CN114482334B - 一种钢结构装配式耗能摇摆墙 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及结构消能减震领域，尤其涉及一种钢结构装配式耗能摇摆墙，摇摆墙包括固定框架和多个网状耗能结构，所述固定框架的底部与建筑基础铰接，所述固定框架上设有多个由上到下依次排列的网格，所述网状耗能结构与网格一一对应；所述网状耗能结构包括多个平行间隔设置的网状结构，所述网状结构与固定框架连接；相邻的两个网状结构之间还设有周期延长结构，所述周期延长结构连接于固定框架上，所述周期延长结构的质量依照固定框架的网格从上到下逐渐减少。

Description

一种钢结构装配式耗能摇摆墙
技术领域
本发明涉及结构消能减震领域，具体为一种钢结构装配式耗能摇摆墙。
背景技术
摇摆墙是一种可以绕其底部发生转动的结构构件，该类构件在地震中可以协调建筑整体的层间位移，使得结构破坏更加均匀或消除破坏。
目前的摇摆墙主要是通过多段墙板在建筑高度方向上进行拼接，然后通过预应力筋或阻尼器等进行整体连接或加固。但是随着建筑高度的提升，这类型摇摆墙由于整体性较差且高度方向上的质量不可调节，在较大高度拼接处出现较大裂缝。
此外，摇摆墙本身会随着建筑整体进行转动，但是其本身对于结构自振周期没有贡献作用，而如果摇摆墙能帮助延长结构自振周期，那么摇摆墙会具备显著的效能减震作用。因此，有必要提出一种具备消能减震作用，且整体性强的摇摆墙。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种钢结构装配式耗能摇摆墙。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种钢结构装配式耗能摇摆墙，包括固定框架和多个网状耗能结构，所述固定框架的底部与建筑基础铰接，所述固定框架上设有多个由上到下依次排列的网格，所述网状耗能结构与网格一一对应；所述网状耗能结构包括多个平行间隔设置的网状结构，所述网状结构与固定框架连接；相邻的两个网状结构之间还设有周期延长结构，所述周期延长结构连接于固定框架上，所述周期延长结构的质量依照固定框架的网格从上到下逐渐减少。
优选的，所述固定框架包括两个竖向柱和多个连接梁，两个所述竖向柱间隔平行设置，所述连接梁连接于两个竖向柱之间。
优选的，所述连接梁与竖向柱固定连接，所述连接梁与竖向柱的连接处的破坏强度大于连接梁的破坏强度。
优选的，所述连接梁与竖向柱铰接。
优选的，所述网状结构包括多个第一编织条和多个第二编织条，所述第一编织条和第二编织条交替形成相互挤压的编织结构。
优选的，所述网状结构包括多个第一编织条和多个第二编织条，多个所述第一编织条形成的平面与多个第二编织条形成的平面平行。
优选的，所述周期延长结构包括滑轨、多个滑块和多个弹性件，所述滑轨设置于固定框架之间，所述滑块和弹性件交替滑动设置于滑轨上，所述滑块与网状结构之间留有缝隙，所述弹性件由滑轨端部起设。
优选的，所述周期延长结构中滑块的数量依照固定框架的网格从上到下逐渐减少，且所述滑轨上增设固定的限位块。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
摇摆墙底部与地面或基础铰接，受到地震力作用后，摇摆墙整体容易发生摇摆变形，该过程中原本由连接梁和竖向柱组成的方形网格会产生变为平行四边形网格的趋势，此时网状耗能结构就会发生摩擦耗能。同时，摇摆墙整体随着高度提升，由于周期延长结构的质量呈增大趋势，摇摆墙的摇摆频率会显著增大，结合网状耗能结构的耗能原理，使得摇摆墙具备了显著的耗能减震效果。
进一步的，当竖向柱与连接梁固定连接时，连接梁与竖向柱的连接处的破坏强度大于连接梁的破坏强度，这是为了尽可能在保证“强节点弱构件”设计准则的前提下，尽量削弱连接梁与竖向柱的的连接强度，由此才可以尽量发挥网状耗能结构的耗能作用。
进一步的，当竖向柱与连接梁铰接时，能够最大化发挥网状耗能结构的耗能作用。
进一步的，相互挤压第一编织条与第二编织条耗能效果好。
进一步的，当第一编织条形成的平面与多个第二编织条形成的平面平行时，便于人员进行施工。
进一步的，结合高摩擦橡胶材料的物理力学性能和周期延长结构的力学特点，既保证第一编织条与第二编织条可以顺利相互摩擦，同时周期延长结构也可以充分发挥其作用延长摇摆墙的自振周期。
进一步的，周期延长结构内滑块之间或滑块与竖向柱之间会相互碰撞，该过程中弹性件也会耗散地震能量，且多个滑块在滑轨上随着摇摆墙的摆动趋势运动，会使得摇摆墙的摇摆频率显著增大，进一步发挥网状耗能结构的摩擦耗能作用，还能延长结构自振周期。
摇摆墙中周期延长结构，随着建筑高度的提升，每个滑轨上设置的滑块数量逐渐提升。这是为了使得摇摆墙随着高度增大，每个周期延长结构的质量更大，在地震中更容易发生“单摆”运动趋势，进而增大结构自振周期，有利于减少地震对于建筑结构的损伤。
进一步的，限位块可以限制滑块的滑动范围，保证在滑块较少时，仍可以与限位块发生碰撞。
附图说明
图1是本发明一种钢结构装配式耗能摇摆墙的结构示意图；
图2是图1的主视图；
图3是本发明一种钢结构装配式耗能摇摆墙中以第一种编织方法形成的网状耗能结构的主视图；
图4是本发明一种钢结构装配式耗能摇摆墙中第一种编织方法中第一编织条与第二编织条的空间位置示意图；
图5是本发明一种钢结构装配式耗能摇摆墙中以第二种编织方法形成网状耗能结构的主视图；
图6是本发明一种钢结构装配式耗能摇摆墙中边端固定件与第一编织条或第二编织条的连接示意图；
图7是本发明一种钢结构装配式耗能摇摆墙中周期延长结构无限位块时的结构示意图；
图8是图7的主视图；
