CN108915081B - 一种木制消能减震装置及具有其的木结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木制消能减震装置及具有其的木结构体系，木制消能减震装置包括两个连接段，两个连接段之间通过耗能段连接；耗能段包括两段木连接件，两段木连接件之间通过软钢剪切阻尼器连接，两个木连接件的外端分别设有燕尾状的榫，两个连接段分别设有燕尾状的凹槽，两个木连接件的榫分别***到两个连接段的凹槽中。连接段为木柱或木板墙。连接段为木柱时，两个木连接件的外端可以分别设有摩擦板。木结构体系的主体结构与木制消能减震装置之间刚性连接。消能减震装置可以耗散地震能量，减少木结构建筑在地震作用下的损伤，震后可以方便更换耗能构件。可用于既有木结构建筑抗震性能的提升，也可用于新建木结构建筑。

Description

一种木制消能减震装置及具有其的木结构体系
技术领域
本发明涉及一种木结构体系，尤其涉及一种木制消能减震装置及具有其的木结构体系。
背景技术
木结构是大量既有历史文物建筑和新建建筑所采用的结构形式。然而，震害记录表明，一些既有木结构建筑遗产的抗震性能较差，在地震中会产生较大的损伤甚至发生倒塌，造成巨大的经济损失和无法估量的文化损失。与此同时，新建木结构建筑的抗震性能也有待进一步提升。因此，木结构建筑抗震性能的改善和提升成为亟待解决的重要问题之一。
目前，对于既有木结构建筑的抗震性能加固，多采用基于构件层次的加固方法，主要包括：嵌补加固（多采用新制的硬木榫头嵌入卯口内，使用与原构件用耐水性胶粘剂粘牢并用螺栓固紧）、化学加固（通过化学药剂的处理，修补裂缝维持木构件稳定）、铁件加固（用扁铁将梁 、柱构件箍牢或者用扁铁将梁、柱节点进行连接）、FRP加固（将FRP材料粘贴在木梁受拉区、剪跨区提高构件承受弯剪的能力）。
以上加固方法难以充分满足木建筑保护与发展的关键基本原则，包括真实性、完整性、可逆性、最小干扰性和可识别等关键原则。具体而言，对原有建筑扰动程度较大，严重影响建筑遗产历史价值和信息的留存，较难预测修缮过程中的安全风险和修缮效果，从而难以满足真实性、完整性和最小干扰性的原则。同时，在材料构件替换或加固补强时，未充分考虑技术措施的可逆性和可识别性，不易对加固部位进行检修和更换，难以满足可逆性和可识别原则。
消能减震技术是广泛应用于混凝土结构与钢结构建筑新建与抗震加固的一种技术手段。作为基于结构层次的加固方法，其原理是通过在结构中设置消能减震装置，在地震作用下，消能减震装置耗散大量地震能量，从而减小结构其它部位的损伤，提升结构的抗震性能。其核心在于消能减震装置的构造及具有其的结构体系。然而，满足上述木建筑保护与发展的关键原则，适用于木结构建筑的消能减震装置及具有其的结构体系的相关技术罕见公开报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种木制消能减震装置及具有其的木结构体系。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的木制消能减震装置，包括两个连接段，两个连接段之间通过耗能段连接；
所述耗能段包括两段木连接件，两段木连接件之间通过软钢剪切阻尼器连接，所述两个木连接件的外端分别设有燕尾状的榫，所述两个连接段分别设有燕尾状的凹槽，两个木连接件的榫分别***到两个连接段的凹槽中。
本发明的具有上述的木制消能减震装置的木结构体系，所述木结构体系的主体结构之间连接有所述木制消能减震装置。
所述主体结构与木制消能减震装置之间为刚性连接。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的木制消能减震装置及具有其的木结构体系，对原有建筑扰动程度较小，可以更好地满足木建筑保护与发展的关键原则，包括真实性、完整性、可逆性、最小干扰性和可识别性等关键原则。可用于既有木结构建筑抗震性能的提升，也可用于新建木结构建筑。该消能减震装置可以耗散地震能量，减少木结构建筑在地震作用下的损伤，震后可以方便更换耗能构件。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的木制消能减震装置的整体结构示意图。
图2为本发明实施例一提供的木制消能减震装置的拆分结构示意图；
图3为本发明实施例一中上侧木柱的结构示意图；
图4为本发明实施例一中下侧木柱的结构示意图；
图5为本发明实施例一中耗能段的拆分结构示意图；
图1-5中：
10-第一消能减震装置，11-下侧木柱，111-第一凹槽，12-上侧木柱，121-第二凹槽，13-耗能段，131-摩擦板（非石棉有机物NAO或黄铜），132-木连接件，133-软钢剪切阻尼器，134-螺栓；
图6为本发明实施例二提供的木制消能减震装置的整体结构示意图；
图7为本发明实施例二提供的木制消能减震装置的拆分结构示意图；
图8为本发明实施例二中左侧木板墙的结构示意图；
图9为本发明实施例二中右侧木板墙的结构示意图；
