CN106639037A - 一种适用预制装配的耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系 - Google Patents

一种适用预制装配的耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑结构抗震和耗能减振控制领域,具体是一种适用预制装配的耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系;包括预制剪力墙、预应力拉索、预制框架柱、转角约束连接件和耗能构件;预制剪力墙内部预埋波纹软管,波纹软管内设置预应力拉索,预制剪力墙的四个角处设有转角约束连接件,转角约束连接件与耗能构件连接;本发明优点在于实现上下层的墙体整体变形一致,控制结构的整体侧向位移,同时使得剪力墙体结构具有一定自复位的能力,整体变形也有利于耗能钢板充分发挥其耗能的特性,不会出现单一薄弱环节,且提高了整体结构的装配效率,方便现场施工,有效的缩短工期,节约成本。

Description

一种适用预制装配的耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系
技术领域
本发明涉及建筑结构抗震和耗能减振控制领域,具体是一种适用预制装配的耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系。
背景技术
常用的钢筋混凝土剪力墙结构的刚度大、在水平作用下,侧向变形小,承载力容易满足要求,所以被广泛使用于建造较高的高层建筑。
一方面,由于地震的不确定性、突然性和破坏性让结构工程师和研究这不得不全力以赴,而对于强烈地震,工程结构无法硬抗,唯一的办法是发挥结构的延性,以变形降低受力反应,以空间换取时间,以柔克刚。纯剪力墙结构因为不易灵活布置而刚度又过大,应用也较少,结构优化的一个思路是调整结构的刚度,使之在满足规范变形要求的前提下,使得结构尽量柔软一些,尽量减少结构所受的地震反应,而对于采用装配式的结构,更加需要保证结构的整体性,并加强结构的耗能能力,为了扩大剪力墙的应用范围和改善剪力墙的抗震性能,许多学者也对剪力墙结构作了深入研究。
另一方面,已有的震害调查表明,现浇剪力墙因整体性好、耗能能力强,在地震中具有良好的表现,但现浇剪力墙结构在经历大震后往往损伤严重,残余变形大。许多建筑虽然在地震中没有倒塌,但由于加固修复性差而需重建,且现浇结构施工缓慢,剪力墙体系布置不够灵活。因此,工业化生产的需求同时也催生了对适用于预制装配式的剪力墙结构的探索研究,研究表明,预制装配式剪力墙板的破坏机理为墙板之间的水平接缝的剪切滑移和墙体的摇摆,竖向接缝主要起到耗能作用;同时,美日联合项目PRESSS研制了通过后张拉穿过预制剪力墙体墙板及其水平接缝的钢筋或者钢绞线,此后,国内学者对该种设置后张预应力筋的结构也有所研究,但该种结构虽在地震作用下有较大的位移,且残余变形很小或者没有,具有很强的自复位能力,但最大的缺陷在于耗能能力明显不足。
发明内容
针对现有技术中剪力墙的缺点,本发明提出一种可预制装配的混凝土耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系,解决了现有技术中存在的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的:一种适用预制装配的耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系,包括预制剪力墙、预应力拉索、预制框架柱、转角约束连接件和耗能构件;预制剪力墙内部预埋波纹软管,波纹软管内设置预应力拉索,预制剪力墙的四个角处设有转角约束连接件,转角约束连接件与耗能构件连接,所述转角约束连接件上设有螺栓孔,预应力拉索通过转角约束连接件与预制框架柱节点实现连接,预制剪力墙与预制框架柱通过角部的耗能构件连接,所述耗能构件形状为Ⅱ型,耗能构件上开有螺栓孔、横向孔和纵向孔。
进一步的,所述预埋波纹软管沿斜向交叉于剪力墙内,斜向的预埋波纹软管内放置预应力拉索,所述预应力拉索,使用楼层间交错连接的方式,从上层剪力墙内的预应力筋沿斜向对角方向穿过楼板至下层剪力墙体角部,实现上下层的墙体整体变形一致,预应力拉索使用后张法施加预应力。
进一步的,所述预制框架柱浇筑时预留施加预应力的孔洞,并在孔洞四周布置局部加强钢筋以保证框架节点的强度;框架柱节点部位设置有连接件,采用混凝土柱时,内部采用预埋的方式设置节点连接钢板,节点连接钢板通过与混凝土柱内部的钢筋网笼焊接,随后浇筑成柱。同样适用于内置型钢柱,或钢结构柱。
进一步的,所述转角约束连接件,在制作预制剪力墙时,将转角约束连接件浇筑固结于四个角部的混凝土内,起到连接剪力墙与其他构件的作用,同时提高剪力墙墙体整体性作用;所述转角约束连接件通过预埋的方式浇筑于剪力墙角部,或者通过与预埋件的焊接装置于混凝土剪力墙四个角部位。
进一步的,所述耗能构件采用金属材料,耗能构件中间部分由两块平行的中间开有纵向孔的连接板组成,耗能构件两边焊接有互相平行的耗能钢板,耗能钢板中间延竖向开有横向孔,耗能钢板两端设置有螺栓孔;耗能构件中部的连接板起到加劲肋的作用,传递水平力,保证耗能构件平面外稳定,同时中部连接板开有纵向孔使得预应力拉索能从中间通过。
本发明的有益效果是:
(1)本发明所述的一种可预制装配的混凝土耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系,通过在剪力墙体内设置斜向预应力拉索、钢筋或钢绞线等预应力构件,并采用楼层间交错连接的方式,实现上下层的墙体整体变形一致,可在保证剪力墙体系的抗侧力刚度不损失的前提下,控制结构的整体侧向位移,同时使得剪力墙体结构具有一定自复位的能力,在震后协调整体变形,整体变形也有利于耗能钢板充分发挥其耗能的特性,不会出现单一薄弱环节,同时也可以降低对竖向剪力墙体之间的连接要求,当采用现阶段的套筒连接、浆锚连接、或者机械连接等方式时,也可通过多层墙体之间整体预应力,减少了钢筋非整体式连接的带来的损失。