图9是图7的局部示意图；
图10是本发明一种钢结构装配式耗能摇摆墙中周期延长结构有限位块时的结构示意图；
图11是图10的主视图。
图中，1、竖向柱；2、连接梁；3、网状耗能结构；31、第一编织条；32、第二编织条；4、边端固定件；41、固定底板；42、固定边板；43、固定螺母；5、周期延长结构；51、衬板；52、滑轨；53、滑块；54、弹性件；55、限位块。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明公开了一种钢结构装配式耗能摇摆墙，参照图1、2，固定框架和多个网状耗能结构3，固定框架的底部与建筑基础铰接，固定框架包括两个竖向柱1和多个连接梁2，两个竖向柱1间隔平行设置，竖向柱1可以避免传统摇摆墙在较高高度的墙板拼接处容易开裂的缺陷。连接梁2连接于两个竖向柱1之间，并形成多个由上到下依次排列的网格，本实施例中连接梁2和竖向柱1均采用工字型钢，网格设有三个。
连接梁2和竖向柱1的连接方法有两种，第一种为连接梁2与竖向柱1固定连接，连接梁2与竖向柱1的连接处的破坏强度大于连接梁2的破坏强度，这是为了尽可能在保证“强节点弱构件”设计准则的前提下，尽量削弱连接梁2与竖向柱1的的连接强度，由此才可以尽量发挥网状耗能结构3的耗能作用。
第二种连接方法为连接梁2与竖向柱1铰接，这样能够最大化发挥网状耗能结构3的耗能作用。
网状耗能结构3与网格一一对应；网状耗能结构3包括多个平行间隔设置的网状结构，网状结构与固定框架连接。
网状结构包括多个第一编织条31和多个第二编织条32，第一编织条31和第二编织条32均采用高弹性合金材料制成，且外侧设有摩擦橡胶外套，这样设置不仅保证了第一编织条31和第二编织条32的弹性、强度与韧性，便于编织结构的加工，便于摩擦耗能。
第一编织条31和第二编织条32上设有倒角，倒角有助于减少应力集中，增加第一编织条31和第二编织条32使用寿命。高弹性合金金属和高摩擦橡胶外套通过铆钉连接，以此减少二者之间的滑移。
第一编织条31和多个第二编织条32有两种编织方法，参照图3、4，第一种为第一编织条31和第二编织条32交替形成相互挤压的编织结构，挤压设置的耗能效果好。
参照图5，第二种为多个第一编织条31形成的平面与多个第二编织条32形成的平面平行，平行的第一编织条31和第二编织条32无需交叉挤压，易于人员施工。
第一编织条31和第二编织条32的端部均通过边端固定件4与竖向柱1或者连接梁2连接。参照图6，边端固定件4包括一体成型的固定底板41和两个固定边板42，固定边板42平行间隔设置，第一编织条31或者第二编织条32的端部***在两个固定边板42之间，随后利用固定螺母43将固定边板42与第一编织条31或者第二编织条32固定。固定螺母43的数量可根据需要设置一个或者两个，当固定螺母43设置为一个时，第一编织条31和第二编织条32的端部可发生转动，有助于发挥网状耗能结构3的耗能作用；当固定螺母43设置为两个时，第一编织条31和第二编织条32的端部的转动角度受到限制，有助于调控耗能效果。
参照图7、8，相邻的两个网状结构之间还设有周期延长结构5，周期延长结构5包括滑轨52、多个滑块53和多个弹性件54，滑轨52设置于固定框架之间，滑块53和弹性件54交替滑动设置于滑轨52上，滑块53与网状结构之间留有缝隙，弹性件54由滑轨52端部起设，这样设置可以保证全部滑块53均可以发生弹性碰撞。
参照图9，本实施例中滑轨52靠近滑块53的一侧设有圆形放大头，既可以防止滑块53脱离滑轨52，也有助于滑块53进行滑动。弹性件54为弹簧，弹性件54与滑块53连接；也可以是弹性筒形件，开设长形槽，卡接套设于滑轨52的圆形放大头上。滑块53可以选用大容重木材、塑胶材料或金属制作，方便制作且容易与滑轨52滑动连接。
周期延长结构5的质量依照固定框架的网格从上到下逐渐减少，周期延长结构5中滑块53的数量依照固定框架的网格从上到下逐渐减少，本实施例中滑块53由上到下依次设有九个、五个、两个。
参照图10、11，滑轨52上增设固定的限位块55，本实施例中限位块55设置于滑轨52的端部。
限位块55的作用是缩短低层框架层内滑轨52的滑行范围，用以协调本申请摇摆墙中周期延长结构5的相互碰撞频率。具体的，当摇摆墙在某一方向发生最大位移摆动幅度的时候，所有滑轨52上的滑块53之间相互挤压的弹性势能最大化。
为了减少滑块53在滑轨52上发生自身的转动，在滑块53底部设有衬板51，衬板51的端部与竖向柱1连接，衬板51可以起到稳定滑块53的作用，使得滑块53只发生沿滑轨52长度方向的滑动。
摇摆墙底部与地面或基础铰接，受到地震力作用后，摇摆墙整体容易发生摇摆变形，该过程中原本由连接梁2和竖向柱1组成的方形网格会产生变为平行四边形网格的趋势，此时网状耗能结构3就会发生摩擦耗能。同时，摇摆墙整体随着高度提升，由于周期延长结构5的质量呈增大趋势，摇摆墙的摇摆频率会显著增大，结合网状耗能结构3的耗能原理，使得摇摆墙具备了显著的耗能减震效果。
周期延长结构5内滑块53之间或滑块53与竖向柱1之间会相互碰撞，该过程中弹性件54也会耗散地震能量，且多个滑块53在滑轨52上随着摇摆墙的摆动趋势运动，更会加剧摇摆墙发生“单摆”运动的趋势，进一步发挥网状耗能结构3的摩擦耗能作用，还能延长结构自振周期。
一种钢结构装配式耗能摇摆墙装配方法，采用钢结构装配式耗能摇摆墙，所有部件均在工厂预制，包括以下步骤：
S1，安装固定框架；将竖向柱1和连接梁2安装到预定位置。
S2，安装周期延长结构5；滑块53预先跟弹簧件54安装完毕，依次安装衬板51和滑轨52、滑块53及限位块55。
S3，将网状耗能结构3通过边端固定件4安装到预定位置。