图10为本发明实施例二中耗能段的拆分结构示意图；
图6-10中：
20-第二消能减震装置，21-左侧木板墙，211-第三凹槽，22-右侧木板墙，221-第四凹槽，23-耗能段，231-木连接件，232-软钢剪切阻尼器，233-螺栓；
图11为本发明实施例木制消能减震装置的位移-荷载理论曲线；
图12为本发明实施例提供的木结构体系的结构示意图；
图12中：
30-主体结构。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的木制消能减震装置及具有其的木结构体系，其较佳的具体实施方式是：
木制消能减震装置包括两个连接段，两个连接段之间通过耗能段连接；
所述耗能段包括两段木连接件，两段木连接件之间通过软钢剪切阻尼器连接，所述两个木连接件的外端分别设有燕尾状的榫，所述两个连接段分别设有燕尾状的凹槽，两个木连接件的榫分别***到两个连接段的凹槽中。
所述木连接件与软钢剪切阻尼器之间通过螺栓连接，且所述木连接件与软钢剪切阻尼器之间设有定位的楞-槽。
所述连接段为木柱或木板墙。
所述连接段为木柱时，两个木连接件的外端可以分别设有摩擦板。
所述摩擦板材料为非石棉有机物或黄铜。
所述摩擦板与木连接件之间通过化学粘胶或木制连接件连接。
具有上述的木制消能减震装置的木结构体系，所述木结构体系的主体结构之间连接有所述木制消能减震装置。
所述主体结构与木制消能减震装置之间为刚性连接。
本发明的木制消能减震装置及具有其的木结构体系，可用于既有木结构建筑抗震性能的提升，也可用于新建木结构建筑。该消能减震装置可以耗散地震能量，减少木结构建筑在地震作用下的损伤，震后可以方便更换耗能构件。
具体实施例：
（1）一种木制消能减震装置，主要由连接段和耗能段组成。
实施例1，如图1~图5所示，该实施例的连接段为木柱。
其中，摩擦板131为可选部件。摩擦板131与木连接件132通过化学粘胶或木制连接件连接。
实施例2，如图6~图10所示，该实施例的连接段为木板墙。
摩擦型木制消能减震装置的位移-荷载理论曲线如图11所示，可见，在往复荷载作用下，曲线饱满，说明该装置具有较强的耗能性能。
（2）具有木制消能减震装置的木结构体系：
如图12所示，主体结构30与第一消能减震装置10、第二消能减震20间为刚性连接。
在地震作用下，木结构30中出现层间相对位移，设置在楼层中的第一消能减震装置10的下侧木柱11和上侧木柱12之间发生水平相对位移（如图1中箭头所示），第二消能减震装置20的左侧木板墙21和右侧木板墙22之间发生竖向相对位移（如图6中箭头所示）。耗能段13与23中的软钢剪切阻尼器屈服，耗散大量地震能量，从而减小主体结构30在地震作用下的损伤。在震后，维修人员可以较为方便地更换消能减震装置中的耗能段13和23。
本发明采用了类似与古建筑中榫卯的连接方式，施工便捷。同时，用于既有历史建筑加固时，可有效保持建筑形制、设计和风格的完整性，符合真实性、完整性原则；可对连接处表面重新油饰彩画，符合修旧如旧的原则；构件对于原结构扰动程度小，且均可拆卸更换，方便识别维修，也保证了建筑整体和谐统一，符合可识别性、最小干预性、可逆性原则。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种木制消能减震装置，其特征在于，包括两个连接段，两个连接段之间通过耗能段连接；所述耗能段包括两段木连接件，两段木连接件之间通过软钢剪切阻尼器连接，所述两个木连接件的外端分别设有燕尾状的榫，所述两个连接段分别设有燕尾状的凹槽，两个木连接件的榫分别***到两个连接段的凹槽中；
所述软钢剪切阻尼器包括依次连接的左连接板、上连接板、右连接板和下连接板，且四者围成矩形腔，所述矩形腔内具有中间连接板；所述中间连接板的左侧连接于所述左连接板，右侧连接于所述右连接板，且平行于所述上连接板和所述下连接板；所述上连接板连接于其中一段木连接件，所述下连接板连接另一段木连接件。
2.根据权利要求1所述的木制消能减震装置，其特征在于，所述木连接件与软钢剪切阻尼器之间通过螺栓连接，且所述木连接件与软钢剪切阻尼器之间设有定位的楞-槽。
3.根据权利要求2所述的木制消能减震装置，其特征在于，所述连接段为木柱。
4.根据权利要求3所述的木制消能减震装置，其特征在于，两个木连接件的外端分别设有摩擦板。
5.根据权利要求4所述的木制消能减震装置，其特征在于，所述摩擦板材料为非石棉有机物或黄铜。
6.根据权利要求4所述的木制消能减震装置，其特征在于，所述摩擦板与木连接件之间通过化学粘胶或木制连接件连接。
7.根据权利要求2所述的木制消能减震装置，其特征在于，所述连接段为木板墙。
8.一种具有权利要求1至7任一项所述的木制消能减震装置的木结构体系，其特征在于，所述木结构体系的主体结构之间连接有所述木制消能减震装置。
9.根据权利要求8所述的木制消能减震装置的木结构体系，其特征在于，所述主体结构与木制消能减震装置之间为刚性连接。
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