CN103790255B - 一种针对加层结构的多维消能减震装置 - Google Patents

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Abstract

一种针对加层结构的多维消能减震装置，该装置包括氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层、U型低屈服点金属阻尼器、滑轨、刚性层、加层建筑外墙、锚固螺栓、加层建筑、原有建筑外墙；原有建筑为增加的加层建筑之前原有的建筑；本发明具有多维抗震的特点，氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层抵抗水平方向的地震作用，U型低屈服点金属阻尼器能够抵抗竖向、扭转方向的地震作用；采用新型摩擦材料，氧化铝陶瓷具有硬度大、耐磨性能极好、重量轻、成本低、构造简单、施工方便、价格低廉等优点。

Description

一种针对加层结构的多维消能减震装置
技术领域
本发明涉及一种针对加层结构的多维消能减震装置，属于建筑结构工程抗震与减震领域。
背景技术
随着我国经济建设的快速发展，城市土地资源越来越紧张，而对建筑物的空间和功能要求却越来越高。现有建筑物的加层改造是解决这一问题的有效途径。大体分为四类，直接增层类、外套增层类、室内增层类、地下增层类。具有投资少、不另占土地、节省城市配置费等优点。已建建筑加层改造对缓解城市建设用地紧张、改善人民居住条件，都具有现实意义，是适合我国国情和经济技术条件的一项利国利民的城市建筑改造方案，也是非常有发展前途的建筑技术。
但是，现在大量已建房屋或加层结构抗震性能不足，在地震作用下可能发生破坏或倒塌。对于需要加层的建筑结构，一般在加层后进行加固，而目前的加固方法主要为加强柱子或加厚墙体，耗费大量人力、物力，并没有合理有效地改善结构抗震能力。已有的结构耗能减震技术，如调谐质量法、阻尼器耗能法等成本高且占用已有建筑的空间，缺乏实用性和便捷性，因此需要结合现有技术探索新型的、经济的和有效的加层减震技术。
发明内容
本发明涉及一种采用陶瓷颗粒摩擦垫层和U型低屈服点金属阻尼器的加层结构用多维减震装置，在有效增加建筑面积的同时，还能够提高加层结构与原有结构的整体抗震性能，实现结构在水平、竖向和扭转方向的多维耗能减震，且具有施工便捷、价格低廉的特点。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种针对加层结构的多维消能减震装置，该装置包括氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层、U型低屈服点金属阻尼器、滑轨、刚性层、加层建筑外墙、锚固螺栓、加层建筑、原有建筑外墙；原有建筑为增加的加层建筑之前原有的建筑。
在原有建筑的顶层和加层建筑的底层楼板间设置有刚性层，在刚性层之间设置有氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层；在原有建筑外墙与加层建筑外墙之间设有U型低屈服点金属阻尼器，U型低屈服点金属阻尼器一侧通过锚固螺栓固定在原有建筑外墙上，U型低屈服点金属阻尼器另一侧置于滑轨中间，所述U型低屈服点金属阻尼器与滑轨间设置有滚动滑轮；滑轨通过锚固螺栓固定在加层建筑外墙上。
利用氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层和U型低屈服点金属阻尼器共同消耗地震能量达到减震的作用；在低于本地设防烈度的小震作用下，主要靠氧化铝摩擦垫层摩擦耗能来吸收能量；当受到高于本地设防烈度的大震作用时，靠氧化铝摩擦垫层摩擦耗能来抵抗水平方向的地震作用，靠U型低屈服点金属阻尼器的竖向变形来抵抗竖向地震作用，靠U型低屈服点金属阻尼器在削弱面上的扭转变形来抵抗扭转方向的地震作用。
所述氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层材料成分为氧化铝陶瓷颗粒，粒径在1mm-10mm范围之内且在同一结构中粒径应统一，有效面积占加层结构底层平面面积的40%-65%，氧化铝陶瓷颗粒均匀布置在刚性层之间。
在已有建筑的屋面和加层建筑的底层楼板设置刚性层，材料用C40等级以上的混凝土，体积配筋率不得小于8%，厚度为10cm-30cm。U型低屈服点金属阻尼器，材料采用屈服强度低于160N/mm2的低屈服点钢或合金；厚度不小于3cm，高度不小于80cm，宽度不小于50cm，弯曲半径不小于35cm，侧面延伸长度不小于50cm，削弱面上削弱宽度大于1/3宽度且小于1/2宽度。
滑轨使用屈服强度高于235N/mm2的钢材，厚度不小于3cm，宽度为U型低屈服点金属阻尼器宽度的1.3倍以上，高度为10cm到20cm之间，钢板上下各固定两排滚轮，使U型低屈服点金属阻尼器能够自由滑动。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1、本发明具有多维抗震的特点，氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层抵抗水平方向的地震作用，U型低屈服点金属阻尼器能够抵抗竖向、扭转方向的地震作用。
2、本发明采用新型摩擦材料，氧化铝陶瓷具有硬度大、耐磨性能极好、重量轻、成本低等特点。
3、本发明具有构造简单、施工方便、价格低廉等优点。
附图说明
图1为本发明的加层结构体系减震示意图。
图2为本发明的加层结构俯视图。
图3为本发明的U型低屈服点金属阻尼器剖面示意图。
图4为本发明的U型低屈服点金属阻尼器三维图。
图5为本发明的氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层平面图。
图中：1、氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层，2、U型低屈服点金属阻尼器，3、滑轨，4、刚性层，5、加层建筑外墙，6、锚固螺栓，7、原有建筑，8、加层建筑，9、原有建筑外墙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的进行详细的描述：
如图1～5所示，一种针对加层结构的多维消能减震装置，该装置包括氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层1、U型低屈服点金属阻尼器2、滑轨3、刚性层4、加层建筑外墙5、锚固螺栓6、加层建筑8、原有建筑外墙9；原有建筑7为增加的加层建筑8之前原有的建筑。
在原有建筑7的顶层和加层建筑8的底层楼板间设置有刚性层4，在刚性层4之间设置有氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层1；在原有建筑外墙9与加层建筑外墙5之间设有U型低屈服点金属阻尼器2，U型低屈服点金属阻尼器2一侧通过锚固螺栓6固定在原有建筑外墙9上，U型低屈服点金属阻尼器2另一侧置于滑轨3中间，所述U型低屈服点金属阻尼器2与滑轨3间设置有滚动滑轮；滑轨3通过锚固螺栓6固定在加层建筑外墙5上。
利用氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层1和U型低屈服点金属阻尼器2共同消耗地震能量达到减震的作用。在低于本地设防烈度的小震作用下，主要靠氧化铝摩擦垫层1摩擦耗能来吸收能量。当受到高于本地设防烈度的大震作用时，靠氧化铝摩擦垫层1摩擦耗能来抵抗水平方向的地震作用，靠U型低屈服点金属阻尼器2的竖向变形来抵抗竖向地震作用，靠U型低屈服点金属阻尼器2在削弱面上的扭转变形来抵抗扭转方向的地震作用。
原有结构外墙顶部植入钢筋，设置钢筋混凝土外墙固定U型低屈服点金属阻尼器2。
本实施例中，原有建筑为高27米，长36米，宽为21米的10层建筑，加层结构为高8.1米，长34米，宽为19米的3层建筑。在原有建筑外墙顶部植筋，钢筋选用钢筋，钻头选用的合金钢钻头。孔深大小15d(375mm),实际钻深400mm。用毛刷套上加长棒，伸至孔底，来回反复抽动，把灰尘、碎渣带出，再用压缩空气，吹出孔内浮尘。吹完后再用脱脂棉沾酒精或丙酮擦洗孔内壁。孔内注满胶后应立即植筋，绑筋后浇混凝土外墙。在原有建筑7顶面浇筑厚度为10厘米的C50、体积配筋率10%的钢筋混凝土刚性层4，铺上粒径为2—3毫米的氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层1，有效面积占该层面积的60%，氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层1的作用是在小震作用下吸收水平方向地震作用的能量，使用氧化铝陶瓷颗粒垫层的优点是硬度大、耐磨性能极好、重量轻、成本低。
U型低屈服点金属阻尼器2采用Q160钢，厚度5厘米，高80厘米，宽50厘米，弯曲半径为35厘米，削弱面宽度为30厘米，侧面延伸长度为50厘米，通过4个间距10厘米9.8级螺栓6固定在原有建筑外墙9,另一端在滑轨3上自由滑动。滑轨3使用Q335钢，厚度不小于3cm，宽度为U型低屈服点金属阻尼器2宽度的1.3倍以上，高度为15cm，钢板上下各固定两排滚轮，使U型低屈服点金属阻尼器2能够自由滑动，用上下两排间距10厘米共8个9.8级锚固螺栓6固定在加层建筑外墙5。经过模拟分析，原有结构最优加速度减震率达18%左右，加层结构最优加速度减震率达31%左右。

