CN105735526B - 带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及一种带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙结构,用于框架结构建筑在地震中的耗能和减震。本发明的摇摆墙结构由双层钢板墙,主体框架结构,延性耗能连接件,墙底铰支座,柔性填充材料,侧向定位螺栓构成。在双层钢板墙和主体框架结构之间采用装配式的延性耗能连接件进行连接,增强了结构在地震下的耗能能力;双层钢板墙底部设置墙底铰支座,保证充分的摇摆性能;墙体与框架梁平齐的位置设置条形螺栓孔,通过侧向定位螺栓连接墙体及框架梁,保证双层钢板墙顶部水平位移与框架梁水平位移相同;双层钢板墙段间采用螺栓连接;双层钢板墙穿楼板处需在楼板相应位置开洞,并在楼板与双层钢板墙间填充柔性材料,防止两者直接碰撞。
Description
(一)技术领域
本发明属于土木工程结构技术领域,涉及一种带延性耗能构件的双层钢板摇摆墙结构,既可用于既有建筑的抗震加固,也满足新建建筑的抗震需求。
(二)背景技术
摇摆墙结构通过改变框架结构的屈服机制,使大震下框架均匀变形,出现更多塑性铰,增加了结构的整体耗能能力,避免了框架结构局部出现严重破坏,摇摆墙墙底与基础铰接,对主体结构的周期影响较小,附加摇摆子结构后地震力基本不变,但可明显改变结构变形模式,防止层倒塌这种十分不利的结构破坏模式。通过设置阻尼器,则能够增加结构的耗能能力,进一步降低地震作用。
可装配式结构是指结构构件预先进行制作,在施工现场仅进行构件的吊装和连接施工的一种新兴的建筑方式。可装配式结构一般通过螺栓连接、焊接或部分现浇的方式实现构件连接。与传统结构相比,具有建造质量高,生产速度快等优点,部分装配式结构还具有可更换的能力,在结构抗震及震后恢复方面具有很大优势。摇摆墙作为一种附属子结构,具有可在工厂预制、现场组装施工的特质,特别适合于工业化制作。
尽管摇摆墙结构体系可有效的改善结构损伤模式和地震作用,目前的应用仍然较少,主要原因在于传统现浇墙体需要处理支座问题,在现场施工困难;摇摆墙与主体结构传力通过销键连接,应力集中往往导致混凝土局部破坏;这些问题制约了摇摆墙结构的发展。
(三)发明内容
本发明旨在解决摇摆墙结构摇摆性能不足,与主体结构连接形式不合理、可更换性能较差,以及现场施工不方便等缺点,提出了一种带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙结构。这种摇摆墙结构使用双层钢板墙作为摇摆墙主体,摇摆墙与主体框架结构间通过延性耗能连接件进行连接,墙底铰支座采用内包钢板的槽型底座,每层摇摆墙均与该层框架梁连接,摇摆墙体及延性耗能连接件均以螺栓连接为主。
本发明的带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙组件,包括有双层钢板墙1、主体框架结构2、延性耗能连接件3、墙底铰支座4和柔性填充材料6。双层钢板墙1安装在墙底铰支座4上,向上贯穿每层楼板203,主体框架结构2包括各层框架梁201和框架柱202,相邻的框架柱202之间为双层钢板墙1,双层钢板墙1与主体框架结构2之间以延性耗能连接件3连接。
双层钢板墙1使用外包钢板102和边缘约束方钢管103,两片外包钢板102之间使用对拉螺栓101固定,边缘约束方钢管103内部在设置延性耗能连接件3位置上下各设置带圆孔横隔板108,外包钢板102和边缘约束方钢管103内部浇筑混凝土,双层钢板墙1之间在上下两端使用螺栓104进行连接,对位于顶层及底层的双层钢板墙1仅分别在下端及上端使用螺栓104进行连接,双层钢板墙1与框架梁201平齐位置中线处设置侧向定位螺孔105,底层墙段底部设置墙体包钢倒角110。
