CN103628587A - 自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自复位梁-格栅式摩擦墙结构抗震体系，属于结构工程抗震技术领域。格栅金属结构（7）固定在由复位梁（1）和摇摆柱（2）组成的框架单元中，格栅金属结构（7）的外侧是两个砌体墙（3）；自复位梁（1）通过角钢（16）与摇摆柱（2）固定连接，预应力钢筋（17）采用后张法预埋在自复位梁（1）中，其两端通过锚具（5）锚固在摇摆柱（2）的外侧。摇摆柱（2）放到基础底座（4）上，在柱脚与基础底座（4）接触处铺设一定厚度的橡胶垫（6）。在地震作用下，摇摆柱（2）和自复位梁（1）发生转动，带动格栅金属结构（7）变形，三者协同工作，分步耗能，以达到减小结构的水平位移、增强结构的消能减震能力的目的。

Description

自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系

技术领域

本发明涉及土木工程抗震技术领域，是一种自复位梁-格栅式摩擦墙结构抗震体系。

背景技术

目前，在自复位梁和摩擦墙体方面，国外学者已经开展了一系列的研究，并取得了一定的研究进展。

在自复位技术方面。所谓“自复位”是指放松约束的结构在地震作用下首先发生一定的弯曲变形，超过一定限值后发生摇摆，通过预应力使结构回复到原来的位置。自复位技术能够有效的消除结构的残余变形，使结构在地震作用后经过简单的修复继续使用，节约了生产成本。“自复位”的思想最早来源于预制无粘结预应力混凝土框架的研究。通过预应力钢索，可以很好的控制结构的变形，并且具有良好的自复位能力。鉴于自复位技术的上述优点，自复位技术在很多方面得到了应用，如梁柱节点、钢结构以及新兴的摇摆结构体系等。

在耗能墙体方面。墙体是建筑结构中基本构件之一，因为墙体（主要是剪力墙）具有增强结构的抗剪强度的功能，在许多超高层、大跨度等大型复杂结构中的电梯间、消防通道等部位常设置剪力墙，而填充墙由于其结构形式的灵活性，使其成为分割建筑空间的最为常用构件。然而，剪力墙虽然具有较大的侧向刚度，但是其变形能力和耗能能力较差；填充墙体可提高建筑使用功能以及具备一定的初始刚度等优点，但是，其承载能力低，延性差。为此，近年来以墙体为研究对象的消能减震技术不断发展，研究主要集中在以下几个方面：阻尼墙体、带缝剪力墙、新型钢板剪力墙。

传统的抗震理念是一般通过新材料、新体系来增强结构的刚度，这种结构在地震作用时导致相对薄弱的环节破坏。而如果能够通过降低某些部位的刚度，如放松某些部位的约束等，并在这些部位引入耗能装置，如加耗能墙体等，实现消震与隔震的联合应用，必能有效防止结构在地震中的破坏，从而达到变被动型抗震为主动性防震的目的。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系，由自复位梁、摇摆柱和格栅式摩擦墙组成；多个自复位梁由下而上地固定在其两侧的摇摆柱上，用橡胶板将两根摇摆柱与基础底面隔开，使其在水平力作用下能够发生摇摆；自复位梁与摇摆柱之间用角钢和螺栓固定连接；预应力钢筋采用后张法埋在自复位梁中，其两端穿过摇摆柱的预留孔洞，通过锚具锚固在摇摆柱的外侧；格栅式摩擦墙是自复位梁和摇摆柱组成的框架单元中的三层墙体，中间为格栅金属结构、外侧为两个砌体墙；格栅金属结构的顶端和底端的外水平杆件长度等于柱间距，位于格栅金属结构中间的内水平杆件的长度略小于柱间距；用角钢和螺栓将格栅金属结构顶端和底端的外水平杆件分别固定于上层自复位梁和下层自复位梁上；在格栅金属结构的四角，外水平杆件与摇摆柱接触部位用角钢和螺栓将外水平杆件和摇摆柱固定连接；外侧两个砌体墙主体由砌块砌制而成，其四周包裹足够厚度的橡胶板，使其与摇摆柱、自复位梁隔离开，形成独立的个体。

