CN109898705B - 一种阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙，包括结构柱、结构梁、钢板组合墙、上连接节点、水平弹簧、分布滑动支撑和底部连接节点，结构柱和结构梁构成主结构，所述主结构与钢板组合墙之间分别通过上连接节点、水平弹簧和分布滑动支撑连接，所述钢板组合墙通过底部连接节点与地面连接。本发明减震墙在地震来临时，钢板组合墙提供质量单元，水平弹簧提供刚度，阻尼器与地面连接，提供接地阻尼，形成一个阻尼接地型的吸振器，耗散地震输入能量。本发明具有吸振消能能力强、构造简单、装配化程度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程抗震结构体系技术领域，具体涉及一种阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙结构体系。
背景技术
我国地震活动具有频度高、强度大、震源浅、分布广的特点，是一个震灾严重的国家。地震灾害对人民生命财产造成了巨大的威胁，如何提高结构的抗震安全性，一直是土木工程领域关注的重点。近年来，除了传统抗震设计，各类耗能减振装置和新型结构体系日益受到学术和工程界的关注，如采用阻尼器的耗能减震技术、采用隔震支座的隔震技术、采用吸振器的调频减震以及自复位结构、摇摆结构等。
调频减震装置是一种附加于主结构上的子结构，一般而言包括固体质量、弹簧和阻尼器等，装置本身具有质量、刚度和阻尼。设计时使装置自身的频率调整至与结构主频率相近的某个频率，当主结构受激励而振动时，子结构与主结构反向运动，从通过提供相反的惯性力使主结构的振动衰减。目前的调频减震装置设计通常由附件的质量块提供质量，再利用悬吊、弹簧、橡胶块等方式提供刚度，阻尼则由黏滞阻尼或摩擦阻尼提供。
已公开的一些调频减震装置，无论是阻尼器（如永磁式悬浮水平调谐质量阻尼器(CN204098268U)、摆式电涡流调谐质量阻尼器装置(CN103132628A)等装置），还是减震墙（集成式调谐质量阻尼墙(CN105672516B)等），其弹簧单元和阻尼单元均是连接主结构与子结构。然而，理论和数值分析表明接地式的动力吸振器可以改善普通动力吸振器的减振效果。与此同时，近年来，建筑工业化成为建筑行业发展的主要趋势，各类装配式结构体系层出不穷，因此，如一种全预制框架钢支撑结构(CN203334474U)、一种装配式组合钢板剪力墙(CN204983239U)、一种可恢复功能的叠合板式剪力墙(CN203640084U)等，然而这些墙体均是利用抗震和消能减震思想提出的。与此同时，申请人之前获授权的集成式调谐质量阻尼墙（201610134670.1）和一种装配式自复位摇摆钢板墙结构体系（201610984429.8）,前者是基于阻尼与结构连接的普通动力吸振器模型的调谐减振装置，后者是基于摇摆自复位原理的自复位结构体系。
因此，本发明利用接地型调频减震和组合结构装配式墙体这两个理念，旨在设计一种新型装配式钢板组合调频减震墙，该墙体的弹簧单元与主体结构相连，而阻尼单元则与地面相连，从而为工程结构的调频减震设计提供新的方式。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙，既能够利用接地型阻尼充分改善一般调频减震装置的减震效果，又能实现减震墙体工厂加工、现场拼接的工业化建造方式，为新建建筑抗震体系和既有建筑加固改造提供一种新型调频减震墙结构体系。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙，包括结构柱、结构梁、钢板组合墙、上连接节点、水平弹簧、分布滑动支撑和底部连接节点，多个所述结构柱与多个所述结构梁连接组成主结构，所述主结构与钢板组合墙之间分别通过上连接节点、水平弹簧和分布滑动支撑连接，所述钢板组合墙通过底部连接节点与地面连接。
