CN111749371B - 一种消能减震装配式填充墙板结构 - Google Patents

一种消能减震装配式填充墙板结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消能减震装配式填充墙板结构，包括墙板，所述墙板为矩形墙板，墙板包括两个大小形状相同的L形分墙板；两个L形分墙板的水平接触界面处填充有阻尼层，且通过钢板平面内受弯变形耗能器相互连接；两个L形分墙板的竖向接触界面处于墙板中部，且竖向接触界面处均固定有撞击缓冲层，撞击缓冲层之间填充柔性填充物。本发明具有不同等级的耗能结构，墙板结构在小震、中震、大震作用下都有减震消能作用，具有良好的变形能力，在小震、中震情况下可以有效防止墙板被破坏，大震情况下可以起到支撑作用防止墙体倒塌。

Description

一种消能减震装配式填充墙板结构
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种消能减震装配式填充墙板结构。
背景技术
砌体填充墙是框架结构中广为应用的维护构件，但普通填充墙刚度大，变形能力、耗能能力和整体性差，在地震作用下墙体容易发生开裂甚至破坏、倒塌。此外填充墙对框架结构会产生较大约束，使结构的刚度变大，承受更大的地震作用。在2008年汶川地震中，大量砌体填充墙遭到了严重的破坏，并造成与其连接的框架梁柱构件发生破坏，甚至引起结构发生倒塌，充分暴露了砌体填充墙在抗震方面的不足。这些问题对填充墙的功能提出了新的要求，其在分隔框架空间的同时，又应该具有一定的变形和耗能能力，以减轻建筑的震害，同时墙体还应该具有良好的整体性。
公布号为CN 102268900 A的发明专利申请公开了“一种用于框架结构的阻尼抗震填充墙板”，该填充墙板的抗侧刚度比传统填充墙得到了减小，且相邻的两砌体单元间和位于最上一层的砌体单元与上框架梁间以及最下一层的砌体单元与下框架梁间设有粘弹性层，可用于耗散地震输入的能量，降低结构地震反应，但仍存在以下不足：1、仅靠所述的粘弹性层提供阻尼，耗散的地震能量有限。2、由于所述砌体单元的一端需与框架柱之间采用钢筋连接成一体，不便于现场施工。3、砌体单元遭受地震破坏后，不便于快速修复。
发明内容
根据上述现有技术的不足，本发明提供了一种消能减震装配式填充墙板结构，本发明具有不同等级的耗能结构，墙板结构在小震、中震、大震作用下都有减震消能作用，具有良好的变形能力，在小震、中震情况下可以有效防止墙板被破坏，大震情况下可以起到支撑作用防止墙体倒塌。
为了实现上述目的，本发明提供了
一种消能减震装配式填充墙板结构，包括墙板，所述墙板为矩形墙板，墙板包括两个大小形状相同的L形分墙板；两个L形分墙板以墙板几何中心为圆心旋转对称设置；两个L形分墙板的水平接触界面处于墙板两侧，两个L形分墙板的水平接触界面处填充有阻尼层，且通过钢板平面内受弯变形耗能器相互连接；两个L形分墙板的竖向接触界面处于墙板中部，且竖向接触界面处均固定有撞击缓冲层，撞击缓冲层之间填充柔性填充物；墙板左右两侧固定安装有框架柱，框架柱上下端通过框架梁相互固定连接。
进一步的改进，所述墙板左右两侧与框架柱固定连接；框架柱上下端之间连接有框架梁；墙板与框架梁以及框架柱之间填充有柔性填充物。
进一步的改进，所述柔性填充物为PU发泡剂。
进一步的改进，所述钢板平面内受弯变形耗能器包括受弯耗能钢板，受弯耗能钢板顶部与上方的L形分墙板固定连接，底部与下方的L形分墙板可竖向滑动的活动铆接。
进一步的改进，处于上方的L形分墙板上通过第一预埋T形板固定连接有固定板，固定板上成形有圆形固定孔；下方的L形分墙板通过第二预埋T形板固定连接有滑动板，滑动板上成形有竖向滑槽；受弯耗能钢板顶部通过螺栓与固定孔固定连接，底部通过销钉与竖向滑槽的顶部活动铆接。
