CN105756217A - 一种具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙，由钢梁、钢柱、木剪力墙、后张无粘结预应力筋和摩擦型阻尼器组成，后张无粘结预应力筋贯穿钢梁纵向，并穿过钢柱上端，在钢柱外侧用锚具固定；摩擦型阻尼器位于木剪力墙上部，与木剪力墙顶梁板采用螺栓连接。在小震下，钢框架和木剪力墙共同作用，使结构具有较高的抗侧刚度；在中震或大震下，摩擦型阻尼器所受剪力大于其滑移剪力，阻尼器中的摩擦面开始滑移耗能，能大幅度降低木剪力墙的损伤。后张无粘结预应力筋始终处于弹性受拉状态，震后梁柱节点在预应力筋的作用下回到初始状态，钢梁和钢柱基本没有损伤，结构残余变形很小，摩擦型阻尼器在地震作用下不发生破坏，震后无需更换。

Description

一种具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，特别是涉及一种用于减小工程结构地震灾害的具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙。
背景技术
地震具有突发性和不可预测性，且发生频度较高，给人类社会造成了巨大的损失。我国是陆地地震多发国家之一，尤其是近年来频繁发生的大地震，对建筑结构造成了严重的震害。
钢木混合结构具有绿色环保、预制装配比率高等优点，钢框架结构效率高，木剪力墙重量轻且抗侧刚度大，将木剪力墙填充于钢框架中可形成结构性能优异的钢木混合抗震墙体系。且钢木混合抗震墙的延性较高，具有良好的抗震性能，相对于传统建筑结构，有着低碳节能，施工周期短等优点，因此具有很大的发展潜力。我国现行的抗震规范对抗震设防目标和设计方法分别为三水准设防和两阶段设计方法，传统的建筑结构体系通过建筑材料的延性和结构变形来抵抗地震作用，耗散地震能量，保证主体结构的安全，震后结构虽未发生倒塌，但往往使结构和构件有很大的残余变形，大大增加了震后结构的维修难度，同时也加大了修复费用。具有自复位功能的建筑结构以传统抗震结构为基础，以预应力为手段，可以有效地减少建筑结构震后残余变形，它不仅能够在地震发生时充分耗能，保障结构的安全可靠，保护人们的生命安全，同时也有助于震后结构快速修复，使结构能够尽快地恢复正常使用，是结构抗震设计的一个新方向，在近年来也逐步被应用于工程中。
然而钢木混合抗震墙在抗震设计中的可恢复功能特性未被很好地设计与实现，地震作用后，钢框架和木剪力墙仍有较大的残余变形，修复困难。
针对现有钢木混合抗震墙存在的问题，本发明提出具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙的装置和技术，有效减轻钢木混合抗震墙的震后损伤，大大降低钢木混合抗震墙震后修复难度，提高钢木混合抗震墙的修复效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减小工程结构地震灾害的具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙，减小工程结构地震灾害，以解决现有钢木混合抗震墙结构在大震下不易修复或修复成本较高的问题，本发明不但可以通过木剪力墙上部阻尼器在地震作用下充分耗能减震，而且能利用预应力筋的特性，消除了结构在地震作用下的残余变形，大幅降低了钢木混合抗震墙在震后的修复费用和难度，实现了钢木混合抗震墙的自复位功能。
本发明所要解决的问题通过以下技术方案实现：
本发明提出的一种具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙，包括钢梁1、后张无粘结预应力筋2、锚具4、摩擦型阻尼器5、木剪力墙6和钢柱7，其中：
