CN106149871A - 一种木框架或竹框架‑耗能支撑抗侧力结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种木框架或竹框架‑耗能支撑抗侧力结构体系，能用于多层竹木框架结构，主要由木（竹）梁、木（竹）柱、梁柱节点、摩擦型阻尼器、木（竹）支撑和柱脚节点组合而成，所述木（竹）梁和木（竹）柱用螺栓连接；所述的摩擦型阻尼器位于木（竹）支撑与木（竹）梁以及木（竹）支撑与木（竹）柱间，均采用螺栓连接。在小震下，摩擦型阻尼器不滑动，木（竹）支撑能有效提高竹木框架的抗侧刚度，结构整体侧移变形小；在中震或大震下，摩擦型阻尼器所受的剪力大于其滑动摩擦力，阻尼器中的摩擦面开始滑移耗能，木（竹）支撑相对框架梁和框架柱在阻尼器处发生转动，这种机制能大幅度减少框架梁、框架柱和梁柱节点处的结构损伤。一旦震后木（竹）支撑损坏，更换较为方便，能够降低结构震后的维修费用和修复难度。

Description

一种木框架或竹框架-耗能支撑抗侧力结构体系
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，特别是涉及一种竹木框架-耗能支撑抗侧力结构体系，震后低损伤且能用于多层竹木框架结构。
背景技术
随着对环境保护的愈发重视，建筑业越来越倡导可再生建材的利用。木材和竹材因其自然生长且可持续发展，被越来越多地应用于房屋建筑。同时，竹木结构也具有较低的全寿命建筑能耗、优良的居住环境和建筑美观等优点。
现代城市规模不断增大、节地要求不断提高，研发适用于多层建筑的竹木结构体系将是未来的发展方向。框架结构体系传力明确，延性较好，同时在有着使用空间大，低碳节能以及施工周期短等优点，因此具有很大的发展潜力。然而传统的带支撑的低多层竹木框架结构通过螺栓及竹木构件的相对变形来耗散地震能量，震后整体结构虽未发生倒塌，但连接部位的竹木构件往往有明显的破坏及很大的残余变形，大大增加了震后结构的维修难度，同时也加大了结构修缮的费用，严重限制了竹木结构的应用与发展。
针对现有竹木框架存在的问题，本发明提出一种适用于多层建筑的竹木结构体系且震后易修复的装置和技术，能够有效提高多层竹木框架的初始抗侧刚度，同时有效增加多层竹木框架的耗能性能，减轻多层竹木框架的震后损伤，大大降低多层竹木框架的震后修复难度。
发明内容
针对现有竹木框架结构在地震作用下难以兼顾抗侧刚度和抗震性能的问题，本发明的目的在于提供一种竹木框架-耗能支撑抗侧力结构体系，通过合理设置带阻尼器的耗能支撑不但可以有效增加结构在小震下的抗侧刚度，而且能利用阻尼器的滑动带动支撑的相对变形，有效提高结构在大震下的耗能性能，同时减轻了支撑与结构连接处的破坏程度，大幅降低了竹木框架结构在震后的修复费用和难度。
本发明所要解决的问题通过以下技术方案实现：
一种木框架或竹框架-耗能支撑抗侧力结构体系，包括木梁1、木柱2、梁柱节点3、木支撑4、第一摩擦型阻尼器5、第二摩擦型阻尼器6和柱脚7，所述木梁1两端分别与木柱2一端通过螺栓连接，构成梁柱结构，木柱2固定于柱脚7上，其中：所述梁柱结构内设置有木支撑4，木支撑4一端通过第一摩擦型阻尼器5和第一内钢板53连接木梁1，木支撑4另一端通过第二摩擦型阻尼器6和第二内钢板63连接木柱2下部；所述木支撑4与第一摩擦型阻尼器5、第二摩擦型阻尼器6的连接方式为螺栓连接，第一摩擦型阻尼器5与木梁1的连接方式为螺栓连接，所述第二摩擦型阻尼器6与木柱2的连接方式为螺栓连接，所述木柱2与柱脚7的连接方式为螺栓连接；所述的第一摩擦型阻尼器5由第一U型钢51和NAO型摩擦材料52（Non-asbestos Organic material，以下简称为NAO型摩擦材料）组成，第一内钢板53一端伸入木梁1内，另一端伸入第一U型钢51内，第一U型钢51两边上设有垂直于木梁1长度方向的第一长圆孔，第一内钢板53上设有平行于木梁1长度方向的第二长圆孔，第三螺栓10依次穿过第一U型钢51一边上的第一长圆孔、第一内钢板53上的第二长圆孔、第一U型钢51另一边上的第一长圆孔，将第一U型钢51与第一内钢板53连接起来，并可对第三螺栓10施加预紧力，所述第一长圆孔和第二长圆孔使摩擦型阻尼器5在地震作用下可充分摩擦耗能，NAO型摩擦材料52粘于第一U型钢51两边内侧；在中震或大震下，摩擦型阻尼器所受的剪力大于其滑动摩擦力，阻尼器中的摩擦面开始滑移耗能，木支撑相对框架梁和框架柱在阻尼器处发生转动，这种机制能大幅度减少框架梁、框架柱和梁柱节点处的结构损伤。