墙底铰支座4使用混凝土浇筑,设置凹槽,凹槽内设置槽内包钢板401,槽内包钢板401与墙底铰支座4间使用连接栓钉402锚固,在槽底角部设置支座包钢倒角403;
延性耗能连接件3包括延性耗能构件301以及两端的端板302、对接件303、腹板连接板304、翼缘连接板305,延性耗能构件301两端焊接于端板302上,端板302与对接件303间使用腹板连接板304和翼缘连接板305进行连接;
主体框架结构2上,与双层钢板墙1相邻的框架柱202,在安装延性耗能连接件3的位置处预埋对接件303,对接件303外表面与框架柱202外表面齐平,内表面焊接锚固钢筋306;
双层钢板墙1上,在安装延性耗能连接件3的位置处焊接对接件303;
主体框架结构2上,在与双层钢板墙1相连的框架梁201内设置梁内固定螺栓预埋件107,侧向定位螺栓106穿过侧向定位螺孔105和梁内固定螺栓预埋件107焊接连接;
在双层钢板墙穿过楼板203位置预先开洞,洞口尺寸大于双层钢板墙1尺寸,楼板203与双层钢板墙1间以柔性填充材料7填充。
依照本发明实施例所述,双层钢板墙1为装配式预制构件,两层外包钢板102间使用对拉螺栓101固定,边缘约束方钢管103内部加强部位设置带圆孔横隔板108,外包钢板102及边缘约束方钢管103内部直接浇筑混凝土,上下墙段间使用螺栓104连接。
依照本发明实施例所述,与墙底铰支座4接触的底层双层钢板墙1底部设置圆弧形的墙体包钢倒角110。
依照本发明实施例所述,双层钢板墙上侧向定位螺孔105为条形螺孔,宽度稍宽于侧向定位螺栓106直径。
依照本发明实施例所述,侧向定位螺栓106通过圆弧形处理的固定螺帽111将双层钢板墙1夹紧限位。
依照本发明实施例所述,墙底铰支座4的开槽尺寸与双层钢板墙1下端尺寸相同。
依照本发明实施例所述,墙底铰支座4槽底角部设置圆弧形的支座包钢倒角403。
依照本发明实施例所述,延性耗能连接件3的端板302和对接件303上一侧焊接腹板及翼缘板,腹板及翼缘板呈工字型。
依照本发明实施例所述,延性耗能连接件3在框架柱202端使用锚固钢筋306进行固定;该延性耗能连接件3用于连接主体框架结构和双层钢板墙,连接方式为腹板连接采用高强螺栓连接,翼缘板连接采用焊接连接。
本发明的有益效果:
本发明既可应用于既有建筑抗震加固,也可用于新建建筑。摇摆墙主体使用双层钢板墙,具有刚度大、强度高、延性好等优点,双层钢板在工厂分段加工,在现场使用螺栓拼装,最后灌装混凝土,具有绿色环保、施工速度快等特点;摇摆墙直接放入墙底铰支座的凹槽内,在释放墙底弯矩的同时保证墙肢在限定的范围内运动;摇摆墙通过墙侧阻尼器与主体结构相连,避免了传统摇摆墙与楼板连接的应力集中现象,降低了局部严重破坏的可能性;阻尼器集中安置在摇摆墙墙侧,减少了对建筑功能的影响;以螺栓连接为主,实现了构件可更换,易维修的特点。
(四)附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是双层钢板摇摆墙的结构立面示意图。
图2是双层钢板墙立面示意图。
图3是双层钢板墙剖面示意图。
图4是墙底铰支座示意图。
图5是本发明实施例二的立面示意图。
图6是本发明实施例二的A-A剖面示意图。
图7是延性耗能连接件示意图。
图8是框架梁及楼板连接示意图。
图中,1.双层钢板墙,101.对拉螺栓,102.外包钢板,103.边缘约束方钢管,104.螺栓,105.侧向定位螺孔,106.侧向定位螺栓,107.梁内固定螺栓预埋件,108.带圆孔横隔板,109.工字型钢,110.墙体包钢倒角,111.固定螺帽,2.主体框架结构,201.框架梁,202.框架柱,203.楼板,3.延性耗能连接件,301.延性耗能构件,302.端板,303.对接件,304.腹板连接板,305.翼缘连接板,306.锚固钢筋,4.墙底铰支座,401.槽内包钢板,402.连接栓钉,403.支座包钢倒角,5.伸臂连接,6.柔性填充材料。
(五)具体实施方式
