CN101967854A - 建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑，其组成包括轴力构件单元、屈曲约束单元、连接单元、脱粘接单元和保温隔热单元。所述轴力构件单元由钢板制成，所述屈曲约束单元为混凝土墙板，由钢筋混凝土或者纤维混凝土制成，所述保温隔热单元为辅有锚栓的薄抹灰墙体保温层，其保温隔热材料选为膨胀聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)。本发明的优点在于，一方面它将建筑墙板与屈曲约束支撑结合在一个构件中，起到了既分隔建筑空间又增强结构抗侧刚度的双重作用；另一方面采用了EPS材料制成的墙体保温层，这大幅提高了建筑物墙体的保温隔热性能。

Description

建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑

技术领域

本发明涉及一种建筑结构构件，特别涉及一种适用于高层小开间建筑的建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑。

背景技术

1、屈曲约束支撑

现代的建筑结构都要考虑结构的抗震，尤其是建于地震区的建筑，此外结构的设计还需要考虑抗风性能，钢结构由于良好的材料性能，被广泛用于土木工程中。随着经济的发展和城市化进程的加快，高层建筑物的数量在不断地增加，而其中又以钢结构和钢与混凝土组合结构所占比例最大。现有建筑结构系统大多采用抗弯钢框架体系、支撑框架结构以及双重结构体系，而其中以抗弯框架体系最为常用。但是对于抗弯框架体系的高层建筑而言，由于建筑的高度而使其结构相对变柔，结构的变形往往超过规范规定的侧移限值，因此结构就需要提高整体的刚度。另外，在大地震的作用下，结构会产生过大的非线性变形，往往造成震后结构修复困难或者修复成本过高，因而不符合经济要求。支撑框架结构具有较好的经济性，但是由于传统的支撑钢结构体系在支撑受压时会产生屈曲，故往往需要加大支撑的断面以符合设计需求，从而又降低了其经济性，即便如此，仍然不能保证在强震动下避免屈曲的发生。有鉴于此，国外一些研究者开发出一种受压时没有屈曲发生的构件，称为屈曲约束支撑(Buckling-Restrained Braces)或者屈曲约束支撑，把它们作为阻尼器使用在高层建筑结构中。目前，屈曲约束支撑已在日本、美国、加拿大等国家得到了广泛应用。

普通的支撑在承受轴向压力达到一定极限的时候就会发生屈曲现象，当屈曲发生后，支撑就失去了承载能力，屈曲约束支撑能够在承受轴向压力时不发生屈曲，而是与受拉一样发生屈服，从而能够大量吸收输入整个体系的能量，因此可以用作为一个阻尼装置。

屈曲约束支撑一般由以下三个基本部分组成：轴力构件单元，屈曲约束单元和连接单元。轴力构件单元位于轴心，屈曲约束单元环包在它的周围，连接单元在轴力构件单元的二端。

当轴力构件单元受压时，由于受到外部的屈曲约束单元的约束，使轴力构件单元不会发生屈曲。当压力达到某极限时，轴力构件单元会发生屈服从而耗散输入体系的能量。屈曲约束支撑一般是以轴心支撑的形式连接在钢结构框架的梁柱节点上的，它主要用作为结构的抗水平力(风或地震)构件。在水平荷载作用下，只要支撑不发生屈曲，它就可以吸收输入系统的能量。