进一步的，所述钢板组合墙由钢柱、钢梁、带肋钢板、水平钢板节点、竖向钢板节点、固定螺栓、填充层和包裹层组成，所述钢柱与钢梁拼接形成钢板组合墙的外框，所述带肋钢板通过水平钢板节点与钢梁上、下翼缘连接、以及通过竖向钢板节点与钢柱左、右内侧翼缘连接，所述填充层和包裹层设置于带肋钢板之间或一侧，并通过所述固定螺栓连接在一起，用以通过填充层或包裹层调节钢板组合墙的总质量，一方面抑制钢板屈曲，提升整体刚度，另一方面作为质量补充，实现工厂生产、现场拼装。
进一步的，所述钢柱、钢梁为焊接H型截面或工字形截面，所述水平钢板节点、竖向钢板节点均为螺栓连接形式。
进一步的，所述上连接节点由顶部横梁、悬吊轨道、悬吊滑轮、顶部轮轴和悬吊钢板组成，所述悬吊轨道焊接于顶部横梁下翼缘，所述悬吊钢板与钢板组合墙的顶端横梁焊接在一起，所述悬吊滑轮通过顶部轮轴与悬吊钢板及悬吊轨道连接，用于承担钢板组合墙一部分重力，并沿着悬吊轨道滚动。
进一步的，所述顶部横梁为焊接H型钢或工字形截面，并设置有相应加劲肋板，顶部横梁两端与主结构固接，所述悬吊轨道下端与钢板组合墙的顶端保持微小的间隙。
进一步的，所述水平弹簧由弹簧和套筒组成，所述套筒两端分别与钢板组合墙和主结构连接，所述弹簧设置于套筒外侧，用于限定弹簧变形方向，避免平面外的过大意外晃动。
进一步的，所述分布滑动支撑由上滑动支撑、下滑动支撑和滑动层组成，所述上滑动支撑连接于钢板组合墙上，所述下滑动支撑连接于主结构上，所述滑动层滑动地设置在上滑动支撑与下滑动支撑之间，所述滑动层为光滑滑动层或带一定摩擦力的滑动层。
进一步的，所述底部连接节点由过渡钢梁、接轮钢板、加劲肋、限位侧板、底部滑轮、底部轮轴、阻尼器和固定节点组成，所述过渡钢梁与钢板组合墙底部通过螺栓连接在一起，所述过渡钢梁底部与接轮钢板及加劲肋固接在一起，所述底部滑轮通过底部轮轴设置于两片接轮钢板之间，并且底部滑轮的下边缘与地面接触，用于承担部分钢板组合墙重量、以及在地面滚动，所述阻尼器两端分别与固定节点和接轮钢板铰接，用以提供合适的阻尼和刚度，所述固定节点固接于地面，所述限位侧板固定于地面并设置于接轮钢板外侧。
进一步的，所述过渡钢梁为焊接H型截面形式，所述阻尼器为黏滞流体阻尼器或粘弹性阻尼器。
进一步的，所述钢板组合墙通过上连接节点、分布滑动支撑和底部连接节点自由滑动设置，并提供质量单元，所述水平弹簧提供刚度，所述阻尼器提供接地阻尼，所述上连接节点、分布滑动支撑和底部连接节点共同承担钢板组合墙的质量，形成阻尼接地型的吸振器，耗散地震输入能量。
本发明的有益效果是:
本发明的阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙在风灾、地震来临时，与主结构发生调频共振，吸收主结构的能量，并通过接地型阻尼器将能量耗散，从而保护主结构。相较常规调频减振器，一方面接地型的阻尼单元使得吸振器具有更好的减振效果，另一方面沿结构高度的墙体质量块能够使主结构的层间位移角分布更均匀。减震墙所有拼接部位均可采用螺栓连接，能够实现工厂生产、现场拼装，缩短了现场施工工期。该装置具有减震能力强、改善结构损伤模式、构造简单、装配化高等优点。
附图说明
图1是本发明的整体立面结构示意图；
图2是本发明的单层钢板组合墙构造示意图；
图3是本发明中代表性的单层钢板组合墙形式的剖面构造示意；
图4是本发明的上连接节点构造示意图；
图5是本发明的底部连接节点构造示意图；
图6是本发明的水平弹簧和分布滑动支撑构造示意图。
图中标号说明：结构柱1；结构梁2；钢板组合墙3；上连接节点4；水平弹簧5；分布滑动支撑6；底部连接节点7；钢柱31；钢梁32；带肋钢板33；水平钢板节点34；竖向钢板节点35；固定螺栓36；填充层37；包裹层38；顶部横梁41；悬吊轨道42；悬吊滑轮43；顶部轮轴44；悬吊钢板45；弹簧51；套筒52；上滑动支撑61；下滑动支撑62；滑动层63；过渡钢梁71；接轮钢板72；加劲肋73；限位侧板74；底部滑轮75；底部轮轴76；阻尼器77；固定节点78。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
