CN116657826A - 一种减震式空心板及装配式减震墙体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种减震式空心板及装配式减震墙体，其中，减震式空心板包括空心板，在空心板的孔洞内设置有弹性波纹管，弹性波纹管活套在孔洞内并与孔洞的内壁面滑动配合，弹性波纹管的两端为闭口结构且均固定设置在孔洞内；在弹性波纹管内的中部固套有质量块，质量块将弹性波纹管的内部分隔成左腔室和右腔室，在左腔室和右腔室内均填充有粘滞性耗能液体，在质量块中设置有连通左腔室和右腔室的连通管。弹性波纹管、粘滞耗能液体和质量块组成质量调谐阻尼器结构并集成在空心板的孔洞中，不占用建筑面积和空间且不影响建筑施工，波纹管、粘滞耗能液体和质量块使用寿命长且不需更换，减震耗能效果好。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程结构消能减震技术领域，具体涉及一种减震式空心板及装配式减震墙体。
背景技术
对于高烈度地区的多层建筑和高层建筑结构，风荷载和地震荷载作用下的结构侧向变形控制问题及相关构件内力控制问题一直是工程师着力解决的结构问题。消能减震技术是解决该问题的主要方法之一。在多层装配式建筑和高层装配式建筑结构中，多常用预制配筋混凝土空心板或预应力空心板作为装配式楼板或装配式墙板。
消能减震技术的实质是：通过在结构中某些变形较大或振动幅度较大的建筑部位安装消能构件，抑或直接把某些结构构件设置为消能构件，使得这些消能构件在地震荷载和风荷载等动力作用下，进入耗能状态，消耗部分或大部分外部荷载输入结构的能量，从而减少结构主体的动力反应，降低结构的变形和相关构件的内力。典型的建筑消能减震装置包括了普通支撑、屈曲支撑、粘滞阻尼器、粘滞阻尼墙、耗能型连梁、各种隔振支座、质量调谐阻尼器等。但是普通支撑、屈曲支撑、粘滞阻尼器、粘滞阻尼墙和耗能型连梁的可安装位置受到使用要求的严格限制，且安装后面临的装修遮掩问题、震后的检查更换问题，不但费用不菲，且施工很麻烦；各种隔振支座的安装，更是需要单独的隔振层及检修更换作业通道，增加了建筑成本。常规的质量调谐阻尼器是一种非常有效的减振控制装置，安装中常需要布置在专门的建筑设备层或专门的减震设备安装房间里，占用了较多建筑使用空间。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种减震式空心板及装配式减震墙体，目的在于使空心板具有减震功能并使装配式减震墙体在风荷载和地震荷载作用下减小结构响应。
一种减震式空心板，包括空心板，在所述空心板的孔洞内设置有弹性波纹管，所述弹性波纹管活套在所述孔洞内并与孔洞的内壁面滑动配合，所述弹性波纹管的两端为闭口结构且均固定设置在所述孔洞内；在所述弹性波纹管内的中部固套有质量块，所述质量块将所述弹性波纹管的内部分隔成左腔室和右腔室，在所述左腔室和右腔室内均填充有粘滞性耗能液体，在所述质量块中设置有连通所述左腔室和右腔室的连通管。
为提高粘滞性耗能液体对质量块的阻尼效果，进一步为：所述粘滞性耗能液体均充满所述左腔室和右腔室。
为提高波纹管的使用寿命，进一步为：所述波纹管为不锈钢材质。
进一步为：所述粘滞性耗能液体为粘度在20000pa.s-10000pa.s之间的硅油。
进一步为：在所述孔洞的两端端部均固设有混凝土销键，所述弹性波纹管的两端端头均锚固在所述混凝土销键上。
一种装配式减震墙体，包括所述减震式空心板，所述减震式空心板的板面竖向设置，所述减震式空心板的长方向水平设置，所述减震式空心板上下对齐并叠置，相邻所述减震式空心板之间形成板缝，在所述板缝内设置有抗剪键，所述抗剪键插接在所述板缝的两侧侧壁上，在所述板缝内填充砌筑砂浆或砌筑混凝土。
在控制成本的情况下，保证减震墙体的减震效果，进一步为：所述减震式空心板位于减震墙体的上部，所述减震墙体的下部为所述预制空心板，相邻所述预制空心板之间、所述预制空心板与所述减震式空心板之间均上下对齐并叠置。
