CN101545294A - 装置耗能型密肋复合墙板 - Google Patents

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姚谦峰
张�杰
张荫�
夏雷
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Abstract

一种密肋结构体系中使用的密肋复合墙体,包括由型钢、型钢混凝土、钢筋混凝土梁、柱构成的框架,框架内由截面及承载力较小的型钢、型钢混凝土、钢筋混凝土分割条划分出若干框格,由此形成网格空腔,根据型钢、型钢混凝土、钢筋混凝土梁、柱的承载力在网格空腔内相应地装填入阻尼装置,阻尼装置包括若干小型化的阻尼器等。通过增设小型阻尼装置,以达到提高构件消耗地震能量的效果。

Description

装置耗能型密肋复合墙体
技术领域-
本发明涉及一种复合墙体结构,尤其是一种装置耗能型复合墙体。特别地,这种复合型 墙体结构尤其适用于抗震结构体系中的承重墙体构件。 背景技术
城市化进程的加快,使得人口膨胀、土地锐减,人类生存面临严峻挑战。建筑物作为人 类生存的必要生产生活资料,也面临革新的挑战。为此,人们加快了对新材料、新结构的研 究步伐,在各类建筑中广泛采用节能建筑、复合墙体已经成为人们的普遍共识。建筑构件材 料的发展趋势是由重质材料到轻质材料,由块体材料向板体材料发展,由单一材料向复合材 料发展。随着我国经济发展的形势,对结构抗震性能也提出了越来越高的要求。在对结构抗 震性能的研究过程中,工程技术人员提出了很多耗能减震的结构形式。
结构耗能减震体系,就是把结构物的某些非承重构件(如支承,剪力墙,连接件等)设计 成耗能构件,或在结构的某部位(层间空间,结点,联接缝等)装设耗能装置。在风或小震 作用下,这些耗能构件或耗能装置具有足够的初始刚度,处于弹性状态,结构物仍具有足够 的侧向刚度以满足使用要求。但是,当出现中、大地震时,耗能构件或耗能装置率先进入耗 能状态,产生较大阻尼,大量消耗输入结构的地震能量,使主体结构避免出现明显的非弹性 状态,并迅速衰减结构的地震反应(位移、速度、加速度等),从而保护主体结构及构件在 大震中免遭破坏,确保主体结构在大震中的安全。
耗能构件可根据情况需要选用不同的形式,如耗能支撑、耗能剪力墙、耗能节点、耗能 联结、耗能支承或悬吊构件等。相对于耗能剪力墙,耗能支撑的研究工作开展更多,也更深 入一些。目前,国内外学者针对耗能构件的研究工作主要集中在耗能支撑上,对耗能支撑的 研究又集中在耗能支撑形式以及各种耗能器上,现在常见的耗能支撑形式有交叉支撑、单向
支撑、K型支撑、偏心支撑等;对耗能剪力墙的研究也开展了一些工作,分为耗能缝剪力墙
(带竖缝剪力墙、周边耗能墙、水平缝摩擦墙)、实体剪力墙、分离式剪力墙等;耗能支承中
的阻尼器现在研究和应用较多的是软钢阻尼器、挤压铅阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器 等。
但是上述结构体系存在很大不足,耗能装置设置在结构中,为非标准化产品,体积庞大, 加工工艺复杂、难度大,施工安装工期长,造价高昂。申请人发明了一种密肋结构体系及其连接施工工艺方法。该发明的密肋结构体系包括密 肋复合墙板、隐形框架和楼板。密肋复合墙板是钢筋混凝土和轻质材料复合而成的网格状建筑 构件,由结构墙体用截面较小的钢筋混凝土梁柱即肋梁柱进行划分,并在格子中嵌入轻质材料
填充块而形成;其中的隐形框架是由嵌套在密肋复合墙板外围的外框柱、连接柱及暗梁组成,