目前屈曲约束支撑有两种形式：管式屈曲约束支撑和墙板式屈曲约束支撑。

1.1管式屈曲约束支撑

1988年，日本建筑学会构造论文集第34B册上登载的论文《由屈曲约束混凝土和钢管约束包裹的无粘接支撑的研究》(A study on the unbonded brance encased in buckling-restraining concrete and steel tube)中提出了一种现今很常见的屈曲约束支撑，其结构和安装见图1。图中所示的屈曲约束支撑由钢板构成的轴力构件单元1、屈曲约束单元2、化学材料构成的脱粘接单元3和连接单元4组成，其中屈曲约束单元2由外包方钢管8和混凝土的填充单元9构成，屈曲约束支撑一端连接在钢结构的柱6和梁7的节点上，其另一端连接在该钢框架的另一节点上。钢板制成的轴力构件单元承受轴力荷载；方钢管8和混凝土填充单元9组成的屈曲约束单元2从周围对轴力构件单元1形成约束，以防止轴力构件单元1在承载到一定极限时发生屈曲；脱粘接单元3可以隔断轴力构件单元1和混凝土填充单元9，以便轴力构件单元1受压时能自由伸缩滑动并在屈服时发生变形；轴力构件单元1延伸出方钢管8的外部，并在其端部垂直地焊有直立的加劲钢板10，以防止没有外部约束而可能产生的屈曲。这样轴力构件单元1的延伸端部与加劲钢板10就形成了“+”字形的断面(A-A剖面)从而构成连接单元4，该连接单元4与钢结构节点上伸出的由钢板构成的二相互垂直的连接板通过连接缀板和螺栓连接起来。

1.2墙板式屈曲约束支撑

由于上述的管式屈曲约束支撑的截面一般比较大，大多数的截面高度大于350毫米，所以主要适用于钢结构的大开间建筑。但是对于高层的小开间建筑，特别是高层的旅馆酒店等，其结构梁柱的布置经常也同建筑要求一样为小开间，它们不仅需要框架支撑而且还需要大量的墙板来分隔空间，因此在这种场合下使用现有的屈曲约束支撑就显得既不经济也不合理了。

我国的谢强与赵亮获得了中国授权的使用新型专利《墙板式屈曲约束支撑》(专利号：ZL2005200402487)很好地解决了上述问题，这种支撑在承受水平荷载的同时，又利用外部的约束墙板有效地分隔了空间，结构既合理又经济，具有承受水平荷载和分隔空间的双重功能。

其结构和安装如图2所示，此种墙板式屈曲约束支撑，包括有轴力构件单元1、屈曲约束单元2、连接单元4和脱粘接单元3。其中轴力构件单元1由钢板构成；屈曲约束单元2由混凝土墙板构成；在屈曲约束单元2和轴力构件单元1之间设置有脱粘接单元3；连接单元4是由轴力构件单元1的钢板伸出在屈曲约束单元2以外的端部部分构成，其截面大于轴力构件单元1的钢板的截面；墙板式屈曲约束支撑的连接单元4分别焊接或固定连接在高层小开间建筑结构框架的梁7与柱6结合的节点上或者梁7上。

2、建筑节能

所谓建筑节能，就是在满足居住舒适性要求的前提下，在建筑中使用隔热保温的新型墙体材料和高能效比的采暖空调设备，达到节约能源、减少能耗、提高能源利用率的目的。

我国人口众多，能源资源相对缺乏，人均能源占有量仅为世界平均水平的40％。但是能源消费总量却很高，已达世界第二。就建筑节能来说，建筑既是人类活动的基本场所，也是大量消耗能源、资源的重要环节。目前我国每年新建筑中，只有10％～15％达到国家制定的强制性节能标准，80％以上为高耗能建筑；既有的400亿m²建筑中，95％以上是高能耗建筑，这即对社会造成了沉重的能源负担和严重的环境污染，也制约了我国的可持续发展。严峻的能源和能耗试试告诉我们，中国要走可持续发展道路，发展节能与滤色建筑已刻不容缓。而随着我国经济持续快速稳定地增长，建筑事业的迅速发展，人均建筑面积将会不断提高，对住宅的舒适度要求也会越来越高，采暖和空调设施将会快速增长，因而建筑能耗将会大幅度增加，建筑能耗占总能耗的比重也会越来越大。

鉴于我国建筑能耗的严峻形势，国家建设部通过颁布各项管理条例，对我国民用建筑节能进行了严格的规定。规定中的民用建筑节能是指民用建筑在规划、设计、建造和使用过程中，通过采用新型墙体材料，执行建筑节能标准，加强建筑物用能设备的运行管理，合理设计建筑维护结构的热工性能，提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和通道系统的运行效率，以及利用可再生能源，在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下，降低建筑能源消耗，合理、有效地利用能源的活动。