格栅金属结构包括四条外水平杆件、多条内水平杆件、多条竖直杆件和多条长短不一的斜支撑杆件；外水平杆件长度等于柱间距，内水平杆件的长度略小于柱间距；格栅金属结构的竖直杆件长度略小于层净高；四条外水平杆件的两条并列位于格栅金属结构的顶端，另两条并列位于格栅金属结构的底端；将外水平杆件、内水平杆件和竖直杆件按照在框架单元墙体均布的形式相互连接，形成包括内节点和外节点的多层多列的矩形杆件框架结构；第一组相互平行的多个斜支撑杆件斜向连接相应斜度的内节点和外节点；第二组相互平行的斜支撑杆件与第一组交叉斜向连接相应斜度的内节点和外节点。在外水平杆件、内水平杆件和竖直杆件的节点处留有圆形孔洞，第一组斜支撑杆件和第二组斜支撑杆件的节点处开有轴向滑槽，槽宽略大于节点紧固螺栓直径；格栅金属结构的顶端和底端外节点的杆件叠加顺序为：用节点紧固螺栓顺序穿过一侧外水平杆件的节点圆形孔洞、第一组斜支撑杆件滑槽、竖直杆件的节点圆形孔洞、第二组斜支撑杆件滑槽和另一侧外水平杆件的节点圆形孔洞，所有杆件在节点处均用节点摩擦垫片相互间隔，用节点螺母拧紧固定；其他节点只布置单层内水平杆件，其节点杆件叠加顺序为：用节点紧固螺栓顺序穿过第一组斜支撑杆件滑槽、竖直杆件的节点圆形孔洞、第二组斜支撑杆件滑槽和内水平杆件的节点圆形孔洞，所有杆件节点处也均用节点摩擦垫片相互间隔，并用节点螺母拧紧固定。

在自复位梁和摇摆柱的接触面加设摩擦垫板。

摩擦垫板和节点摩擦垫片可采用不锈钢制成，且表面经磨砂处理。

根据墙体空间的大小，格栅金属结构可以在水平方向和竖直方向增加或减少相应杆件的数目。

外水平杆件的宽度是内水平杆件宽度的1.5倍，竖直杆件和斜支撑杆件的宽度与内水平杆件的宽度相同。

本发明具有以下特点：（1）与阻尼墙相比，尽管阻尼墙可以为结构提供足够的附加阻尼，且具有足够的耗能能力，但从力学角度并未体现“墙体构件”刚度大的优势，仅在形式上和外观上占据墙体空间，本说明提出的格栅式摩擦墙在正常使用条件下具备足够的侧向刚度；（2）与已有的摩擦阻尼装置相比，本说明提出的格栅式摩擦墙充分利用摩擦特性，实现多点摩擦，多机构耗能，耗能与隔能相结合，耗能能力强，杆件易于更换，并且与自复位梁协同工作可实现震后的有效自复位；（3）自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系构造简单，方便灵活，构件易于更换。总之，自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系实现了自复位技术与摩擦耗能技术的完美融合，体现了消震与隔震思想在实践中的有效运用，是结构工程抗震领域的一种新型结构体系。

附图说明

图1是本发明正视图。

图2是本发明内部结构示意图。

图3是格栅金属结构示意图。

图4是自复位梁与摇摆柱连接示意图。

图5是格栅金属结构上端外节点连接示意图。

图中，1自复位梁，2摇摆柱，3砌体墙，4基础底座，5锚具，6橡胶板，7格栅金属结构，8螺栓，9竖直杆件，10外水平杆件，11内水平杆件，12斜支撑杆件，13外节点，14内节点，15垫板，16角钢，17预应力钢筋，18节点紧固螺栓，19节点摩擦垫片，20节点螺母，21滑槽。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式：

自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系，由自复位梁1、摇摆柱2和格栅式摩擦墙组成；多个自复位梁1由下而上地固定在其两侧的摇摆柱2上，用橡胶板6将两根摇摆柱2与基础底面4隔开，使其在水平力作用下能够发生摇摆；自复位梁1与摇摆柱2之间用角钢16和螺栓8固定连接；预应力钢筋17采用后张法埋在自复位梁1中，其两端穿过摇摆柱2的预留孔洞，通过锚具5锚固在摇摆柱2的外侧；格栅式摩擦墙是自复位梁1和摇摆柱2组成的框架单元中的三层墙体，中间为格栅金属结构7、外侧为两个砌体墙3；格栅金属结构7的顶端和底端的外水平杆件10长度等于柱间距，位于格栅金属结构7中间的内水平杆件11的长度略小于柱间距；用角钢16和螺栓8将格栅金属结构7顶端和底端的外水平杆件10分别固定于上层自复位梁1和下层自复位梁1上；在格栅金属结构7的四角，外水平杆件10与摇摆柱2接触部位用角钢16和螺栓8将外水平杆件10和摇摆柱2固定连接；外侧两个砌体墙3主体由砌块砌制而成，其四周包裹足够厚度的橡胶板6，使其与摇摆柱2、自复位梁1隔离开，形成独立的个体。

