CN107489207A - 抗震保温隔声一体化墙 - Google Patents
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Abstract
抗震保温隔声一体化墙，目的在于提出一种集抗震耗能和保温隔声功能于一身的一体化墙，既为结构提供抗侧刚度，并进入塑性耗能，提供附加阻尼比，减小结构地震下的响应，又兼顾建筑功能，满足墙体保温隔声的要求。实现一体化墙工厂预制化和现场拼装标准化，缩短供货周期，提高生产效率。包括：位于中央抗震耗能元件、面外约束用龙骨、外部保温隔声构造，无屈曲波纹钢板耗能墙通过高强螺栓利用其上下连接件与上下框架梁连接，从而实现墙体结构功能；同时根据波纹钢板墙单波数量，其面外设置有与波峰或者波谷外形相匹配的多道面外约束用龙骨。外部保温隔声构造固定于龙骨上，在横向端处再通过龙骨固定于无屈曲波纹钢板耗能墙左右两侧边缘构件。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域。具体地说，是继2017年6月6日报送申请 的《无屈曲波形结构耗能构件及其设计方法》(申请号201710425071X)后进一 步给出一种由无屈曲波型结构耗能构件来设计获得的一体化墙。将该《无屈曲波 形结构耗能构件及其设计方法》(申请号201710425071X)申请文件内容视为本 专利申请的组成部分。
背景技术
高层建筑具有越来越广阔的市场前景，而在高层建筑中抗侧力结构构件的选 择尤为重要。传统的抗侧力结构构件主要有钢支撑、钢筋混凝土剪力墙等，而这 些已经不能满足高层建筑对于结构耗能能力的需求。针对这种情况，许多新型的 结构耗能构件应运而生。例如普通钢板剪力墙、防屈曲钢板墙和剪切型阻尼器等。
对于钢板墙和剪切型阻尼器来说，一般均采用平钢板。但由于平钢板的面外 刚度很小，在较小水平力作用下就会发生面外屈曲，导致其刚度小、滞回性能有 限。在此基础上，改进采用面外约束板或者加劲肋的方式来提高此类构件的面外 刚度，但仍存在经济性降低、加工复杂、生产周期变长、缺陷明显等一系列问题。 因此，急需一种面外刚度大、经济性好、加工方便、性能优越的构件。
发明内容
本发明目的在于提出一种集抗震耗能和保温隔声功能于一身的一体化墙，既 可为结构提供抗侧刚度，并进入塑性耗能，提供附加阻尼比，减小结构地震下的 响应，又可同时兼顾建筑功能，使其满足墙体保温隔声的要求。此外，旨在实现 一体化墙的工厂预制化和现场拼装标准化，以缩短供货周期，提高生产效率。
本发明给出的技术方案为：
一种抗震保温隔声一体化墙，其特征在于，包括：位于中央的抗震耗能元件1(由中国专利申请中给出的技术方案，申请号201710425071X)、面外约束用龙 骨4、外部的保温隔声构造，其中:无屈曲波纹钢板耗能墙1通过高强螺栓8利 用其上下连接件与上下框架梁9连接，从而实现墙体的结构功能；同时根据波纹 钢板墙1单波(波峰或者波谷)的数量，其面外设置有与波峰或者波谷外形相匹 配的多道面外约束用龙骨4。外部的保温隔声构造固定于龙骨4上，在横向端处 再通过龙骨4固定于无屈曲波纹钢板耗能墙1的左右两侧的边缘构件。(如图1、 图2、图4所示)
所述的抗震耗能元件1，采用无屈曲波纹钢板耗能墙1，在达到极限承载力 之前，它都不会发生面外屈曲，滞回曲线饱满，耗能能力强。该无屈曲波纹钢板 耗能墙1包括中部标准波型段、端部构造波型段；所述中部标准波型段包括若干 个由水平段和斜向段组成的标准波型；标准波型的水平段长度与斜向段的长度均 不小于100mm，水平段与斜向段的夹角(锐角)不小于45度，波高不小于80mm， 一个标准波型的波长与波高之比不大于6；所述端部构造波型可采用标准波型或 亦可采用标准波型的半波形式，即水平段与斜向段的长度均为标准波型的一半， 水平段与斜向段的夹角与标准波型相同，构造波型的波长与波高之比不大于6； 所述标准波数量必须保证通用无屈曲优化波型的整体高厚比不大于200；标准波 型中水平段与斜向段间的折弯半径不小于15倍板厚。