3、膨胀聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)

为确保建筑绝热工程的节能效果，应选用高效优质的保温隔热材料。一般将导热系数小于或等于0.05W/(m·K)的称为高效保温隔热材料。而聚苯乙烯泡沫塑料在此范围内，它是最常用的建筑保温隔热材料之一。

聚苯乙烯泡沫塑料板通常简称聚苯板，作为建筑保温隔热用途的聚苯板一般有两类，一类是膨胀聚苯板，也成模塑聚苯板，简称EPS；一类是挤塑聚苯板，简称XPS。在建筑保温隔热中，前者主要用于外墙外保温的场合，后者主要应用于屋面保温及其他场合的保温隔热。EPS由完全封闭的多面体形蜂窝构成，蜂窝内的空气是一种热的不良导体，这决定了EPS具有非常优良的绝热性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑。

本发明提出的建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑，由轴力构件单元1、屈曲约束单元2、脱粘接单元3、连接单元4和保温隔热单元5组成，其中：所述轴力构件单元1由钢板构成，其数量和位置可根据需要设置；屈曲约束单元2由混凝土墙板构成，轴力构件单元1外包裹有脱粘接单元3，脱粘接单元3之外包裹了屈曲约束单元2，所述连接单元4由轴力构件单元1两端伸出在屈曲约束单元2以外的端部部分构成，其截面大于轴力构件单元1的钢板的截面以增加承载力，从而避免在失去屈曲约束单元2的约束条件下该部位过早地发生屈曲；所述连接单元5分别焊接或锚固连接在框架结构的梁7与柱6结合的节点上或者梁7上；所述保温隔热单元5采用辅有抹灰墙体保温层，保温隔热单元5包覆于屈曲约束单元2前、后两侧。

本发明中，所述屈曲约束单元2的混凝土墙板可由钢筋混凝土或纤维混凝土制成。

本发明中，所述保温隔热单元5的材料为膨胀聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)。

本发明中，所述脱粘接单元3由硅胶组成。

本发明中，所述保温隔热单元5由胶粘剂11、聚苯板12、锚固件13、网格布14和加强层15依次安装组成。

本发明的优点在于，一方面它将建筑墙板与屈曲约束支撑结合在一个构件中，起到了既分隔建筑空间又增强结构抗侧刚度的双重作用；另一方面采用了EPS材料制成的墙体保温层，这大幅提高了建筑物墙体的保温隔热性能。

附图说明

图1是传统管式屈曲约束支撑的结构和安装示意图。其中：(a)为整体结构图示，(b)为A-A剖视图，(c)为B-B剖视图，(d)为C-C剖视图。

图2是墙板式屈曲约束支撑的结构和安装示意图。其中：(a)为整体结构图示，(b)为D-D剖视图，(c)为E-E剖视图。

图3是本发明建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑的结构和安装示意图。其中：(a)为结构安装流程图示，(b)为整体结构图示，(c)为结构三维剖视图。

图4是本发明保温隔热单元的结构与安装示意图。其中：(a)为保温隔热层结构剖面图示，(b)为整体结构图示。

图中标号：1为轴力构件单元，2为屈曲约束单元，3为脱粘接单元，4为连接单元，5为保温隔热单元，6为柱，7为梁，8为外包方钢管，9为混凝土填充单元，10为加劲钢板，11为胶粘剂，12为聚苯板，13为锚固件，14为网格布，15为加强层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参阅附图3，图中所示的建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑由轴力构件单元1、屈曲约束单元2、脱粘接单元3、连接单元4和保温隔热单元5组成。所述轴力构件单元1由钢板构成，其数量和位置可根据需要设置；屈曲约束单元2由混凝土墙板构成，该混凝土墙板可由钢筋混凝土制成，也可以由纤维混凝土制成；在上述屈曲约束单元2和轴力构件单元1之间设置有脱粘接单元3，该脱粘接单元3由硅胶组成；所述连接单元4是由轴力构件单元1的钢板伸出在屈曲约束单元2以外的端部部分构成，其截面大于轴力构件单元1的钢板的截面以增加承载力，从而避免在失去屈曲约束单元2的约束的条件下该部位过早地发生屈曲。