Claims (3)

1.一种针对加层结构的多维消能减震装置，其特征在于：该装置包括氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层(1)、U型低屈服点金属阻尼器(2)、滑轨(3)、刚性层(4)、加层建筑外墙(5)、锚固螺栓(6)、加层建筑(8)、原有建筑外墙(9)；原有建筑(7)为增加的加层建筑(8)之前原有的建筑；
在原有建筑(7)的顶层和加层建筑(8)的底层楼板间设置有刚性层(4)，在刚性层(4)之间设置有氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层(1)；在原有建筑外墙(9)与加层建筑外墙(5)之间设有U型低屈服点金属阻尼器(2)，U型低屈服点金属阻尼器(2)一侧通过锚固螺栓(6)固定在原有建筑外墙(9)上，U型低屈服点金属阻尼器(2)另一侧置于滑轨(3)中间，所述U型低屈服点金属阻尼器(2)与滑轨(3)间设置有滚动滑轮；滑轨(3)通过锚固螺栓(6)固定在加层建筑外墙(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种针对加层结构的多维消能减震装置，其特征在于：利用氧化铝陶瓷颗粒摩擦垫层(1)和U型低屈服点金属阻尼器(2)共同消耗地震能量达到减震的作用；在低于本地设防烈度的小震作用下，靠氧化铝摩擦垫层(1)摩擦耗能来吸收能量；当受到高于本地设防烈度的大震作用时，靠氧化铝摩擦垫层(1)摩擦耗能来抵抗水平方向的地震作用，靠U型低屈服点金属阻尼器(2)的竖向变形来抵抗竖向地震作用，靠U型低屈服点金属阻尼器(2)在削弱面上的扭转变形来抵抗扭转方向的地震作用。
3.根据权利要求1所述的一种针对加层结构的多维消能减震装置，其特征在于：原有结构外墙顶部植入钢筋，设置钢筋混凝土外墙固定U型低屈服点金属阻尼器(2)。
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