所述龙骨4水平布置在所述中部标准波型段的波峰或者波谷处，在横向其左 右两端通过长圆形孔及角钢连接件5与波纹钢板墙1左右两端的边缘构件螺栓连 接(龙骨4本身开设是小圆孔)，长圆孔长度按照罕遇地震下最大层间位移确定， 保证在墙体受剪变形时，面外约束龙骨4可与波纹钢板墙1发生相对滑移。(如 图6所示)
所述保温隔声构造提供保温隔声功能，由两侧的保温隔声构造包括玻璃棉2、 CCA板3，两者通过胶粘连接。保温隔声构造通过螺栓及带螺纹圆孔6与龙骨4 连接，并两侧对称布置。
以上抗震保温隔声一体化墙的制作安装例举：
(1)在无屈曲波纹钢板耗能墙1上下两端焊接连接件，连接件上开设有横 向长圆孔，然后通过螺栓固定水平向龙骨4，龙骨4上开设有带螺纹的圆孔6；
(2)将外侧CCA板3和内侧玻璃棉2通过胶粘的方式连接在一起，然后通 过面外约束龙骨4上带有螺纹的圆孔6将其固定在面外约束龙骨4上，并通过拧 紧螺栓，将玻璃棉2压缩至一定厚度；
(3)用扭矩扳手在CCA板3上下开圆孔处，将本发明的一体化墙与上下框 架梁9进行螺栓连接，然后用聚氨酯10将该空间进行填充并抹平；
(4)在一体化墙与框架柱(图中未示意)的空隙内用空心砌块等填充墙常 用材料进行填充，并塞满和顶紧保温隔声材料较内部波纹墙外伸200mm的凹槽；
(5)一体化墙与上下框架梁9的水平拼缝处、与两边填充墙的竖向拼缝处 用结构密封胶11进行密封处理。
本发明通过采用合理的构造措施(柔性连接)，将抗震耗能元件1和保温隔 声构造连接在一起，实现了墙体的建筑功能(保温隔声)和结构功能(抗震耗能) 的有效集成。在墙体承受水平荷载的时候，两侧的保温隔声材料可与内部抗震耗 能元件1产生相对滑移，可保证前者不会发生破坏。该柔性连接指的是面外约束 用的龙骨4与抗震耗能元件1的之间通过长圆形螺栓孔6进行相连。另外，在易 产生产生冷热桥和漏声的功能薄弱位置，如一体化墙与上下框架梁的连接节点以 及与左右填充墙的连接处，通过采用填充聚氨酯发泡材料10以及结构密封胶11 等措施，可保证整体保温隔声功能满足要求。通过制定合理的制作安装方法，可 实现一体化墙的工厂预制化和安装标准化。
本发明优点：
1、本发明采用无屈曲波纹钢板耗能墙1作为抗震耗能元件，可避免采用面 外约束板带来的墙体重量大、安装和加工相对不方便，而且供货周期较长等问题。 同时抗侧和耗能效率高，经济性好。
2、在易产生产生冷热桥和漏声的功能薄弱位置，如一体化墙与上下框架梁的 连接节点以及与左右填充墙的连接处，通过采用填充聚氨酯发泡材料以及结构密 封胶等措施，保证了整体保温隔声功能满足要求。
3、通过采用合理的构造措施(柔性连接)，将抗震耗能元件和保温隔声建筑 构造连接在一起，实现了墙体的建筑功能(保温隔声)和结构功能(抗震耗能) 的有效集成。在墙体承受水平荷载的时候，两侧的保温隔声构造可与内部抗震耗 能元件产生相对滑移，可保证前者不会发生破坏。
附图说明
图1为本发明抗震保温隔声一体化墙正截面结构示意图。
图2为本发明抗震保温隔声一体化墙沿1-1方向的剖面结构示意图。
图3为图2的局部放大图。
图4为本发明抗震保温隔声一体化墙沿2-2方向的剖面结构示意图。
图5一体化墙与主体结构的连接。
图6水平(横向)面外约束龙骨与连接件。
图7墙体部分保温隔声做法剖面图。
图8墙体左右拼缝处保温隔声做法示意图。
图中各符号代表：
1.无屈曲波纹钢板耗能墙；
2.玻璃棉；
3.CCA板；
4.龙骨；
5.长圆形孔及角钢连接件；
6.螺栓及带螺纹圆孔；
7.较大圆孔；
8.高强螺栓；
9.框架梁；
10.聚氨酯填充；
11.结构密封胶。
12无屈曲波纹钢板耗能墙左右侧边缘构件
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步说明。