进一步的改进，若干个受弯耗能钢板顶部通过连接板一体连接成形。
进一步的改进，所述受弯耗能钢板中部开有竖向设置的长槽孔。
进一步的改进，上方的L形分墙板底面成形有用于安装固定板的凹槽，下方的L形分墙板顶面成形有用于安装滑动板的凹槽；滑动板和固定板均为T形板，滑动板和固定板两侧与L形分墙板两侧面间的最小间距为所在层层高的五十分之一。
本发明的优点：
1.两个分墙板为L形预制板，在小震作用下，所述墙板结构处于弹性工作状态，承担大部分剪力，所述两个L形分墙板发生微小相对位移，阻尼层参与耗能，在中震作用下，所述两个L形分墙板之间发生较大相对位移，所述钢板平面内受弯变形耗能器与阻尼层共同消耗地震输入能量，在大震作用下，除阻尼层和所述钢板平面内受弯变形耗能器耗能以外，所述两个L形分墙板发生撞击，耗散地震输入能量。
2.大震作用下两个L形分墙板的竖向相邻边界叠合，两个L形分墙板之间不再产生相对位移，从而形成刚性支撑，可限制结构倒塌，通过改变所述两个L形分墙板左右布置的方向，可限制结构在另一方向的倒塌；在建筑平面，两个L形分墙板左右交叉方向地布置，且在建筑立面中，两个L形分墙板与相邻层同方向布置，可限制建筑结构在不同方向的倒塌。
3.钢板平面内受弯变形耗能器充分利用钢材的受拉屈服强度大的性能，具有更大的刚度，从而承担更多的地震力，同时使其自身滞回性能更好，耗能能力更强。
4.所述墙板结构可以在工厂制作，现场拼装，施工装配方便，且震后可快速拆下墙板结构，更换新的阻尼层和钢棒继续使用。
5.具有不同等级的耗能结构，墙板结构在小震、中震、大震作用下都有减震消能作用，具有良好的变形能力，在小震、中震情况下可以有效防止墙板被破坏。
附图说明
图1是墙板、框架柱、框架梁和连接结构的整体示意图；
图2是连接结构的立体结构示意图；
图3是连接件连接阻尼器的结构示意图；
图4是外凸螺杆与高刚度弹簧器的连接结构示意图；
图5是弹簧与内螺纹空心筒的安装结构示意图；
图6是分墙板的连接结构示意图；
图7为实施例2的总体结构示意图；
图8为钢板平面内受弯变形耗能器的结构示意图；
图9为钢板平面内受弯变形耗能器受弯后变形的结构示意图。
图中：框架柱1；框架梁3；墙板4；L形分墙板41；阻尼层5；第一预埋T形板51；固定板52；受弯耗能钢板53；第二预埋T形板54；滑动板55；竖向滑槽56；螺栓57；销钉58；连接板59；长槽孔510；柔性填充物6；连接结构7；滑杆连接结构70；横向U形架71；长槽孔72；竖向U形架73；连接块74；外凸螺杆75；外螺纹杆76；内螺纹空心筒77；角钢78；硬橡胶层79；高刚度弹簧器710；盘状抵座711；定位间隙712；阻尼器8；正六面形凸块9；第一安装凹槽10；弹簧11；第二安装凹槽12；第一预埋钢筋14；第二预埋钢筋15；转接板16；分墙板17；撞击缓冲层18；钢板平面内受弯变形耗能器19。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1～8所示，包括框架柱1和框架梁3组成的框架以及位于框架内的墙板结构。本实施例中，框架为一榀混凝土框架，其跨度为5400mm，层高3000mm，左右框架柱的截面尺寸均为500mm×500mm，顶梁和底梁的截面尺寸均为300mm×500mm，混凝土设计强度等级为C30。梁柱配筋根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)确定。
墙板4与框架梁3之间安装有阻尼层5；墙板4与框架柱1之间填充有柔性填充物6；墙板4左右两端分别通过连接结构7与框架柱1可转动连接。
柔性填充物6为PU发泡剂。