上述墙板式屈曲约束支撑的连接单元4分别焊接或锚固连接在框架结构的梁7与柱6结合的节点上或者梁7上。

本发明在制造时，首先将轴力构件单元1的钢板用硅胶包裹，从而形成脱粘接单元3，然后再浇注钢筋混凝土或纤维混凝土形成墙板作为屈曲约束单元2，在混凝土达到预期的强度后，再将整体的墙板式屈曲约束支撑进行安装。安装后的墙板式屈曲约束支撑既承受了水平荷载又起到了分隔空间的作用。

在混凝土墙板式屈曲约束部件制造完成后，即可进行保温隔热单元5的制作与安装，参见图4，其施工流程如下：

◎基层处理：去除基层表面杂物，剔凿修平屈曲约束单元2的混凝土面板；

◎测量放线：对需要开洞或其他需求的墙面进行放线定位；

◎配制底层聚合物胶粘剂11：按照特定配合比配制底层聚合物水泥胶粘剂，搅拌均匀待用；

◎铺设翻包网：按照尺寸要求涂施胶粘剂11，布好网格布，清除多余胶粘剂，保持甩出部分网格布的清洁；

◎粘贴聚苯板：按特定施工工艺粘贴聚苯板12；

◎安装锚固件：在粘贴聚苯板后二十四小时进行锚固件13的安装，锚固件的数量根据墙体高度和功能性质确定；

◎墙板边缝的施工：对墙板支撑四边的缝隙，根据已定尺寸，对中将将网格布压入缝隙，表面涂抹抹面胶浆，再从两面将塑料条压入缝隙，使塑料条的边缘与保温板表面平齐。两边网格布压入抹面胶浆中，不允许有翘边、皱褶等现象；

◎粘贴网格布14：粘贴网格布，对侧边外露的翻包进行处理，并在表面抹面胶浆处理，；

◎加强层15施工：为了保证2000MPa的抗冲击要求，在标准外保温基础上加一层网格布和抹一道抹面胶浆罩面，以提高抗冲击强度。

◎修理以及涂料施工。

保温隔热层完成后，也就完成了本发明建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑的制造与安装。

Claims (5)

1.一种建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑，由轴力构件单元(1)、屈曲约束单元(2)、脱粘接单元(3)、连接单元(4)和保温隔热单元(5)组成，其特征在于所述轴力构件单元(1)由钢板构成，其数量和位置可根据需要设置；屈曲约束单元(2)由混凝土墙板构成，轴力构件单元(1)外包裹有脱粘接单元(3)，脱粘接单元(3)外是屈曲约束单元(2)，所述连接单元(4)由轴力构件单元(1)两端伸出在屈曲约束单元(2)以外的端部部分构成，其截面大于轴力构件单元(1)的钢板的截面以增加承载力，从而避免在失去屈曲约束单元(2)的约束的条件下该部位过早地发生屈曲；所述连接单元(4)分别焊接或锚固连接在框架结构的梁(7)与柱(6)结合的节点上或者梁(7)上；所述保温隔热单元(5)采用辅有抹灰墙体保温层，保温隔热单元(5)包覆于屈曲约束单元(2)前、后两侧。

2.根据权利要求1所述的建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑，其特征在于所述屈曲约束单元(2)的混凝土墙板可由钢筋混凝土或纤维混凝土制成。

3.根据权利要求1所述的建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑，其特征在于所述保温隔热单元(5)的材料为膨胀聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)。

4.根据权利要求1所述的建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑，其特征在于所述脱粘接单元(3)由硅胶组成。

5.根据权利要求1所述的建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑，其特征在于所述保温隔热单元(5)由胶粘剂(11)、聚苯板(12)、锚固件(13)、网格布(14)和加强层(15)依次安装组成。

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