(2)本发明所述的一种可预制装配的混凝土耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系,通过设置可更换耗能构件,在正常使用及小震的情况下,实现框架柱和剪力墙体系的有效连接,保证了剪力墙体系与框架体系连接刚度,可有效传递水平力,与现有的边缘构件现浇、非边缘构件预制的国家行业标准推荐相比,整体抗震性能有明显提升。在大震作用下,耗能钢板开始通过塑性变形起到耗能作用,使结构整体变形集中在耗能构件上;通过耗能构件与框架梁柱节点的连接,增加节点的强度储备及耗能能力。同时由于预应力拉索的存在,可以使结构在往复的位移变形过程中充分发挥耗能钢板的耗能作用,又可以保证剪力墙体系在震后变形的复位能力;在地震后,可以通过拆卸螺栓的方式,配合剪力墙体内斜向预应力构件的自复位能力,实现快速更换已损坏的耗能构件。
(3)本发明所述的一种可预制装配的混凝土耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系,该剪力墙体系及框架柱等构件都可在工厂预制,且耗能构件与剪力墙体之间的连接,框架梁柱节点与剪力墙之间的连接均是采用干式的螺栓连接,提高了整体结构的装配效率,在生产时预留有连接定位钢板,运至现场安装时可实现迅速、准确的干式连接,且方便吊装,能有效缩短工期,实现建筑结构快准确装配。
总之,本发明所述的一种可预制装配的混凝土耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系,具有实现上下层的墙体整体变形一致,控制结构的整体侧向位移,同时使得剪力墙体结构具有一定自复位的能力,整体变形也有利于耗能钢板充分发挥其耗能的特性,不会出现单一薄弱环节,且提高了整体结构的装配效率,方便现场施工,有效的缩短工期,节约成本等优点。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图;
图2为单层预制剪力墙结构及框架柱结构示意图;
图3为图2的主视图;
图4为耗能构件结构示意图;
图5为预制剪力墙及转角约束连接件结构示意图;
图6为预制剪力墙及预制框架柱连接节点局部结构示意图;
图中:1、预制剪力墙,2、预应力拉索,3、预制框架柱,4、转角约束连接件,5、耗能构件,6、耗能钢板,7、横向孔,8、螺栓孔,9、连接板,10、纵向孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
一种适用预制装配的耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系,包括预制剪力墙1、预应力拉索2、预制框架柱3、转角约束连接件4和耗能构件5;预制剪力墙内部预埋波纹软管,波纹软管内设置预应力拉索,预制剪力墙的四个角处设有转角约束连接件,转角约束连接件与耗能构件连接,所述转角约束连接件上设有螺栓孔8,预应力拉索通过转角约束连接件与预制框架柱节点实现连接,预制剪力墙与预制框架柱通过角部的耗能构件连接,所述耗能构件形状为上下边连接的Ⅱ型,耗能构件上开有螺栓孔、横向孔7和纵向孔10。
进一步的,所述预埋波纹软管沿斜向交叉于剪力墙内,斜向的预埋波纹软管内放置预应力拉索,所述预应力拉索,使用楼层间交错连接的方式,从上层剪力墙内的预应力筋沿斜向对角方向穿过楼板至下层剪力墙体角部,实现上下层的墙体整体变形一致,通过设置预应力拉索、钢筋或者钢绞线,使得剪力墙体结构具有一定自复位的能力,在震后协调整体变形,预应力拉索使用后张法施加预应力。
进一步的,所述预制框架柱浇筑时预留施加预应力的孔洞,并在孔洞四周布置局部加强钢筋以保证框架节点的强度。框架柱节点部位设置有连接件,采用混凝土柱时,内部采用预埋的方式设置节点连接钢板,节点连接钢板通过与混凝土柱内部的钢筋网笼焊接,随后浇筑成柱;同样适用于内置型钢柱,或钢结构柱。
进一步的,所述转角约束连接件,在预制剪力墙时,将转角约束连接件浇筑固结于四个角部的混凝土内,起到连接剪力墙与其他构件的作用,同时提高剪力墙墙体整体性作用;所述转角约束连接件通过预埋的方式浇筑于剪力墙角部,或者通过与预埋件的焊接装置于混凝土剪力墙四个角部位。
进一步的,所述耗能构件采用金属材料,耗能构件中间部分由两块平行的中间开有纵向孔的连接板9组成,耗能构件两边焊接有互相平行的耗能钢板6,耗能钢板中间延竖向开有横向孔,耗能钢板两端设置有螺栓孔;耗能构件中部的连接板起到加劲肋的作用,传递水平力,保证耗能构件平面外稳定,同时中部连接板开有纵向孔使得预应力拉索能从中间通过。
在施工中,该剪力墙在浇筑前,用焊接的方式将起到约束连接作用的钢板固定于预制剪力墙四个角部的钢筋网笼上,连接钢板较剪力墙体稍长,浇筑混凝土后,在剪力墙体四个角部露出用于连接的钢板部分。同时,在剪力墙体浇筑前,将波纹软管绑扎在剪力墙体内钢筋网笼中,以斜向对角线的角度或斜向穿过墙体底端中点的角度布置于墙体内部,在墙体角部及底部、顶部有预埋管道的出口位置均留有洞口,浇筑完毕后完成内置预应力管道的预制剪力墙体。
该框架柱,在工厂预制时预埋连接钢板于框架柱的上部,同时预留用于波纹软管通过的洞口。
施工时,通过螺栓连接将可更换耗能构件安装在框架柱上,同时耗能构件的另一端与预制剪力墙体四个角部的约束连接钢板相连,同样通过螺栓连接。
然后,将预应力钢筋、钢绞线通过预留的洞口穿入预埋在墙体内的管道内,穿过下层框架的梁柱节点后,张拉预应力钢筋或钢绞线,并对预应力钢筋或钢绞线施加预应力;两层剪力墙体作为一个张拉整体,并在楼层间交错连接固定。
剪力墙体之间竖向的连接可采用套筒连接、浆锚连接与机械连接等。