如图1所示，一种阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙，包括结构柱1、结构梁2、钢板组合墙3、上连接节点4、水平弹簧5、分布滑动支撑6和底部连接节点7，其特征在于，多个所述结构柱1与多个所述结构梁2连接组成主结构，所述主结构与钢板组合墙3之间分别通过上连接节点4、水平弹簧5和分布滑动支撑6连接，所述钢板组合墙3通过底部连接节点7与地面连接。
如图2和图3所示，所述钢板组合墙3由钢柱31、钢梁32、带肋钢板33、水平钢板节点34、竖向钢板节点35、固定螺栓36、填充层37和包裹层38组成，所述钢柱31与钢梁32拼接形成钢板组合墙3的外框，在本实施例中，钢柱31每一层半或两层半一段，钢梁32两端在根部与钢柱31通过端板法兰连接，带肋钢板33为一片或两片，所述带肋钢板33通过水平钢板节点34与钢梁32上、下翼缘连接、以及通过竖向钢板节点35与钢柱31左、右内侧翼缘连接，所述填充层37和包裹层38设置于带肋钢板33之间或一侧，并通过所述固定螺栓36连接在一起，在本实施例中，当两片带肋钢板33拼装时，采用固定螺栓36固定，需要时可在两片带肋钢板33间填充预制混凝土板或其它填充物制成填充层37，如图3所示，当单片带肋钢板33拼装时，可在其两侧安装预制混凝土板或其他材料制成的包裹层38，用以通过填充层37或包裹层38调节钢板组合墙3的总质量，一方面抑制钢板屈曲，提升整体刚度，另一方面作为质量补充，实现工厂生产、现场拼装。
所述钢柱31、钢梁32为焊接H型截面或工字形截面，在具体工程实施时，也可以采用其它适用的钢构件截面型式，所述水平钢板节点34、竖向钢板节点35均为螺栓连接形式。
如图4所示，所述上连接节点4由顶部横梁41、悬吊轨道42、悬吊滑轮43、顶部轮轴44和悬吊钢板45组成，顶部横梁41两端与主体构固接，所述悬吊轨道42焊接于顶部横梁41下翼缘，所述悬吊钢板45与钢板组合墙3的顶端横梁焊接在一起，所述悬吊滑轮43通过顶部轮轴44与悬吊钢板45及悬吊轨道42连接，用于承担钢板组合墙3一部分重力，并沿着悬吊轨道42滚动。
所述顶部横梁41为焊接H型钢或工字形截面，在具体工程实施时，也可以采用其它适用的钢构件截面型式，并设置有相应加劲肋板，顶部横梁41两端与主结构固接，所述悬吊轨道42下端与钢板组合墙3的顶端保持微小的间隙。
如图6所示，所述水平弹簧5由弹簧51和套筒52组成，弹簧51刚度和数量可根据调谐频率和钢板墙的质量进行常规计算获得，所述套筒52两端分别与钢板组合墙3和主结构连接，所述弹簧51设置于套筒52外侧，用于限定弹簧51变形方向，避免平面外的过大意外晃动。
所述分布滑动支撑6由上滑动支撑61、下滑动支撑62和滑动层63组成，所述上滑动支撑61连接于钢板组合墙3上，所述下滑动支撑62连接于主结构上，在本实施例中，上滑动支撑61成倒牛腿形式，与钢板组合墙3通过焊接或螺栓刚接，下滑动支撑62制作成牛腿形式，与主结构通过焊接或螺栓刚接，所述滑动层63滑动地设置在上滑动支撑61与下滑动支撑62之间，所述滑动层63为光滑滑动层或带一定摩擦力的滑动层，使得钢板组合墙3在小幅振动时保持固定。
如图5所示，所述底部连接节点7由过渡钢梁71、接轮钢板72、加劲肋73、限位侧板74、底部滑轮75、底部轮轴76、阻尼器77和固定节点78组成，所述过渡钢梁71与钢板组合墙3底部通过螺栓连接在一起，所述过渡钢梁71底部与接轮钢板72及加劲肋73固接在一起，底部轮轴76连接于两片接轮钢板72之间，所述底部滑轮75通过底部轮轴76设置于两片接轮钢板72之间，并且底部滑轮75的下边缘与地面接触，用于承担部分钢板组合墙3重量、以及在地面滚动，所述阻尼器77两端分别与固定节点78和接轮钢板72铰接，用以提供合适的阻尼和刚度，所述固定节点78固接于地面，所述限位侧板74固定于地面并设置于接轮钢板72外侧。