连接结构7包括预埋固定件和连接件；所述预埋固定件包括与框架柱1固定连接的一端开口的横向U形架71和与墙板4固定连接的竖向U形架73，竖向U形架73两侧均固定连接有角钢78；横向U形架71两侧侧壁均开设有长槽孔72；所述连接件包括放置到横向U形架71内的连接块74，连接块74两侧与横向U形架71两侧有间隙；连接块74两侧外凸成形有与长槽孔72配合的外凸螺杆75；外凸螺杆75上套设有高刚度弹簧器710，高刚度弹簧器710通过与外凸螺杆75螺纹连接的螺母固定；所述外凸螺杆75两侧与长槽孔72侧面形成有间隙；连接块74固定连接有外螺纹杆76，外螺纹杆76螺纹连接有与竖向U形架73配合的内螺纹空心筒77，内螺纹空心筒77与竖向U形架73紧密接触；外螺纹杆76和内螺纹空心筒77之间安装有弹簧11；内螺纹空心筒77连接有盘状抵座711，盘状抵座711外侧和横向U形架71腹板的内侧均固定有硬橡胶层79；盘状抵座711处于两个角钢78之间，且两个角钢78间的间距大于盘状抵座711。
内螺纹空心筒77的外侧外凸成形有正六面形凸块9；连接块74与外螺纹杆76直接连接时，竖向U形架73与角钢78之间形成有放置盘状抵座711的定位间隙712，定位间隙712的厚度大于盘状抵座711和硬橡胶层79两者相加的厚度；竖向U形架73底部的标高小于长槽孔72底部的标高。
连接块74通过阻尼器8与外螺纹杆76连接；竖向U形架73到墙板4的距离恰为盘状抵座711的厚度与盘状抵座711上硬橡胶层79的厚度之和。这是因为原连接装置形式无法拉阻尼器，所以要取消卡接缝，这时连接件直接从角钢上方放入。此时要增加净高；还要加强预埋件锚固深度；强化外凸螺杆，采用高强度材料、增大直径等方式。
墙板4四角和左右两侧的中部均成形用于安装连接结构7的第一安装凹槽10；其中墙板4四角的连接结构7中连接块74通过阻尼器8与外螺纹杆76连接；墙板4左右两侧中部的连接结构7中，连接块74与外螺纹杆76直接连接。
墙板4包括若干从上向下设置的分墙板17，分墙板17之间安装有阻尼层5，相邻分墙板17的临近侧均成形有第二安装凹槽12，第二安装凹槽12内安装有阻尼器8。
横向U形架71通过第一预埋钢筋14预埋固定在框架柱1上；所述竖向U形架73和角钢78通过第二预埋钢筋15预埋固定在墙板4上。
连接块74和外螺纹杆76均连接有转接板16，连接块74和外螺纹杆76上的转接板16通过螺栓固定连接。
其中，粘弹性层选用SBS卷材，可用建筑胶粘结于墙板或底梁；第二安装凹槽位置与长度也可根据实际情况有所调整。
本实施例还提供一种装配式消能减震墙板结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、将预埋固定有横向U形架71的框架柱1和框架梁3连接固定；
步骤二、在框架梁3表面涂上胶结物，铺设阻尼层5，然后安装预埋固定有竖向U形架73和角钢78的墙板4；
步骤三、一只手使用扳手钳住内螺纹空心筒77上的正六面形凸块9旋转内螺纹空心筒77，另一只手借助连接块74上的外凸螺杆75旋转外螺纹杆76，使连接件水平伸长或缩短；
步骤四、将连接件向下推动，以角钢78为基准，使盘状抵座711和硬橡胶层79从竖向U形架73与角钢78的定位间隙712推入，进而内螺纹空心筒77落入竖向U形架73内，并使得外凸螺杆75卡入长槽孔72内，进而一手按压连接块74，然后旋转内螺纹空心筒77，
使得盘状抵座711上的硬橡胶层79抵紧两侧；
步骤五、在外凸螺杆75上套设高刚度弹簧器710，然后通过螺母使得高刚度弹簧器710与横向U形架71侧面压紧；
步骤六、在墙板4与框架柱1之间填充柔性填充物6。
本实施例的优点如下：
本发明的益处在于：
1.连接结构7允许墙板两端产生相反方向位移，可解决大震时，结构扭转严重，但墙板无法抗扭而导致墙板破坏的问题。