可采用普通钢筋混凝土梁柱、型钢钢筋混凝土梁柱或钢结构梁柱。填充材料是由具有一定强 度、容重及弹模较小的轻质材料加工而成。楼板采用现浇混凝土、现浇或预制的密肋复合楼板、 预应力叠合楼板或异型预应力空心楼板的形式。该结构体系适用于多层和中高层住宅建筑。
但是其中的密肋复合墙板仅仅釆用了发明人在中国实用新型公开号为97242185.8的专利 申请文本曾公开的一种名称为"密肋式复合墙板"的复合墙板,试验结果和实践使用表明, 这种密肋复合i啬板构造简单,对因墙板性能引起的结构抗震性能变化考虑太少,墙板受力破坏 主要靠结构材料塑性变形引起的滞回耗能耗散能量,因为滞回耗能是结构的破坏能量,结果将 会是结构损伤破坏严重;在结构能量分析理论中,除了滞回耗能外,阻尼耗能在结构中的能量 耗散能力应该得到发挥,且阻尼耗能不会引起结构破坏,复合墙板尚未对耗能性能进行开发, 对结构的理解还比较欠缺,限制了复合墙板作为耗能构件的使用。此外,复合墙板中的填充 物采用硅酸盐砌块,因填充物单一不能满足不同地区建筑材料的选择要求。再者,其中的密 肋复合墙板功能较为单一,在隔音、隔热、防火、防水性能等方面均有待提高。因此有必要对 密肋结构体系中密肋复合墙板进行改进。
发明内容
在对采用密肋复合墙板的密肋结构体系抗震性能的研究过程中,申请人发现,阻尼耗能 是影响密肋结构体系地震反应的因素之一,在结构构件层次上,可以运用的增加阻尼耗能的 方式有两种, 一是通过材料产生摩擦阻尼,另一个是增设阻尼装置。并且小型阻尼装置的研 究使用也越来越被人们认识成为可能。在本发明中,申请人通过在密肋复合墙板内增设小型 阻尼装置,达到提高构件消耗地震能量的效果。
本发明的目的是对密肋复合墙板进行改进,通过改变墙板的结构来改变其受力状态,提 供一种可对墙板耗能能力进行有效控制的装置耗能型复合墙板。通过改变墙板内肋梁肋柱与 阻尼装置的屈服荷载和屈服位移的强弱对比来控制墙板构件的破坏次序。运用本方法,可以 对密肋结构体系进行优化设计,使整体结构将具备良好的耗能减震特性,并可通过优化设计 满足不同工程结构抗震设防要求,设计人员对墙板性能的选择范围明显扩大。
为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的:
一种密肋结构体系中使用的密肋复合墙体,包括由型钢、型钢混凝土钢筋混凝土梁、柱构成的框架,框架内由截面及承载力较小的型钢、型钢混凝土钢筋混凝土分割条划分出若干 框格,由此形成网格空腔,根据型钢、型钢混凝土钢筋混凝土梁、柱的承载力在网格空腔内 相应地装填入阻尼装置。阻尼装置包括若干小型化的阻尼器等。
进一步地,装填的阻尼装置采用小型化的耗能支撑、软钢阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性 阻尼器或粘滞阻尼器,其与预埋在网格空腔内部的角钢块或钢板块焊接或螺栓连接为一体。
进一步地,根据承载力需要选择部分网格空腔中装填阻尼装置,以保证阻尼装置破坏后 框格还具有有足够的延性。
进一步地'形成框格的分割条截面的宽度为60-180mm,厚度为180-250mm,网格空腔 的形状为正方形、菱形、三角形或蜂窝形,形成框格的分割条的平行间距为500-1000mm。
进一步地,在装填阻尼装置后,对格子两侧进行围护,使阻尼物与外界隔离。围护结构 采用薄的轻质板材,如植物纤维复合隔墙条板。这些围护构件既不影响阻尼物的正常工作, 又能增强复合型多重耗能墙结构的保温、隔热、隔音、防火、防水等性能。
进一步地,阻尼装置采用聚合物混凝土板块结构。聚合物混凝土阻尼比高、弹性模量低、 变形能力强,其与梁柱等框格构件形成柔性连接,有效改善了共同作用的协调性,降低了刚 度梯度,削弱了动应力集中效应。聚合物混凝土中采用的聚合物是丁苯胶乳。