本发明中，所述木梁1、木柱2、和木支撑4可以采用竹梁、竹柱和竹支撑代替。
本发明中，所述的第二摩擦型阻尼器6由第二U型钢61和NAO型摩擦材料62（Non-asbestos Organic material，以下简称为NAO型摩擦材料）组成，第二内钢板63一端伸入木柱2内，另一端伸入第二U型钢61内，第二U型钢61两边上设有垂直于木柱2长度方向的第三长圆孔，第二内钢板63上设有平行于木柱2长度方向的第四长圆孔，第三螺栓10依次穿过第二U型钢61一边上的第三长圆孔、第二内钢板63上的第四长圆孔、第二U型钢61另一边上的第三长圆孔，将第二U型钢61与第二内钢板63连接起来，并可对第三螺栓10施加预紧力，所述第二长圆孔和第二长圆孔使摩擦型阻尼器6在地震作用下可充分摩擦耗能，NAO型摩擦材料62粘于第二U型钢61两边内侧。
本发明中，所述第一摩擦型阻尼器5通过第一外钢板55与木支撑4相连，第一外钢板55与第一U型钢51焊接，第一外钢板55与支撑4在对应的安装处预留螺栓孔，两者连接方式为螺栓连接。
本发明中，所述第二摩擦型阻尼器6通过第二外钢板65与木支撑4相连，第二外钢板65与第二U型钢61焊接，第二外钢板65与支撑4在对应的安装处预留螺栓孔，两者连接方式为螺栓连接。
本发明中，所述木梁1、木柱2、木支撑4为方木、胶合木或单板层积木（简称LVL）中任一种。
本发明中，所述竹梁、竹柱和竹支撑为胶合竹。
本发明中，所述第一内钢板53和第一外钢板55材质采用低碳钢。
本发明中，第二内钢板63和第二外钢板65材质采用低碳钢。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
（1）本发明抗震性能好，适用于多层竹木结构。在小震下，摩擦型阻尼器不滑动，木（竹）支撑能有效提高结构的抗侧刚度，结构整体侧移变形小；在中震或大震下，摩擦型阻尼器所受剪力大于其滑动摩擦力而开始滑移，整体结构具有良好的变形和耗能能力，充分发挥了阻尼器耗能减震的作用。
（2）本发明破坏模式明确，结构在震后易修复。在中震下，摩擦型阻尼器通过相对变形耗能，有效的控制了框架的侧向变形；在大震下，支撑与梁柱连接的部位发生破坏，从而减轻了主体结构的损伤。由于摩擦型阻尼器在地震作用下不发生破坏，只需要对破坏较为严重的支撑进行更换，结构在震后已修复且修复费用较低。
（3）本发明构造简单，所有构件皆可在工厂预制并直接现场安装，施工速度快、资源利用率高，符合建筑工业化及现代绿色建筑的发展要求，在实际的工程应用中具有广阔的前景。
附图说明
图1显示为本发明的一种竹木框架-耗能支撑抗侧力结构体系示意图；
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木（竹）梁、木（竹）支撑连接方式的剖面示意图；
图4显示为图2中摩擦型阻尼器的U型钢内侧粘NAO型摩擦材料的示意图；
图5显示为图2中摩擦型阻尼器中内钢板构造形式；
图6显示为图1中B处柱脚局部放大图；
图7显示为图6中2-2处的柱脚连接方式剖面示意图；
图8显示为图6中3-3处的柱脚连接方式剖面示意图；
图9显示为图6中摩擦型阻尼器的U型钢内侧粘NAO型摩擦材料的示意图；
图10显示为图6中摩擦型阻尼器中内钢板构造形式。