2.带有水平缝隙的墙板可在一定程度减少墙板面外刚度，地震时L形建筑整体绕着拐点转，拐点处柱子只原地旋转，两边外侧远离拐点柱子，以拐点为轴旋转，此时墙板两侧柱子垂直墙面方向会存在位移差，此时通过高刚度弹簧器弥补两侧柱子垂直墙面位移差值，防止墙板被扭动损坏；墙体连接在柱上，耗能与连接可靠，避免了墙梁连接中可能形成的面外悬臂结构。
3.连接结构将墙板与框架柱固定的方式能保证平时使用；而地震时，结构扭转，但通过弹簧和阻尼器配合，使墙板顶端和底端可与框架柱发生左右前后的相对运动，框架柱和墙板之间虽会产生新的转角，但也只是转换成了前后左右的运动(可能发生横向U形架71随柱转，推连接件运动)，此时硬橡胶层是为了保护连接，防止应力集中
4.增大6个方向容许误差值，解决了构件位置与设计存在必然误差下无法装配的问题：
1)y向：内螺纹空心筒通过旋转，改变连接件长度，让连接充分抵住两端，并通过控制开长槽孔位置，主传力体(即连接块)先于外凸螺杆75抵住横向U形架71，同时让两L形角钢距离大于圆盘直径，以保证连接件与墙板充分接触，就可确保柱、墙板安放时y向存在误差下的装配；
2)z向：横向U形架71阻止连接件竖直向下位移，墙板与竖向U形架73之间空隙略大于圆盘抵座和硬橡胶层，阻止连接件翻转，并让横向U形架71标高高于竖向U形架73一定数值，使连接件先碰触横向U形架71的长槽孔底端，此外通过长槽孔与竖向U形架73深度防止竖直向上脱出，就可确保柱、墙板安放时z向存在误差下的装配；
3)x向：外螺纹杆76恰能放入竖向U形架73内，竖向U形架73的钢片间距大于半圆柱体宽度，从而连接件必能放入，再通过拧外凸螺杆75螺栓夹紧带有长槽孔的竖向U形架73，来限制x向位移，就可确保柱、墙板安放时x向存在误差下的装配；
4)以y为轴的旋转向：连接件可进行以y为轴的旋转，就可确保横向U形架71和竖向U形架73预埋连接时，可以以y为轴的旋转向存在误差下的装配；
5)以z为轴的旋转向：长槽孔水平长度大于外凸螺杆75直径，允许连接件以z为轴的偏转，同时竖向U形架73和盘状抵座均设有硬橡胶层，使连接件与两端充分接处，就可确保柱、墙板安放时在以z为轴的旋转向存在误差下的装配；
6)以x为轴的旋转向：连接块一端为半圆柱体，允许墙板与框架柱间以x为轴的旋转，就可确保结构层面不平等导致柱、墙板在以x为轴的旋转向存在误差下的装配。
5.无需钻孔与焊接等传统连接方式，免除噪音、建筑垃圾、入肺粉尘等不良影响，通过一推三拧的方法，实现快速、高质、绿色的装配。
6.适当放松墙板面外约束，在可限位、可复位同时，防止墙板发生面外失稳，同时允许墙板左右两端可向相反方向移动，防止结构大震受扭时，两端框架柱异向运动导致墙板受扭破坏。
7.可与各种阻尼器进行对接，地震时进行耗能。
8.应用弹簧增大压力，从而增大螺纹摩擦，防止松动，延长连接装置耐久。
9.地震时，连接件释放约束，不给结构带来额外刚度，保护了结构，同时使预制填充墙板受力明确，保护预制墙板。
实施例2
在实施例1的基础上，为了进一步增加墙板的抗震整理，作如下改进：墙板4与框架梁和框架柱之间均填充有柔性填充物6。
墙板4为矩形墙板，矩形墙板包括两个大小形状相同的L形分墙板41；两个L形分墙板41以矩形墙板的几何中心为圆心旋转对称设置；两个L形分墙板41的水平接触界面处于墙板4两侧，且水平接触界面处填充有阻尼层5，且通过钢板平面内受弯变形耗能器19相互连接；两个L形分墙板41的竖向接触界面处于墙板4中部，且竖向接触界面处均固定有撞击缓冲层18，撞击缓冲层18之间填充柔性填充物6；L形分墙板41左右两端分别通过连接结构7与框架柱1相连；L形分墙板41通过滑杆连接结构70在框架柱1中部位置与框架柱1相连；所述滑杆连接结构70中使用滑杆替代外螺纹杆76，其余部分与连接结构7相同。