进一步地,阻尼器为内、外筒形结构形式,内、外筒之间填充粘滞液体。
进一步地:阻尼器为弹簧钢杆摩擦阻尼器,布设成单斜杆支撑、交叉斜杆支撑和偏心斜 杆支撑的结构形式。
进一步地,阻尼器中连接有应变监控检测计,并与显示设备相连,当应变值超过设定值 时,能够在l秒之内发出报警讯号。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果-
1、 与目前常见的各种阻尼器装置相比,本发明的装置型耗能复合墙体结构集承重、耗能 和围护作用为一体,小型阻尼装置不占用建筑物使用空间,施工简单,服役期间也无需特殊 检査与维护,完满解决了阻尼器与建筑功能的协调问题;小型阻尼装置还可标准化生产,易 于改进功能作用,且在中小震发生后,非常便于结构构件的震后维修。尤其是小型阻尼装置 经济性好,成本降低后可以在结构中均匀布设,而以往在结构中设置大型阻尼装置时仅仅只 能选择有限的少数部位,故往往是非均匀的,采用本发明后,能够有效防止结构在地震作用 下产生扭转破坏。
2、 与目前常见的各种耗能剪力墙相比,本发明的技术体现在其新颖的复合耗能形式,整 个墙体本身不仅是耗能墙,在墙体中还嵌入了若干个小型耗能构件,能够将耗能构件弥散、均匀布置于结构之中,相比其他耗能剪力墙,本发明结构传力路线更加清晰。
3、 与现有的复合墙体相比,本发明的技术先进性体现在墙体中布设有两道抗震防线。第 一道抗震防线是安装在网格空腔中的若干小型化阻尼器,在承受地震力作用时,墙板可以运
用弹塑性材料在两向复合受力状态下的力学性质以及阻尼器的作用进行耗能;第二道抗震防 线是框格本身。通过调整网格空腔中的阻尼装置的承载力与框格的分割条的承载力的比值,
可以优化两道^[震防线的破坏次序,分级吸收地震能量,在前一道抗震防线破坏的情况下,
另一道抗震防线继续发挥作用,以此来提高结构的安全可靠性。
4、 与密肋式复合墙板相比,本发明的技术先进性体现在开发了多种具有耗能作用的填充 材料,满足了不同地域建筑施工选材的需要;同时进一步发展了墙体构件的耗能能力,在墙
体中加入了耗能性能更好的小型化阻尼器,加入的小型化阻尼器的墙体耗能性能优于填入脆 性或弹塑性材料的墙体,通过优化设计,整体结构将具备良好的耗能减震特性,并可通过优 化设计满足不同工程结构抗震设防要求,设计人员对墙体性能的选择范围明显扩大。
本发明发展了耗能剪力墙的形式,体现了耗能剪力墙的实质。本发明对密肋结构体系的 应用和发展产生了深刻重大的影响。
附图说明
如图所示,通过结合附图对本发明较佳实施例的描述,可以进一步理解本发明的目的、 特征和优点。
图1为本发明的密肋结构体系中使用的密肋复合墙体的实施例的整体示意图。
图2为本发明的密肋复合墙体的正方形网格空腔的实施例示意图。 图3为本发明的密肋复合墙体的菱形网格空腔的实施例示意图。 图4为本发明的密肋复合墙体的三角形网格空腔的实施例示意图。 图5为本发明的密肋复合墙体的蜂窝形网格空腔的实施例示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对发明的实施例作进一步详细描述。
一种密肋结构体系中使用的密肋复合墙体,包括由型钢、型钢混凝土钢筋混凝土梁、柱 构成的框架3,框架3内由截面及承载力较小的型钢、型钢混凝土钢筋混凝土分割条划分出 若干框格,由此形成网格空腔1,根据钢筋混凝土梁、柱的承载力在网格空腔1内相应地装 填入阻尼装置2。阻尼装置2包括如弹塑性材料、若干小型化的阻尼器等。装填的阻尼装置2采用小型化的耗能支撑、软钢阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器或粘滞阻尼器,其与预埋 在网格空腔1内部的角钢块或钢板块焊接或螺栓连接为一体。根据承载力需要选择部分网格 空腔中装填阻尼装置2,以保证阻尼装置2破坏后框格还具有有足够的延性。