实施例一
本实施例由双层钢板墙1,主体框架结构2,延性耗能连接件3,墙底铰支座4,柔性填充材料6组成。施工时,首先浇筑墙底铰支座4,如图4所示,墙底铰支座4使用钢筋混凝土制作成槽型,宽度与双层钢板墙1厚度相同,槽底长度与双层钢板墙1底端长度相同,槽边与水平面呈一定夹角,槽内包钢板作为接触面,钢板与钢筋混凝土部分使用栓钉锚固,浇筑后振捣密实。
双层钢板墙1为预制构件,如图2所示,双层钢板墙1采用外包钢板102和边缘约束方钢管103,边缘约束方钢管103内部在设置延性耗能连接件3位置上下各设置带圆孔横隔板108;两片钢板间使用对拉螺栓101连接,如图3所示;双层钢板墙1与框架梁201平齐位置中线处设置条形侧向定位螺孔105,螺孔内使用薄钢板贯通钢板墙,薄钢板与外包钢板102间焊接连接;定位后,双层钢板墙1内部浇筑混凝土,双层钢板作为模板,免支模;双层钢板墙1上下两端采用螺栓104连接,对于位于顶层的墙片,仅在墙体下端设置螺栓孔,对于位于底层的墙片,仅在墙体上端设置螺栓孔,同时在底端设置墙体包钢倒角110。
图7是延性耗能连接件示意图,包括延性耗能构件301,端板302,对接件303,腹板连接板304,翼缘连接板305,锚固钢筋306。该延性耗能连接件3中延性耗能构件301及相连的连接构件为预制构件,延性耗能构件301焊接于端板302上,其几何中心与端板302几何中心重合,端板另一侧焊接工字型布置的腹板和翼缘板;在与双层钢板墙1相邻的框架柱202上对应位置预先埋入对接件303,该对接件303外表面与框架柱202外表面齐平,内表面焊接锚固钢筋306伸入框架柱202内部实现锚固;双层钢板墙1上焊接对接件303,框架柱202和双层钢板墙1上对接件303外表面同样焊接工字型布置的腹板和翼缘板;连接部分使用腹板连接板304和翼缘连接板305进行连接,腹板连接板304采用螺栓连接,翼缘连接板306采用焊接连接。
图8是框架梁及楼板示意图。在双层钢板墙1穿过楼板203位置预先开洞,开洞尺寸大于双层钢板墙1尺寸,双层钢板墙1连接完成后,在楼板203与双层钢板墙1间空隙处填充柔性填充材料6;框架梁201上预先设置梁内固定螺栓预埋件107,侧向定位螺栓106穿过侧向定位螺孔105插入梁内固定螺栓预埋件106内并焊接连接。侧向定位螺栓106由螺杆和两个圆弧形处理的固定螺帽111组成,如图6所示。
实施例二
图5是本实施例中双层钢板墙部分的立面示意图。对于在框架柱202间距较大位置设置该带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙组件,可如图5及图6所示,设置伸臂连接5,并在墙体内设置加强构件。
伸臂连接5一端与双层钢板墙1间焊接连接,另一端焊接连接303并与延性耗能连接件3连接;伸臂连接5的翼缘板在靠近双层摇摆墙1侧逐渐加宽,并延伸入双层钢板墙1内部。
双层钢板墙1的边缘约束方钢管内部在伸臂连接5位置设置带圆孔横隔板108,伸臂连接上下翼缘位置处在外包钢板102内部分别焊接工字型钢109,工字型钢109上下翼缘分别与伸臂连接5的两个上下翼缘对齐。
其他构造与实施例一相同。
Claims (8)
1.一种带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙组件,其特征在于,结构包括:双层钢板墙(1)、主体框架结构(2)、延性耗能连接件(3)、墙底铰支座(4)和柔性填充材料(6):
所述的双层钢板墙(1)安装在墙底铰支座(4)上,向上贯穿每层楼板(203),主体框架结构(2)包括各层框架梁(201)和框架柱(202),相邻的框架柱(202)之间为双层钢板墙(1),双层钢板墙(1)与主体框架结构(2)之间以延性耗能连接件(3)连接;