所述过渡钢梁71为焊接H型截面形式，在具体工程实施时，也可以采用其它适用的钢构件截面型式，所述阻尼器77为黏滞流体阻尼器或粘弹性阻尼器。
所述钢板组合墙3通过上连接节点4、分布滑动支撑6和底部连接节点7自由滑动设置，并提供质量单元，所述水平弹簧5提供刚度，所述阻尼器77提供接地阻尼，所述上连接节点4、分布滑动支撑6和底部连接节点7共同承担钢板组合墙3的质量，形成阻尼接地型的吸振器，耗散地震输入能量。
以下结合上述技术方案和附图详述本发明在具体安装使用时的实施步骤：
1）根据设计和施工要求，在工厂加工钢板组合墙3中的钢柱31、钢梁32和带肋钢板33；加工上连接节点4中的顶部横梁41、悬吊轨道42、悬吊滑轮43、顶部轮轴44和悬吊钢板45，其中悬吊轨道42和顶部横梁41焊接，悬吊钢板45与钢板组合墙3顶部焊接；加工底部连接节点7中的过渡钢梁71、接轮钢板72、加劲肋73、限位侧板74、底部滑轮75、底部轮轴76、阻尼器77、固定节点78，其中接轮钢板72、加劲肋73和过渡钢梁71焊接。
2）将限位侧板74和固定节点78固接于地面。
3）在结构现场先将下滑动支撑62安装于结构柱1，将顶部横梁41两端连接于主结构；利用端板法兰拼接钢柱31和钢梁32，形成钢板组合墙3的外框；随后，将两片带肋钢板33通过固定螺栓36连接在一起，并利用水平钢板节点34、竖向钢板节点35将带肋钢板33与钢板墙的外框连接起来，同时将过渡钢梁71与钢板组合墙3底部螺栓连接。
4）组装底部滑轮75和底部轮轴76，并将两者安装于接轮钢板72之间；吊装钢板组合墙3，将与钢板组合墙3相连的上滑动支撑61搁置于下滑动支撑62上，在安装前对滑动层63进行处理，适当设置临时支架。
5）利用螺栓连接安装水平弹簧5，将顶部轮轴44***悬吊钢板45，并安装悬吊滑轮43。
6）安装结束后，撤去临时支架。
本发明原理
本发明中，由钢板和填充层37或包裹层38共同组成质量单元，同时钢板提供足够的刚度，使整个钢板组合墙3成为一个整体，其质量通过分布滑动支撑6、上连接节点4和底部连接节点7共同承担，并且上连接节点4和底部连接节点7限制了钢板组合墙3倾覆，使其能够水平滑动；水平弹簧5作为刚度单元，底部连接节点7的阻尼器77作为阻尼单元，与钢板组合墙3共同组成了一个阻尼接地的动力吸振器；当建筑结构受到风、地震等荷载作用，发生侧向振动时，由于调谐共振的原理，钢板组合墙3发生反向振动，部分振动能量被传递到调频减震墙中的阻尼器77，消耗了传递过来的振动能量，从而减小结构振动响应；同时，由于钢板墙体本身的刚性，可以改变结构层间位移角分布模式。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙，包括结构柱(1)、结构梁(2)、钢板组合墙(3)、上连接节点(4)、水平弹簧(5)、分布滑动支撑(6)和底部连接节点(7)，其特征在于，多个所述结构柱(1)与多个所述结构梁(2)连接组成主结构，所述主结构与钢板组合墙(3)之间分别通过上连接节点(4)、水平弹簧(5)和分布滑动支撑(6)连接，所述钢板组合墙(3)通过底部连接节点(7)与地面连接，所述分布滑动支撑(6)由上滑动支撑(61)、下滑动支撑(62)和滑动层(63)组成，所述上滑动支撑(61)连接于钢板组合墙(3)上，所述下滑动支撑(62)连接于主结构上，所述滑动层(63)滑动地设置在上滑动支撑(61)与下滑动支撑(62)之间，所述滑动层(63)为光滑滑动层或带一定摩擦力的滑动层，所述钢板组合墙(3)由钢柱(31)、钢梁(32)、带肋钢板(33)、水平钢板节点(34)、竖向钢板节点(35)、固定螺栓(36)、填充层(37