图中标号：1为木梁，2为木柱2，3为梁柱节点，4为木支撑，5为第一摩擦型阻尼器，6为第二摩擦型阻尼器，7为柱脚，8为第一螺栓，9为第二螺栓，10为第三螺栓，51为第一Ｕ型钢，52为第二NAO型摩擦材料，53为第一内钢板，55为第一外钢板，61为第二Ｕ型钢，62为第二NAO型摩擦材料，63为第二内钢板，65为第二外钢板，71为第四螺栓，72为连接板。
具体实施方式
下面通过实施例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，本发明的一种竹木框架-耗能支撑抗侧力结构体系，能用于多层竹木框架结构，主要包括木（竹）梁1、木（竹）柱2、梁柱节点3、木（竹）支撑4、第一摩擦型阻尼器5、第二摩擦型阻尼器6、柱脚7。所述的摩擦型阻尼器5位于所述木（竹）支撑4与木（竹）梁1之间，所述的第二摩擦型阻尼器6位于所述木（竹）支撑4与木（竹）柱2之间。所述的木（竹）梁1与木（竹）柱2、所述的木（竹）支撑4与第一摩擦型阻尼器5、所述的木（竹）支撑4与第二摩擦型阻尼器6、所述的第一摩擦型阻尼器5与木（竹）梁1、所述的第二摩擦型阻尼器6与木（竹）柱2以及柱脚7的连接方式均为螺栓连接。
如图2所示，第一摩擦型阻尼器5的第一内钢板53在与木（竹）梁1连接处预留螺栓孔，并通过第一螺栓8连接；摩擦型阻尼器5的第一外钢板55在与木（竹）支撑4连接处预留螺栓孔，并通过第二螺栓9连接。
如图3所示，第一NAO型摩擦材料52位于第一U型钢51与第一内钢板53间；第一U型钢51与第一内钢板53通过第三螺栓10连接并施加预紧力，第一外钢板55与第一U型钢51的连接方式为焊接，焊接形式为双面角焊。
如图4所示，第一U型钢51与第一内钢板53在连接处预留垂直于木（竹）梁1长度方向的长圆孔；第一NAO型摩擦材料52粘于第一U型钢51内侧，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，第一内钢板53在与第一U型钢51连接处预留平行于木（竹）梁1长度方向的长圆孔，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；第一内钢板53在与木（竹）梁1连接处预留螺栓孔。
如图6所示，柱脚7的连接板72在连接处预留螺栓孔，与下部结构或者基础通过第四螺栓71连接；柱脚7处的摩擦型阻尼器6高出地面或楼面一段距离，以达到阻尼器在两个方向上均能滑动耗能；第二内钢板63在与木（竹）柱2连接处预留螺栓孔，并通过第一螺栓8连接；第二外钢板65与木（竹）支撑4连接处预留螺栓孔，两者通过螺栓连接。
如图7所示，第二NAO型摩擦材料62位于第二U型钢61与第二内钢板63间；第二U型钢61与第二内钢板63通过第三螺栓10连接并施加预紧力，第二外钢板65与第二U型钢61的连接方式为焊接，焊接形式为双面角焊。
如图8所示，木（竹）柱2在连接处预先开槽及坡口，第二摩擦型阻尼器6的第二内钢板63与柱脚7的连接板72的连接方式为焊接，焊接形式为双面角焊。
如图9所示，第二U型钢61与第二内钢板63在连接处预留垂直于木（竹）柱2长度方向的长圆孔；第二NAO型摩擦材料62粘于第二U型钢61内侧，以保证第二摩擦型阻尼器6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10所示，柱脚处第二摩擦型阻尼器6的第二内钢板63为异型钢板，与木（竹）柱2连接处预留螺栓孔，两者采用螺栓连接；与第二U型钢61连接处预留平行于木（竹）柱2长度方向的长圆孔，给第二摩擦型阻尼器6提供充分摩擦的空间。

Claims (9)