格栅金属结构7包括四条外水平杆件10、多条内水平杆件11、多条竖直杆件9和多条长短不一的斜支撑杆件12；外水平杆件10长度等于柱间距，内水平杆件11的长度略小于柱间距；格栅金属结构7的竖直杆件9长度略小于层净高；四条外水平杆件10的两条并列位于格栅金属结构7的顶端，另两条并列位于格栅金属结构7的底端；将外水平杆件10、内水平杆件11和竖直杆件9按照在框架单元墙体均布的形式相互连接，形成包括内节点14和外节点13的多层多列的矩形杆件框架结构；第一组相互平行的多个斜支撑杆件12斜向连接相应斜度的内节点14和外节点13；第二组相互平行的斜支撑杆件12与第一组交叉斜向连接相应斜度的内节点14和外节点13；在外水平杆件10、内水平杆件11和竖直杆件9的节点处留有圆形孔洞，在第一组斜支撑杆件12和第二组斜支撑杆件12的节点处开有轴向滑槽21，槽宽略大于节点紧固螺栓18直径；格栅金属结构7的顶端和底端外节点13的杆件叠加顺序为：用节点紧固螺栓18顺序穿过一侧外水平杆件10的节点圆形孔洞、第一组斜支撑杆件滑槽21、竖直杆件9的节点圆形孔洞、第二组斜支撑杆件滑槽21和另一侧外水平杆件10的节点圆形孔洞，所有杆件在节点处均用节点摩擦垫片19相互间隔，用节点螺母20拧紧固定；其他节点只布置单层内水平杆件11，其节点杆件叠加顺序为：用节点紧固螺栓18顺序穿过第一组斜支撑杆件滑槽21、竖直杆件9的节点圆形孔洞、第二组斜支撑杆件滑槽21和内水平杆件11的节点圆形孔洞，所有杆件节点处也均用节点摩擦垫片19相互间隔，并用节点螺母20拧紧固定。

在自复位梁1和摇摆柱2的接触面加设摩擦垫板15。

摩擦垫板15和节点摩擦垫片19采用不锈钢制成，且表面经磨砂处理。

根据墙体空间的大小，格栅金属结构7可以在水平方向和竖直方向增加或减少相应杆件的数目。

外水平杆件10的宽度是内水平杆件11宽度的1.5倍，竖直杆件9和斜支撑杆件12的宽度与内水平杆件11的宽度相同。

具体的实施过程为：

1.根据拟建自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系的基本参数，选取结构中的某跨作为摇摆跨。

2.安装格栅金属结构7，将所有连杆通过节点紧固螺栓18和节点摩擦垫片19顺序连接。结合结构实际参数，通过调整节点紧固螺栓18的坚固程度来控制格格栅金属结构7的先期摩擦力。

3制作基础底面4，将工厂预制的框架柱2放到基础底面4上，在放置柱子前，在柱脚与基础底面4接触处铺置一定厚度的橡胶板6。

4.在工厂预制自复位梁1构件，在施工现场通过角钢16、螺栓8、摩擦垫板15及预应力钢筋17将自复位梁1与摇摆柱2连接，预应力钢筋17采用后张法并根据结构参数调整张拉应力。

5.通过螺栓8及角钢16将格栅金属结构7和自复位梁1进行连接。在自复位梁1上砌制砌体墙3，在砌体墙3与自复位梁1和摇摆柱2的接触面铺设橡胶板6。

Claims (6)