所述钢梁1与钢柱7均采用H型钢，由一个钢梁（１）与两个钢柱（７）连接组成第一框架结构，所述第一框架结构为钢框架，所述后张无粘结预应力筋2贯穿钢梁1纵向，并穿过位于钢梁１两侧的钢柱7上端，在钢柱7上端的外侧通过锚具4固定；木剪力墙6位于所述第一框架结构内，所述木剪力墙6由顶梁板61、边骨柱62、中间墙骨柱63和覆面板64组成，顶梁板61、边骨柱62和中间墙骨柱63连接组成第二框架结构，所述第二框架结构为木框架，覆面板64覆盖于第二框架结构上，所述顶梁板61和边骨柱62均由双层规格材组成，所述中间墙骨柱63由单层规格材组成，所述顶梁板61两端通过两个边骨柱62支撑，且顶梁板61与边骨柱62采用钉子连接，所述顶梁板61底部通过若干个中间墙骨柱63支撑，所述中间墙骨柱63与顶梁板61采用钉子连接；所述摩擦型阻尼器5一边与顶梁板61顶部相连，另一边与钢梁1的下翼缘相连，钢梁1的梁腹板与钢柱7的柱腹板在同一竖向平面内对齐，钢梁１的梁腹板与焊于钢柱7内侧的节点板31采用螺栓连接；在小震下，第一框架结构和木剪力墙共同作用，使钢木混合抗震墙具有较高的抗侧刚度；在中震或大震下，摩擦型阻尼器所受的剪力大于其滑移剪力，摩擦型阻尼器中的无石棉有机摩擦材料开始滑移耗能，能大幅度降低木剪力墙的损伤；后张无粘结预应力筋始终处于弹性受拉状态，震后梁柱节点在预应力筋的作用下回到初始状态，钢梁和钢柱基本没有损伤，结构残余变形很小。
本发明中，所述钢柱7与钢梁１的上翼缘和下翼缘连接处设置有第一加劲肋32和第二加劲肋33。
本发明中，所述摩擦型阻尼器5由第三角钢91、第四角钢92、钢板12以及无石棉有机摩擦材料13，钢板12垂直布置于顶梁板61和钢梁1下翼缘之间，钢板12两侧与顶梁板61连接处设置有第三角钢91和第四角钢92，第三角钢91或第四角钢92在与顶梁板61以及钢板12连接处预留螺栓孔，连接方式为螺栓连接，第三角钢91一边、钢板12和第三角钢92一边通过第一螺栓10连接，第三角钢91另一边和第四角钢92另一边分别与顶梁板61通过第二螺栓11连接，对第一螺栓10施加预紧力，钢板12内在与第三角钢91和第四角钢92连接处预留有长孔14，使摩擦型阻尼器5在地震作用下可以充分摩擦耗能，无石棉有机摩擦材料13分别粘于第三角钢91及第四角钢92上。
本发明中，所述的覆面板64为OSB板或胶合板中的一种。
本发明中，所述的顶梁板61、边骨柱62和中间墙骨柱63均采用云杉-冷杉-松SPF规格材。
本发明中，所述后张无粘结预应力筋2为预应力钢绞线、预应力钢丝束、精轧螺纹钢、FRP或GFRP筋中任一种。
本发明中，所述的锚具4选用夹片式锚具、支承式锚具、锥塞式锚具或螺母锚具中任一种。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
（1）本发明减震效果好，抗震性能优越。在小震下，钢框架和木剪力墙共同抵抗剪力，使结构具有良好的抗侧刚度；在中震或大震下，摩擦型阻尼器具有较好的变形和耗能能力，充分发挥了耗能减震的作用。这种工作机制使结构在地震作用下具有良好的耗能能力，显著减小了结构的损伤。
（2）本发明具有自复位功能，使得结构在震后易修复且大幅度降低了修复费用。在中震或大震下，摩擦型阻尼器充分地变形和耗能，由于变形集中于摩擦型阻尼器中，有效地控制了木剪力墙的变形，大幅度降低了木剪力墙的损伤，贯穿钢梁纵向的后张无粘结预应力筋始终处于弹性受拉状态，在预应力筋的作用下，梁柱节点回到初始状态，钢梁和钢柱基本没有损伤，结构残余变形很小，摩擦型阻尼器在地震作用下不发生破坏，震后无需更换，震后可恢复。
（3）本发明构造简单，易于施工且施工速度快、工期短，符合建筑工业化的发展趋势，且有很高的性价比优势，在实际的工程应用中具有巨大的前景。
附图说明