如图2-5所示,形成网格空腔1的钢筋混凝土分割条截面的宽度为60-180mm,厚度为 180-250mm,网格空腔1的形状为正方形、菱形、三角形或蜂窝形,形成框格的分割条的平 行间距为500-1000mm。
在装填阻尼装置后,对网格空腔两侧进行围护,使阻尼物与外界隔离。围护结构采用薄 的轻质板材,如植物纤维复合隔墙条板。这些围护构件既不影响阻尼物的正常工作,又能增 强密肋复合墙体结构的保温、隔热、隔音、防火、防水等性能。
阻尼装置采用聚合物混凝土板块结构。聚合物混凝土阻尼比高、弹性模量低、变形能力 强,其与梁柱等框格构件形成柔性连接,有效改善了共同作用的协调性,降低了刚度梯度, 削弱了动应力集中效应。聚合物混凝土中采用的聚合物是丁苯胶乳。
在另一实施例中,阻尼器为内、外筒形结构形式,内、外筒之间填充粘滞液体。
在另一实施例中,阻尼器为弹簧钢杆摩擦阻尼器,布设成单斜杆支撑、交叉斜杆支撑和 偏心斜杆支撑的结构形式。
在另一实施例中,阻尼器中连接有应变监控检测计,并与显示设备相连,当应变值超过 设定值时,能够在l秒之内发出报警讯号。
密肋复合板体能够广泛应用于承重墙体、围护墙体等构件中。

Claims (9)

1. 一种密肋结构体系中使用的密肋复合墙体,包括由型钢、型钢混凝土、钢筋混凝土梁、柱构成的框架,框架内由截面及承载力较小的型钢、型钢混凝土、钢筋混凝土分割条划分出若干框格,由此形成网格空腔,根据型钢、型钢混凝土、钢筋混凝土梁、柱的承载力在网格空腔内相应地装填入阻尼装置,阻尼装置包括若干小型化的阻尼器等。
2. 如权利要求1所述的密肋复合墙体,所述装填的阻尼装置采用小型化的耗能支撑、软 钢阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器或粘滞阻尼器,其与预埋在网格空腔内部的角钢块或 钢板块焊接或螺栓连接为 -体。
3. 如权利要求1所述的密肋复合墙体,根据承载力需要选择部分网格空腔中装填阻尼装 置,以保证阻尼装置破坏后框格还具有有足够的延性。
4. 如权利要求1所述的密肋复合墙体,形成框格的分割条截面的宽度为60-180mm,厚度 为180-250mm,网格空腔的形状为正方形、菱形、三角形或蜂窝形,形成框格的分割条的平 行间距为500-1000mm。
5. 如权利要求1至4之一所述的密肋复合墙体,所述在装填阻尼装置后,对格子两侧进 行围护,使阻尼物与外界隔离。围护结构采用薄的轻质板材,如植物纤维复合隔墙条板。
6. 如权利要求5所述的密肋复合墙体,所述的阻尼装置采用聚合物混凝土板块结构。
7. 如权利要求1至4之一所述的密肋复合墙体,所述的阻尼器为内、外筒形结构形式, 内、外筒之间填充粘滞液体。
8. 如权利要求1至4之一所述的密肋复合墙体,所述的阻尼器为弹簧钢杆摩擦阻尼器, 布设成单斜杆支撑、交叉斜杆支撑和偏心斜杆支撑的结构形式。
9. 如权利要求1至4之一所述的密肋复合墙体,所述的阻尼器中连接有应变监控检测计, 并与显示设备相连,当应变值超过设定值吋,能够在l秒之内发出报警讯号。
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PB01 Publication
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