Claims (7)

1.一种钢结构装配式耗能摇摆墙，其特征在于，包括固定框架和多个网状耗能结构(3)，所述固定框架的底部与建筑基础铰接，所述固定框架上设有多个由上到下依次排列的网格，所述网状耗能结构(3)与网格一一对应；所述网状耗能结构(3)包括多个平行间隔设置的网状结构，所述网状结构与固定框架连接；相邻的两个网状结构之间还设有周期延长结构(5)，所述周期延长结构(5)连接于固定框架上，所述周期延长结构(5)的质量依照固定框架的网格从上到下逐渐减少；
所述周期延长结构(5)包括滑轨(52)、多个滑块(53)和多个弹性件(54)，所述滑轨(52)设置于固定框架之间，所述滑块(53)和弹性件(54)交替滑动设置于滑轨(52)上，所述滑块(53)与网状结构之间留有缝隙，所述弹性件(54)由滑轨(52)端部起设。
2.根据权利要求1所述的钢结构装配式耗能摇摆墙，其特征在于，所述固定框架包括两个竖向柱(1)和多个连接梁(2)，两个所述竖向柱(1)间隔平行设置，所述连接梁(2)连接于两个竖向柱(1)之间。
3.根据权利要求2所述的钢结构装配式耗能摇摆墙，其特征在于，所述连接梁(2)与竖向柱(1)固定连接，所述连接梁(2)与竖向柱(1)的连接处的破坏强度大于连接梁(2)的破坏强度。
4.根据权利要求2所述的钢结构装配式耗能摇摆墙，其特征在于，所述连接梁(2)与竖向柱(1)铰接。
5.根据权利要求1所述的钢结构装配式耗能摇摆墙，其特征在于，所述网状结构包括多个第一编织条(31)和多个第二编织条(32)，所述第一编织条(31)和第二编织条(32)交替形成相互挤压的编织结构。
6.根据权利要求1所述的钢结构装配式耗能摇摆墙，其特征在于，所述网状结构包括多个第一编织条(31)和多个第二编织条(32)，多个所述第一编织条(31)形成的平面与多个第二编织条(32)形成的平面平行。
7.根据权利要求1所述的钢结构装配式耗能摇摆墙，其特征在于，所述周期延长结构(5)中滑块(53)的数量依照固定框架的网格从上到下逐渐减少，且所述滑轨(52)上增设固定的限位块(55)。
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Inventor after: Bai Hengyu

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