图1显示为本发明的具有自复位功能的钢木混合抗震墙的结构示意图；
图2显示为图1的A处局部放大图；
图3显示为图2中1-1处的摩擦型阻尼器及其与钢梁、木剪力墙连接方式的剖面示意图；
图4显示为摩擦型阻尼器的角钢内侧粘无石棉有机摩擦材料的示意图；
图5显示为摩擦型阻尼器中钢板构造形式；
图6显示为图1中B处梁柱节点局部放大图；
图7显示为图1中C处柱脚局部放大图。
图中标号：１为钢梁、2为后张无粘结预应力筋、３为梁柱节点、32为第一加劲肋、33为第二加劲肋、４为锚具、５为摩擦型阻尼器、６为木剪力墙、61为顶梁板、62为边骨柱、63为中间墙骨柱、64为覆面板、７为钢柱、８为柱脚、81为第一角钢、82为第二角钢、83为柱脚底板、84为第三螺栓、91为第三角钢、92为第四角钢、10为第一螺栓、11为第二螺栓、12为钢板、13为无石棉有机摩擦材料、14为长孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例１：如图1所示，本发明的具有自复位功能的钢木混合抗震墙，包括钢梁1、后张无粘结预应力筋2、梁柱节点3、锚具4、摩擦型阻尼器5、木剪力墙6、钢柱7和柱脚8，所述的木剪力墙6包括由双层规格材组成的顶梁板61、由双层规格材组成的边骨柱62、由单层规格材组成的中间墙骨柱63以及覆面板64。所述钢柱7与钢梁1连接方式为铰接，所述的钢柱7的翼缘在后张无粘结预应力筋2通过处设有预留孔道，后张无粘结预应力筋2贯穿钢梁1纵向，并穿过钢柱7上端，在钢柱7外侧用锚具4固定，所述的钢柱7通过柱脚8与基础连接，柱脚8采用半刚接的连接方式。
如图2所示，木剪力墙的顶梁板61与摩擦型阻尼器5连接处预留螺栓孔，摩擦型阻尼器5的第三角钢91、第四角钢92在与顶梁板61连接处预留螺栓孔，顶梁板61与摩擦型阻尼器5中的第三角钢91、第四角钢92通过第二螺栓11连接。
如图3所示，第三角钢91、第四角钢92在连接处预留螺栓孔，钢板12预留长孔，三者通过第一螺栓10连接，摩擦型阻尼器5的钢板12和钢梁1的连接方式采用焊接，焊于钢梁1的下翼缘，焊接形式为双面角焊。
如图4所示，第三角钢91和第四角钢92上粘有无石棉有机摩擦材料13，以保证摩擦型阻尼器5在地震作用下充分耗能，此种摩擦型材料具有功能性强、环保、材料及配方简单和价格低等优势。
如图5所示，钢板12预留长孔14，这一设计是为了给摩擦阻尼器5提供充分摩擦的空间，以达到地震作用下充分耗能减震的目的。
如图6所示，梁柱节点板31与钢柱7的翼缘焊接，梁柱节点板31在与钢梁1连接处预留螺栓孔，与钢梁1采用螺栓连接。钢柱7在与钢梁1翼缘对应位置设有第一加劲肋32、第二加劲肋33，防止钢柱7翼缘变形。
如图7所示，柱脚8采用半刚接的连接方式，钢柱7底部两翼缘外侧与第一角钢81、第二角钢82连接处分别预留螺栓孔，与第一角钢81和第二角钢82通过第三螺栓84连接，柱脚底板83在与第一角钢81和第二角钢82连接处预留螺栓孔，与第一角钢81和第二角钢82通过螺栓85连接。

Claims (7)

1.一种具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙，包括钢梁（1）、后张无粘结预应力筋（2）、锚具（4）、摩擦型阻尼器（5）、木剪力墙（6）和钢柱（7），其特征在于：