两个L形分墙板41在震动中产生较小相对位移时靠阻尼层5耗能，相对位移较大时钢板平面内受弯变形耗能器19参与耗能，待到两个L形分墙板41竖向接触界面相互接触时，通过撞击缓冲层18接触，产生撞击消能，并阻止两个L形分墙板41继续相互滑动产生相对位移，对框架梁和框架柱形成刚性支撑，防止框架结构倒塌。
钢板平面内受弯变形耗能器19包括与受弯耗能钢板53，受弯耗能钢板53顶部与上方的L形分墙板41固定连接，底部与下方的L形分墙板41可竖向滑动的活动铆接；
所述上方的L形分墙板41上通过第一预埋T形板51固定连接有固定板52，固定板52上成形有圆形固定孔；下方的L形分墙板41通过第二预埋T形板54固定连接有滑动板55，滑动板55上成形有竖向滑槽56，受弯耗能钢板53顶部通过螺栓57与圆形固定孔固定连接，底部通过销钉58与竖向滑槽56活动铆接。若干个受弯耗能钢板53顶部通过连接板59一体连接成形。
受弯耗能钢板53中部开有竖向设置的长槽孔510。
本钢板平面内受弯变形耗能器19受力时，如图9所示，上部L形分墙板41和下部L形分墙板41发生水平位移，此时受弯耗能钢板53受弯侧产生变形，在中大震作用下，受弯耗能钢板53左右侧产生反复塑性弯曲变形变长，此时竖向滑槽56用于提供变长时的滑动余量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种消能减震装配式填充墙板结构，其特征在于，包括墙板(4)，所述墙板(4)为矩形墙板，墙板(4)包括两个大小形状相同的L形分墙板(41)；两个L形分墙板(41)以墙板(4)几何中心为圆心旋转对称设置；两个L形分墙板(41)的水平接触界面处于墙板(4)两侧，两个L形分墙板(41)的水平接触界面处填充有阻尼层(5)，且通过钢板平面内受弯变形耗能器(19)相互连接；两个L形分墙板(41)的竖向接触界面处于墙板(4)中部，且竖向接触界面处均固定有撞击缓冲层(18)，撞击缓冲层(18)之间填充柔性填充物(6)，框架柱(1)上下端通过框架梁(3)相互固定连接；所述墙板(4)左右两侧与框架柱(1)固定连接；框架柱(1)上下端之间连接有框架梁(3)；墙板(4)与框架梁(3)以及框架柱(1)之间填充有柔性填充物(6)；所述钢板平面内受弯变形耗能器(19)包括受弯耗能钢板(53)，受弯耗能钢板(53)顶部与上方的L形分墙板(41)固定连接，底部与下方的L形分墙板(41)活动铆接。
2.如权利要求1所述的消能减震装配式填充墙板结构，其特征在于，所述柔性填充物(6)为PU发泡剂。
3.如权利要求1所述的消能减震装配式填充墙板结构，其特征在于，处于上方的L形分墙板(41)上通过第一预埋T形板(51)固定连接有固定板(52)，固定板(52)上成形有圆形固定孔；下方的L形分墙板(41)通过第二预埋T形板(54)固定连接有滑动板(55)，滑动板(55)上成形有竖向滑槽(56)；受弯耗能钢板(53)顶部通过螺栓(57)与圆形固定孔固定连接，底部通过销钉(58)与竖向滑槽(56)的顶部活动铆接。
4.如权利要求1所述的消能减震装配式填充墙板结构，其特征在于，若干个受弯耗能钢板(53)顶部通过连接板(59)一体连接成形。
5.如权利要求1所述的消能减震装配式填充墙板结构，其特征在于，所述受弯耗能钢板(53)中部开有竖向设置的长槽孔(510)。
6.如权利要求1所述的消能减震装配式填充墙板结构，其特征在于，上方的L形分墙板(41)底面成形有用于安装固定板(52)的凹槽，下方的L形分墙板(41)顶面成形有用于安装滑动板(55)的凹槽；滑动板(55)和固定板(52)均为T形板，滑动板(55)和固定板(52)两侧与L形分墙板(41)两侧面间的最小间距为所在层层高的五十分之一。
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