为提高预制空心板与墙体基础之间的连接强度，进一步为：所述减震墙体的下部固定在墙体基础设置的凹槽内。
为便于装配和固定，进一步为：所述凹槽的两侧侧壁分别与所述减震墙体的两侧侧面贴合，在所述凹槽的底面与所述减震墙体之间填充有砌筑砂浆或砌筑混凝土。
为提高减震式空心板与横梁之间的连接强度，进一步为：在所述减震式空心板和横梁之间设置有第二抗剪键，所述第二抗剪键插接在所述减震式空心板上并与所述横梁固定连接，在所述横梁和减震式空心板之间填充有砌筑砂浆或砌筑混凝土。
为提高墙体与立柱之间的连接强度，进一步为：在减震墙体和立柱之间和在相邻减震墙体之间均固定连接有连接板，所述预制空心板和减震式空心板两者板端的钢绞线均固定连接在所述连接板上，所述连接板与所述立柱固定连接。
本发明的有益效果：弹性波纹管、粘滞耗能液体和质量块组成质量调谐阻尼器结构并集成在空心板的孔洞中，不占用建筑面积和空间且不影响建筑施工，波纹管、粘滞耗能液体和质量块使用寿命长且不需更换，减震耗能效果好；减震墙体可在其长度方向上进行减震，承重能力强，可参与结构承重，提高装配式建筑的抗震能力和结构强度，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明中减震式空心板的剖视结构示意图；
图2为本发明中装配式减震墙体的部分剖视结构示意图；
图3为本发明中装配式减震墙体下部结构的***图；
图4为本发明中墙体和横梁的装配结构示意图；
图5为本发明中墙体和立柱装配结构的剖视图；
图6为本发明中相邻墙体之间装配结构的剖视图。
图中，1、空心板；11、孔洞；111、混凝土销键；2、减震装置；21、弹性波纹管；211、左腔室；212、右腔室；22、质量块；221、连通孔；100、减震式空心板；200、预制空心板；300、墙体基础；301、凹槽；400、抗剪键；500、横梁；501、第二抗剪键；600、立柱；701、第一连接板；702、第二连接板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本发明实例中的左、中、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
一种减震式空心板，包括空心板1，在所述空心板1的孔洞内设置有弹性波纹管21，所述弹性波纹管21活套在所述孔洞11内并与孔洞11的内壁面滑动配合，所述弹性波纹管21为不锈钢材质，不锈钢弹性波纹管21的外壁光滑，所述空心板1孔洞11（板孔）内壁也很光滑，安装时，可在孔洞11内壁涂一点油脂即可，空心板1孔洞11（板孔）内壁和不锈钢弹性波纹管21之间的摩擦力不会阻碍两者之间的滑动配合；所述弹性波纹管21的两端为闭口结构，所述弹性波纹管21的两端端头均固定设置在所述孔洞11内，具体的，在所述孔洞11的两端端部均固设有混凝土销键111，所述混凝土销键111通过在孔洞11的端部浇灌混凝土制作而成，所述弹性波纹管21的两端均锚固在所述混凝土销键111上；在所述弹性波纹管21内的中部固套有质量块22，所述质量块22将所述弹性波纹管21的内部分隔成左腔室211和右腔室212，在所述左腔室211和右腔室212内均填充有粘滞性耗能液体，在所述质量块22中设置有连通所述左腔室211和右腔室212的连通孔221，所述连通孔221为直孔且其长方向与所述孔洞11的轴向平行。其中，弹性波纹管21、质量块22和粘滞性耗能液体组成减震装置2（质量调谐阻尼器结构）。
所述粘滞性耗能液体为较低粘度的硅油，硅油一般是无色（或淡黄色）、无味、无毒、不易挥发的液体，且具有耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性等优点，作为耗能液体大量用于工程减震设备，如工程阻尼器、阻尼墙，上海中心大厦项目用质量调谐阻尼器TMD即采用粘滞性耗能液体；所述左腔室211和右腔室212内均充满所述粘滞性耗能液体。