所述的双层钢板墙(1)使用外包钢板(102)和边缘约束方钢管(103),两片外包钢板(102)之间使用对拉螺栓(101)固定,边缘约束方钢管(103)内部在设置延性耗能连接件(3)位置上下各设置带圆孔横隔板(108),外包钢板(102)和边缘约束方钢管(103)内部浇筑混凝土,双层钢板墙(1)之间在上下两端使用螺栓(104)进行连接,对位于顶层及底层的双层钢板墙(1)仅分别在下端及上端使用螺栓进行连接,双层钢板墙(1)与框架梁(201)平齐位置中线处设置侧向定位螺孔(105),底层墙段底部设置墙体包钢倒角(110);
所述的墙底铰支座(4)使用混凝土浇筑,设置凹槽,凹槽内设置槽内包钢板(401),槽内包钢板(401)与墙底铰支座(4)间使用连接栓钉(402)锚固,在槽底角部设置支座包钢倒角(403);
所述延性耗能连接件(3)包括延性耗能构件(301)以及两端的端板(302)、对接件(303)、腹板连接板(304)、翼缘连接板(305),延性耗能构件(301)两端焊接于端板(302)上,端板(302)与对接件(303)间使用腹板连接板(304)和翼缘连接板(305)进行连接;
所述主体框架结构(2)上,与双层钢板墙(1)相邻的框架柱(202),在安装延性耗能连接件(3)的位置处预埋对接件(303),对接件(303)外表面与框架柱(202)外表面齐平,内表面焊接锚固钢筋(306);
所述双层钢板墙(1)上,在安装延性耗能连接件(3)的位置处焊接对接件(303);
所述主体框架结构(2)上,在与双层钢板墙(1)相连的框架梁(201)内设置梁内固定螺栓预埋件(107),侧向定位螺栓(106)穿过侧向定位螺孔(105)和梁内固定螺栓预埋件(107)焊接连接;
所述双层钢板墙(1),穿过楼板(203)位置预先开洞,洞口尺寸大于双层钢板墙(1)尺寸,楼板(203)与双层钢板墙(1)间以柔性填充材料(7)填充。
2.权利要求1所述的一种带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙组件,其特征在于,与墙底铰支座(4)接触的底层双层钢板墙(1)底部设置圆弧形的墙体包钢倒角(110)。
3.权利要求1所述的一种带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙组件,其特征在于,所述双层钢板墙上侧向定位螺孔(105)为条形螺孔,宽度稍宽于侧向定位螺栓(106)直径。
4.权利要求3所述的一种带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙组件,其特征在于,所述的侧向定位螺栓(106)通过圆弧形处理的固定螺帽(111)将双层钢板墙(1)夹紧限位。
5.权利要求1所述的一种带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙组件,其特征在于,所述墙底铰支座(4)的开槽尺寸与双层钢板墙(1)下端尺寸相同。
6.权利要求5所述的一种带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙组件,其特征在于,所述墙底铰支座(4)槽底角部设置圆弧形的支座包钢倒角(403)。
7.权利要求1所述的一种带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙组件,其特征在于,所述延性耗能连接件(3)的端板(302)和对接件(303)上一侧焊接腹板及翼缘板,腹板及翼缘板呈工字型。
8.权利要求1所述的一种带延性耗能连接件的装配式双层钢板摇摆墙组件,其特征在于,所述延性耗能连接件(3)在框架柱(202)端使用锚固钢筋(306)进行固定;所述延性耗能连接件(3)用于连接主体框架结构和双层钢板墙,连接方式为腹板连接采用高强螺栓连接,翼缘板连接采用焊接连接。
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