所述钢梁（1）与钢柱（7）均采用H型钢，由一个钢梁（１）与两个钢柱（７）连接组成第一框架结构，所述第一框架结构为钢框架，所述后张无粘结预应力筋（2）贯穿钢梁（1）纵向，并穿过位于钢梁（１）两侧的钢柱（7）上端，在钢柱（7）上端的外侧通过锚具（4）固定；木剪力墙（6）位于所述第一框架结构内，所述木剪力墙（6）由顶梁板（61）、边骨柱（62）、中间墙骨柱（63）和覆面板（64）组成，顶梁板(61)、边骨柱(62)和中间墙骨柱(63)连接组成第二框架结构，所述第二框架结构为木框架，覆面板(64)覆盖于第二框架结构上，所述顶梁板（61）和边骨柱（62）均由双层规格材组成，所述中间墙骨柱（63）由单层规格材组成，所述顶梁板（61）两端通过两个边骨柱（62）支撑，且顶梁板(61)与边骨柱(62)采用钉子连接，所述顶梁板（61）底部通过若干个中间墙骨柱(63)支撑，所述中间墙骨柱（63）与顶梁板（61）采用钉子连接；所述摩擦型阻尼器（5）一边与顶梁板（61）顶部相连，另一边与钢梁（1）的下翼缘相连，摩擦型阻尼器（5）上设有无石棉有机摩擦材料，钢梁(1)的梁腹板与钢柱(7)的柱腹板在同一竖向平面内对齐，钢梁（１）的梁腹板与焊于钢柱(7)内侧的节点板（31）采用螺栓连接；在小震下，第一框架结构和木剪力墙共同作用，使钢木混合抗震墙具有较高的抗侧刚度；在中震或大震下，摩擦型阻尼器所受的剪力大于其滑移剪力，摩擦型阻尼器中的无石棉有机摩擦材料开始滑移耗能，能大幅度降低木剪力墙的损伤；后张无粘结预应力筋始终处于弹性受拉状态，震后梁柱节点在预应力筋的作用下回到初始状态，钢梁和钢柱基本没有损伤，结构残余变形很小。
2.根据权利要求１所述的具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙，其特征在于所述钢柱（7）与钢梁（１）的上翼缘和下翼缘连接处设置有第一加劲肋（32）和第二加劲肋（33）。
3.根据权利要求1所述的具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙，其特征在于所述摩擦型阻尼器（5）由第三角钢（91）、第四角钢（92）、钢板（12）以及无石棉有机摩擦材料（13）组成，钢板(12)垂直布置于顶梁板(61)和钢梁(1)下翼缘之间，钢板(12)两侧与顶梁板(61)连接处设置有第三角钢(91)和第四角钢(92)，第三角钢（91）或第四角钢（92）在与顶梁板（61）以及钢板（12）连接处预留螺栓孔，连接方式为螺栓连接，第三角钢(91)一边、钢板(12)和第三角钢(92)一边通过第一螺栓(10)连接，第三角钢（91）另一边和第四角钢（92）另一边分别与顶梁板(61)通过第二螺栓(11)连接，对第一螺栓（10）施加预紧力，钢板(12)内在与第三角钢(91)和第四角钢(92)连接处预留有长孔(14)，使摩擦型阻尼器（5）在地震作用下可以充分摩擦耗能，无石棉有机摩擦材料（13）分别粘于第三角钢(91)及第四角钢(92)上。
4.根据权利要求1所述的一种具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙，其特征在于：所述的覆面板（64）为OSB板或胶合板中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙，其特征在于：所述的顶梁板（61）、边骨柱（62）和中间墙骨柱（63）均采用云杉-冷杉-松（SPF）规格材。
6.根据权利要求1所述的一种具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙，其特征在于：所述后张无粘结预应力筋（2）为预应力钢绞线、预应力钢丝束、精轧螺纹钢、FRP或GFRP筋中任一种。
7.根据权利要求1所述的一种具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙，其特征在于：所述的锚具（4）选用夹片式锚具、支承式锚具、锥塞式锚具或螺母锚具中任一种。
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