)和包裹层(38)组成，所述钢柱(31)与钢梁(32)拼接形成钢板组合墙(3)的外框，所述带肋钢板(33)通过水平钢板节点(34)与钢梁(32)上、下翼缘连接、以及通过竖向钢板节点(35)与钢柱(31)左、右内侧翼缘连接，所述填充层(37)和包裹层(38)设置于带肋钢板(33)之间或一侧，并通过所述固定螺栓(36)连接在一起，用以通过填充层(37)或包裹层(38)调节钢板组合墙(3)的总质量，一方面抑制钢板屈曲，提升整体刚度，另一方面作为质量补充，实现工厂生产、现场拼装，所述底部连接节点(7)由过渡钢梁(71)、接轮钢板(72)、加劲肋(73)、限位侧板(74)、底部滑轮(75)、底部轮轴(76)、阻尼器(77)和固定节点(78)组成，所述过渡钢梁(71)与钢板组合墙(3)底部通过螺栓连接在一起，所述过渡钢梁(71)底部与接轮钢板(72)及加劲肋(73)固接在一起，所述底部滑轮(75)通过底部轮轴(76)设置于两片接轮钢板(72)之间，并且底部滑轮(75)的下边缘与地面接触，用于承担部分钢板组合墙(3)重量、以及在地面滚动，所述阻尼器(77)两端分别与固定节点(78)和接轮钢板(72)铰接，用以提供合适的阻尼和刚度，所述固定节点(78)固接于地面，所述限位侧板(74)固定于地面并设置于接轮钢板(72)外侧。
2.根据权利要求1所述的阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙，其特征在于，所述钢柱(31)、钢梁(32)为焊接H型截面或工字形截面，所述水平钢板节点(34)、竖向钢板节点(35)均为螺栓连接形式。
3.根据权利要求1所述的阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙，其特征在于，所述上连接节点(4)由顶部横梁(41)、悬吊轨道(42)、悬吊滑轮(43)、顶部轮轴(44)和悬吊钢板(45)组成，所述悬吊轨道(42)焊接于顶部横梁(41)下翼缘，所述悬吊钢板(45)与钢板组合墙(3)的顶端横梁焊接在一起，所述悬吊滑轮(43)通过顶部轮轴(44)与悬吊钢板(45)及悬吊轨道(42)连接，用于承担钢板组合墙(3)一部分重力，并沿着悬吊轨道(42)滚动。
4.根据权利要求3所述的阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙，其特征在于，所述顶部横梁(41)为焊接H型钢或工字形截面，并设置有相应加劲肋板，顶部横梁(41)两端与主结构固接，所述悬吊轨道(42)下端与钢板组合墙(3)的顶端保持微小的间隙。
5.根据权利要求1所述的阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙，其特征在于，所述水平弹簧(5)由弹簧(51)和套筒(52)组成，所述套筒(52)两端分别与钢板组合墙(3)和主结构连接，所述弹簧(51)设置于套筒(52)外侧，用于限定弹簧(51)变形方向，避免平面外的过大意外晃动。
6.根据权利要求1所述的阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙，其特征在于，所述过渡钢梁(71)为焊接H型截面形式，所述阻尼器(77)为黏滞流体阻尼器或粘弹性阻尼器。
7.根据权利要求1所述的阻尼接地型装配式钢板组合调频减震墙，其特征在于，所述钢板组合墙(3)通过上连接节点(4)、分布滑动支撑(6)和底部连接节点(7)自由滑动设置，并提供质量单元，所述水平弹簧(5)提供刚度，所述阻尼器(77)提供接地阻尼，所述上连接节点(4)、分布滑动支撑(6)和底部连接节点(7)共同承担钢板组合墙(3)的质量，形成阻尼接地型的吸振器，耗散地震输入能量。
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