Claims (5)

1.一种适用预制装配的耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系,其特征在于包括预制剪力墙(1)、预应力拉索(2)、预制框架柱(3)、转角约束连接件(4)和耗能构件(5);预制剪力墙(1)内部预埋波纹软管,波纹软管内设置预应力拉索(2),预制剪力墙(1)的四个角处设有转角约束连接件(4),转角约束连接件(4)与耗能构件(5)连接,所述转角约束连接件(4)上设有螺栓孔(8),预应力拉索(2)通过转角约束连接件(4)与预制框架柱(3)节点实现连接,预制剪力墙(1)与预制框架柱(3)通过角部的耗能构件(5)连接,所述耗能构件(5)形状为Ⅱ型,耗能构件(5)上开有螺栓孔(8)、横向孔(7)和纵向孔(10)。
2.根据权利要求1所述的一种适用预制装配的耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系,其特征在于所述预埋波纹软管沿斜向交叉于剪力墙内,斜向的预埋波纹软管内放置预应力拉索(2),所述预应力拉索(2)使用楼层间交错连接的方式,从上层剪力墙内的预应力筋沿斜向对角方向穿过楼板至下层剪力墙体角部,实现上下层的墙体整体变形一致,预应力拉索(2)使用后张法施加预应力。
3.根据权利要求1所述的一种适用预制装配的耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系,其特征在于所述预制框架柱(3)浇筑时预留施加预应力的孔洞,并在孔洞四周布置局部加强钢筋以保证框架节点的强度;预制框架柱(3)节点部位设置有连接件,采用混凝土柱时,内部采用预埋的方式设置节点连接钢板,节点连接钢板通过与混凝土柱内部的钢筋网笼焊接,随后浇筑成柱;同样适用于内置型钢柱,或钢结构柱。
4.根据权利要求1所述的一种适用预制装配的耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系,其特征在于所述转角约束连接件(4),在制作预制剪力墙(1)时,将转角约束连接件(4)浇筑固结于四个角部的混凝土内,起到连接剪力墙与其他构件的作用,同时提高剪力墙墙体整体性作用;所述转角约束连接件(4)通过预埋的方式浇筑于剪力墙角部,或者通过与预埋件的焊接装置于混凝土剪力墙四个角部位。
5.根据权利要求1所述的一种适用预制装配的耗能减震斜向预应力剪力墙结构体系,其特征在于所述耗能构件(5)采用金属材料,耗能构件(5)中间部分由两块平行的中间开有纵向孔(10)的连接板(9)组成,耗能构件(5)两边焊接有互相平行的耗能钢板(6),耗能钢板(6)中间延竖向开有横向孔(7),耗能钢板(6)两端设置有螺栓孔(8);耗能构件(5)中部的连接板(9)起到加劲肋的作用,传递水平力,保证耗能构件(5)平面外稳定,同时中部连接板(9)开有纵向孔(10)使得预应力拉索(2)能从中间通过。
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