1.一种木框架或竹框架-耗能支撑抗侧力结构体系，包括木梁（1）、木柱（2）、梁柱节点（3）、木支撑（4）、第一摩擦型阻尼器（5）、第二摩擦型阻尼器（6）和柱脚（7），所述木梁（1）两端分别与木柱（2）一端通过螺栓连接，构成梁柱结构，木柱（2）固定于柱脚（7）上，其特征在于：所述梁柱结构内设置有木支撑（4），木支撑（4）一端通过第一摩擦型阻尼器（5）和第一内钢板（53）连接木梁（1），木支撑（4）另一端通过第二摩擦型阻尼器（6）和第二内钢板（63）连接木柱（2）下部；所述木支撑（4）与第一摩擦型阻尼器（5）、第二摩擦型阻尼器（6）的连接方式为螺栓连接，第一摩擦型阻尼器（5）与木梁（1）的连接方式为螺栓连接，所述第二摩擦型阻尼器（6）与木柱（2）的连接方式为螺栓连接，所述木柱（2）与柱脚（7）的连接方式为螺栓连接；所述的第一摩擦型阻尼器（5）由第一U型钢（51）和NAO型摩擦材料（52）组成，第一内钢板（53）一端伸入木梁（1）内，另一端伸入第一U型钢（51）内，第一U型钢（51）两边上设有垂直于木梁（1）长度方向的第一长圆孔，第一内钢板（53）上设有平行于木梁（1）长度方向的第二长圆孔，第三螺栓（10）依次穿过第一U型钢（51）一边上的第一长圆孔、第一内钢板（53）上的第二长圆孔、第一U型钢（51）另一边上的第一长圆孔，将第一U型钢（51）与第一内钢板（53）连接起来，并可对第三螺栓（10）施加预紧力，所述第一长圆孔和第二长圆孔使摩擦型阻尼器（5）在地震作用下可充分摩擦耗能，NAO型摩擦材料（52）粘于第一U型钢（51）两边内侧；在中震或大震下，摩擦型阻尼器所受的剪力大于其滑动摩擦力，阻尼器中的摩擦面开始滑移耗能，木支撑相对框架梁和框架柱在阻尼器处发生转动，这种机制能大幅度减少框架梁、框架柱和梁柱节点处的结构损伤。
2.根据权利要求1所述的木框架或竹框架-耗能支撑抗侧力结构体系，其特征在于：所述木梁（1）、木柱（2）、和木支撑（4）采用竹梁、竹柱和竹支撑代替。
3.根据权利要求1所述的木框架或竹框架-耗能支撑抗侧力结构体系，其特征在于：所述的第二摩擦型阻尼器（6）由第二U型钢（61）和NAO型摩擦材料（62）组成，第二内钢板（63）一端伸入木柱（2）内，另一端伸入第二U型钢（61）内，第二U型钢（61）两边上设有垂直于木柱（2）长度方向的第三长圆孔，第二内钢板（63）上设有平行于木柱（2）长度方向的第四长圆孔，第三螺栓（10）依次穿过第二U型钢（61）一边上的第三长圆孔、第二内钢板（63）上的第四长圆孔、第二U型钢（61）另一边上的第三长圆孔，将第二U型钢（61）与第二内钢板（63）连接起来，并可对第三螺栓（10）施加预紧力，所述第三长圆孔和第四长圆孔使摩擦型阻尼器（6）在地震作用下可充分摩擦耗能，NAO型摩擦材料（62）粘于第二U型钢（61）两边内侧。
4.根据权利要求1所述的一种木框架或竹框架-耗能支撑抗侧力结构体系，其特征在于：所述第一摩擦型阻尼器（5）通过第一外钢板（55）与木支撑（4）相连，第一外钢板（55）与第一U型钢（51）焊接，第一外钢板（55）与支撑（4）在对应的安装处预留螺栓孔，两者连接方式为螺栓连接。
5.根据权利要求3所述的一种木框架或竹框架-耗能支撑抗侧力结构体系，其特征在于：所述第二摩擦型阻尼器（6）通过第二外钢板（65）与木支撑（4）相连，第二外钢板（65）与第二U型钢（61）焊接，第二外钢板（65）与支撑（4）在对应的安装处预留螺栓孔，两者连接方式为螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的一种木框架或竹框架-耗能支撑抗侧力结构体系，其特征在于：所述木梁（1）、木柱（2）、木支撑（4）为方木、胶合木或单板层积木中任一种。
7.根据权利要求2所述的一种木框架或竹框架-耗能支撑抗侧力结构体系，其特征在于：所述竹梁、竹柱和竹支撑为胶合竹。
8.根据权利要求4所述的一种木框架或竹框架-耗能支撑抗侧力结构体系，能用于多层竹木框架结构，其特征在于：所述第一内钢板（53）和第一外钢板（55）材质采用低碳钢。
9.根据权利要求5所述的一种木框架或竹框架-耗能支撑抗侧力结构体系，能用于多层竹木框架结构，其特征在于：第二内钢板（63）和第二外钢板（65）材质采用低碳钢。
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