弹性波纹管21的厚度为0.2mm-2.0mm，弹性波纹管21外径稍小于孔洞的孔径（如对于265mm厚的空心板1，其孔洞的孔径约为155mm，则弹性波纹管21的外径可为约140mm），质量块22可采用钢筋混凝土、钢纤维混凝土等材料制作。质量块22中连接左腔室211和右腔室212的连通孔221的直径可取20mm，质量块22的质量约等于减震目标重量的1%-2%，在减震目标重量已知的前提下，可反算出质量块22的长度。如减震目标为10平米的房间，配置一个减震墙体的话，房间楼面重力荷载按每平米500kg计算，则质量块22可取50kg-100kg（10*500*1%-2%），质量块22的直径等于弹性波纹管21外径减去2倍弹性波纹管21的管壁壁厚，则其长度大约为1.3-2.6米（混凝土材质。如果对20平米房间，则可在图1所示减震装置所在空心墙板孔的下一层孔内附加多安装一套完全相同构造的减震装置）。当弹性波纹管21内安装（现浇安装后养护成型）了质量块22后，在弹性波纹管21左右端端头均被固定的情况下，左腔室211和右腔室212对应的波纹管管段在水平冲击作用下可以自由弹性压缩和弹性拉伸，类似金属“弹簧”。因此前述构造相当于两段“弹簧”中间串联了一个质量块，其中，弹簧的最主要特征量为弹性刚度k，弹性刚度k取决于不锈钢弹性模量、波纹管壁厚、波纹管波峰波谷高度、波纹管波距（相邻波峰）和波纹管长度，不锈钢弹性模量（2.0e5mpa）约为常量、波纹管壁厚与k成正相关、波纹管波峰波谷高度（分别约为10mm）与k负相关、波纹管波距（如20mm）与k负相关，而波纹管的长度与其刚度k成反比。左腔室和右腔室对应的两段波纹管管段的总刚度K等于k/2（设左腔室和右腔室长度相同，刚度均为k）。实际生产时，该减震墙体内减震装置自振圆频率应该等于减震目标自振圆频率/>，而由频率刚度质量公式/> ，m是质量，则可算得需要的建筑装置刚度K，从而得到左腔室和右腔室对应的波纹管管段的刚度k，接着就可以算得左腔室和右腔室对应的波纹管管段的长度（壁厚等量已知，必要时才调整壁厚或者波距或者波峰波谷高度）。
而粘滞性耗能液体的主要作用在于，当左腔室和右腔室对应的波纹管管段在地震作用激励下左右振动时（质量块随之运动）控制弹性波纹管压缩或拉伸的幅度，机理在于弹性波纹管压缩时，粘滞性耗能液体通过质量块中的连通孔从压缩腔室高速流向拉伸腔室，液体与连通孔孔壁存在剪切运动，产生剪切粘滞力，该力与质量块运动方向相反，从而阻碍质量块的运行加速度和位移幅值。质量块与弹性波纹管相连，从而也就控制了弹性波纹管的运动幅度。常用粘滞液体粘度可在20000pa.s-10000pa.s之间。
注意，因为上述减震装置自振频率和减震目标结构自振频率相等或基本接近，地震时，减震装置质量块会大幅反相水平振动，带动左腔室和右腔室对应的波纹管管段（类弹簧）对空心板孔洞端头的混凝土销键施加与运动方向相反的弹性力，从而减弱减震目标结构的振动加速度和位移。而粘滞性耗能液体则可控制质量块在墙体空心板孔洞内水平的振动幅度。
一种装配式减震墙体，包括所述减震式空心板100，所述减震式空心板100的板面竖向设置，所述减震式空心板100的长方向水平设置，所述减震式空心板100上下对齐并叠置，相邻所述减震式空心板100之间形成板缝，在所述板缝内设置有抗剪键400，所述抗剪键400插接在所述板缝的两侧侧壁上，在所述板缝内填充砌筑砂浆或砌筑混凝土。
