術方案：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，并且豎縫的長度自外側向中心遞減，如圖4-3。在鋼板上設置等間距的豎縫，豎縫按照一定規律由外側到中心逐漸減小，這樣的不等高豎縫給高寬比較大的墻板帶來了更大的抗側剛度和極限承載力，從而使得高寬比 加大的墻板更容易實現屈曲前屈服，使之擁有良好的耗能能力。

5 總結

當今時代，建筑的趨勢更高、更個性，新型的鋼板剪力墻體系將會隨著生活的需要應運而生。本文通過對國內鋼板剪力墻專利申請狀況的檢索和分析整理，可以看出，目前對鋼板剪力墻的研究主要集中在對內嵌鋼板的形狀的變形、加勁肋的設置及在內嵌鋼板上開洞口縫隙等方面。有關鋼板剪力墻相關技術發展脈絡的梳理，為國內科研單位、高校及相關企業對鋼板剪力墻的研究提供一定的參考價值，有助于其在現有專利資源的基礎上，對鋼板剪力墻作進一步的研發創新，共同推進高效抗側力高層建筑體系的向前發展。

參考文獻

[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計研究[D].北京.北京交通大學.2013.

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