1.自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系，其特征在于由自复位梁（1）、摇摆柱（2）和格栅式摩擦墙组成；多个自复位梁（1）由下而上地固定在其两侧的摇摆柱（2）上，用橡胶板（6）将两根摇摆柱（2）与基础底面（4）隔开，使其在水平力作用下能够发生摇摆；自复位梁（1）与摇摆柱（2）之间用角钢（16）和螺栓（8）固定连接；预应力钢筋（17）采用后张法埋在自复位梁（1）中，其两端穿过摇摆柱（2）的预留孔洞，通过锚具（5）锚固在摇摆柱（2）的外侧；格栅式摩擦墙是自复位梁（1）和摇摆柱（2）组成的框架单元中的三层墙体，中间为格栅金属结构（7）、外侧为两个砌体墙（3）；格栅金属结构（7）的顶端和底端的外水平杆件（10）长度等于柱间距，位于格栅金属结构（7）中间的内水平杆件（11）的长度略小于柱间距；用角钢（16）和螺栓（8）将格栅金属结构（7）顶端和底端的外水平杆件（10）分别固定于上层自复位梁（1）和下层自复位梁（1）上；在格栅金属结构（7）的四角，外水平杆件（10）与摇摆柱（2）接触部位用角钢（16）和螺栓（8）将外水平杆件（10）和摇摆柱（2）固定连接；外侧两个砌体墙（3）主体由砌块砌制而成，其四周包裹足够厚度的橡胶板（6），使其与摇摆柱（2）、自复位梁（1）隔离开，形成独立的个体。

2.根据权利要求1所述的自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系，其特征在于格栅金属结构（7）包括四条外水平杆件（10）、多条内水平杆件（11）、多条竖直杆件（9）和多条长短不一的斜支撑杆件（12）；外水平杆件（10）长度等于柱间距，内水平杆件（11）的长度略小于柱间距；格栅金属结构（7）的竖直杆件（9）长度略小于层净高；四条外水平杆件（10）的两条并列位于格栅金属结构（7）的顶端，另两条并列位于格栅金属结构（7）的底端；将外水平杆件（10）、内水平杆件（11）和竖直杆件（9）按照在框架单元墙体均布的形式相互连接，形成包括内节点（14）和外节点（13）的多层多列的矩形杆件框架结构；第一组相互平行的多个斜支撑杆件（12）斜向连接相应斜度的内节点（14）和外节点（13）；第二组相互平行的斜支撑杆件（12）与第一组交叉斜向连接相应斜度的内节点（14）和外节点（13）；在外水平杆件（10）、内水平杆件（11）和竖直杆件（9）的节点处留有圆形孔洞，在第一组斜支撑杆件（12）和第二组斜支撑杆件（12）的节点处开有轴向滑槽（21），槽宽略大于节点紧固螺栓（18）直径；格栅金属结构（7）的顶端和底端外节点（13）的杆件叠加顺序为：用节点紧固螺栓（18）顺序穿过一侧外水平杆件（10）的节点圆形孔洞、第一组斜支撑杆件滑槽（21）、竖直杆件（9）的节点圆形孔洞、第二组斜支撑杆件滑槽（21）和另一侧外水平杆件（10）的节点圆形孔洞，所有杆件在节点处均用节点摩擦垫片（19）相互间隔，用节点螺母（20）拧紧固定；其他节点只布置单层内水平杆件（11），其节点杆件叠加顺序为：用节点紧固螺栓（18）顺序穿过第一组斜支撑杆件滑槽（21）、竖直杆件（9）的节点圆形孔洞、第二组斜支撑杆件滑槽（21）和内水平杆件（11）的节点圆形孔洞，所有杆件节点处也均用节点摩擦垫片（19）相互间隔，并用节点螺母（20）拧紧固定。

3.根据权利要求1所述的自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系，其特征在于在自复位梁（1）和摇摆柱（2）的接触面加设摩擦垫板（15）。

4.根据权利要求2或3所述的自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系，其特征在于摩擦垫板（15）和节点摩擦垫片（19）可采用不锈钢制成，且表面经磨砂处理。

5.根据权利要求1所述的自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系，其特征在于根据墙体空间的大小，格栅金属结构（7）可以在水平方向和竖直方向增加或减少相应杆件的数目。

6.根据权利要求1所述的自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系，其特征在于外水平杆件（10）的宽度是内水平杆件（11）宽度的1.5倍，竖直杆件（9）和斜支撑杆件（12）的宽度与内水平杆件（11）的宽度相同。

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