其中，所述减震式空心板100位于减震墙体的上部，所述减震墙体的下部为预制空心板200，所述预制空心板200内未设置所述减震装置2，相邻所述预制空心板200之间、所述预制空心板200与所述减震式空心板100之间均上下对齐并叠置。所述减震墙体的下部固定在墙体基础300设置的凹槽301内。所述凹槽301的两侧侧壁分别与所述减震墙体的两侧侧面贴合，在所述凹槽301的底面与所述减震墙体之间填充有砌筑砂浆或砌筑混凝土。在所述减震式空心板100和横梁500之间设置有第二抗剪键501，所述第二抗剪键501插接在所述减震式空心板100上并与所述横梁500固定连接，在所述横梁500和减震式空心板100之间填充有砌筑砂浆或砌筑混凝土。所述连接板包括第一连接板701和第二连接板702，在减震墙体和立柱600之间固定连接有第一连接板701，在相邻减震墙体之间均固定连接有第二连接板702，所述预制空心板200和减震式空心板100两者板端的钢绞线固定连接在所述第一连接板701或第二连接板702上，所述第一连接板通过铆钉与所述立柱固定连接。
减震式空心板的工作原理：在弹性波纹管21的弹性方向受地震作用或风荷载作用下，质量块22顺减震墙体的长度方向发生振动位移，弹性波纹管21在质量块22的作用下而产生拉伸或收缩，左腔室211或右腔室212内的粘滞性耗能液体受到挤压，则在弹性波纹管21内发生反向快速流动，使得弹性波纹管21内表面与粘滞性耗能液体间存在速度差，从而产生粘滞剪切力和一定幅值的剪切位移并产生剪切能量，该剪切能量会转化为粘滞耗能液体的内能并耗散开来，从而发挥出耗能效应并地震作用或风荷载作用对减震式空心板100的影响。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种减震式空心板，包括空心板，其特征在于：在所述空心板的孔洞内设置有弹性波纹管，所述弹性波纹管活套在所述孔洞内并与孔洞的内壁面滑动配合，所述弹性波纹管的两端为闭口结构且均固定设置在所述孔洞内；在所述弹性波纹管内的中部固套有质量块，所述质量块将所述弹性波纹管的内部分隔成左腔室和右腔室，在所述左腔室和右腔室内均填充有粘滞性耗能液体，在所述质量块中设置有连通所述左腔室和右腔室的连通管。
2.根据权利要求1所述的一种减震式空心板，其特征在于：所述粘滞性耗能液体均充满所述左腔室和右腔室。
3.根据权利要求1所述的一种减震式空心板，其特征在于：所述粘滞性耗能液体为粘度在20000pa.s-10000pa.s之间的硅油。
4.根据权利要求1所述的一种减震式空心板，其特征在于：在所述孔洞的两端端部均固设有混凝土销键，所述弹性波纹管的两端端头均锚固在所述混凝土销键上。
5.一种装配式减震墙体，其特征在于：包括权利要求1所述的减震式空心板，所述减震式空心板的板面竖向设置，所述减震式空心板的长方向水平设置，所述减震式空心板上下对齐并叠置，相邻所述减震式空心板之间形成板缝，在所述板缝内设置有抗剪键，所述抗剪键插接在所述板缝的两侧侧壁上，在所述板缝内填充砌筑砂浆或砌筑混凝土。
6.根据权利要求5所述的一种装配式减震墙体，其特征在于：所述减震式空心板位于减震墙体的上部，所述减震墙体的下部为所述预制空心板，相邻所述预制空心板之间、所述预制空心板与所述减震式空心板之间均上下对齐并叠置。
7.根据权利要求6所述的一种装配式减震墙体，其特征在于：所述减震墙体的下部固定在墙体基础设置的凹槽内。
8.根据权利要求7所述的一种装配式减震墙体，其特征在于：所述凹槽的两侧侧壁分别与所述减震墙体的两侧侧面贴合，在所述凹槽的底面与所述减震墙体之间填充有砌筑砂浆或砌筑混凝土。
9.根据权利要求5所述的一种装配式减震墙体，其特征在于：在所述减震式空心板和横梁之间设置有第二抗剪键，所述第二抗剪键插接在所述减震式空心板上并与所述横梁固定连接，在所述横梁和减震式空心板之间填充有砌筑砂浆或砌筑混凝土。
10.根据权利要求5所述的一种装配式减震墙体，其特征在于：在减震墙体和立柱之间和在相邻减震墙体之间均固定连接有连接板，所述预制空心板和减震式空心板两者板端的钢绞线均固定连接在所述连接板上，所述连接板与所述立柱固定连接。
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