本发明基于波纹钢板墙研究(在《无屈曲波形结构耗能构件及其设计方法》， 申请号201710425071X中有详细公开)，提出一种集抗震耗能和保温隔声功能于 一体的预制装配式一体化墙。
1、一体化墙与主体结构的连接
为提高一体化墙现场安装的便利性和装配式程度，减少现场焊接工作量，本 实施例提出采用螺栓连接。连接构造如图5所示。
一体化墙的上部采用T型连接件。
在一体化墙的下部，首先是楼板部位设置十字型加劲肋，水平加劲肋的上表 面与楼板的上表面齐平，然后一体化墙即可通过T型连接件与十字型加劲肋进行 螺栓连接，螺栓均采用摩擦型高强螺栓。
所述T型连接件上的螺栓孔径采用大孔径，便于安装。
上部连接采用螺栓连接，可避免现场仰焊，保证连接可靠；
十字型连接件的下部腹板由于在楼板内，无需考其面外稳定问题。
2.保温隔声的做法
本发明采用外墙外保温的做法，对波纹钢板墙1进行保温隔声处理，有效地 切断外墙上的热桥，能有效地保护外墙主体结构，延长建筑的使用寿命。此外， 本发明保温材料均有隔声功能，因此做了保温处理的墙体都不需要再添置额外的 隔声材料。
3.1.墙体部分
为满足一体化墙的隔声和部分保温功能的要求，本发明首先在内部波纹钢板 墙1上设置水平面外约束用龙骨4，龙骨4通过焊接在无屈曲波纹钢板耗能墙左 右的边缘构件上，其中连接件上开设长圆孔，如图6所示，以保证水平面外龙骨 不参与抗侧。然后，通过在龙骨4上开设一定间距的圆孔6，即可将外部保温隔 声材料固定在波纹钢板墙1的两侧，如图7所示。可将50mm厚度的玻璃棉贴在 10mm厚的无纤维水泥板(CCA板)上，然后CCA板朝外，将两者固定在水平面外 约束龙骨4上，拧紧连接用螺栓，将50mm厚玻璃棉压缩至25mm即可。
3.2.上下拼缝处
显然，上相拼缝处会造成保温隔声的薄弱点，而且若加工工艺不合理，安装 时一体化墙可能无法轻易地与主体结构进行连接。因此，经过研究，上下拼缝处 的保温隔声做法可大致分为以下几步：
(1)在工厂预制墙板时，在CCA板上开较大圆孔，以保证墙体T型连接 件和上下梁连接板进行螺栓连接时电动扳手有足够的操作空间；
(2)按要求拧紧上下连接螺栓后，用聚氨酯发泡材料填满上述空间；
(3)在上下拼缝处涂抹足量的结构密封胶。
3.3.左右拼缝处
同样地，对于一体化墙的左右拼缝处，则建议通过采用凹槽的方式来解 决，如图8所示。具体做法有：
(1)在一体化墙两侧CCA板伸长一定距离，形成凹槽；
(2)在凹槽中贴50mm厚玻璃棉；
(3)在墙两侧砌轻质砌块与凹槽相连并填满贴紧；
(4)在左右拼缝处涂抹足量的结构密封胶。
4.材料选取
4.1.CCA板(属现有技术，为市售)
CCA板全称为压蒸无石棉纤维素纤维水泥平板，是以进口原生木浆纤维、硅 酸盐水泥、精细石英砂、添加剂及水等物质，经电脑精确配料、抄取成型、14000 吨液压机压实及高温高压蒸压养护等特殊技术处理而成的高新技术产品。CCA 板为100％不含石棉、甲醛及苯等有害物质，具有高强度、大幅面、轻质、防火、 防水、隔音、保温节能、施工快捷、易于饰面处理等优良性能的新型环保建筑板 材。可以用在外墙，内墙，吊顶等.
根据密度的不同，可分为低密度CCA板，中密度CCA板和高密度CCA板。
低密度CCA板的平均密度大于1.3g/cm3，中密度CCA板平均密切在1.5g/cm3左右，而高密度CCA板的平均密度则大于1.6g/cm3。本发明中采用高密度CCA 板，以保证其性能满足要求。
4.2.玻璃棉(属现有技术，为市售)
玻璃棉是用用欧文斯科宁(简称OC)独有专利离心法技术，将熔融玻璃纤 维化并加以热固性树脂为主的环保型配方粘结剂加工而成的制品，是一种由直径 只有几微米的玻璃纤维制作而成的有弹性的毡状体，并可根据使用要求选择不同 的防潮贴面在线复合。具有的大量微小的空气孔隙，使其起到保温隔热、吸声降 噪及安全防护等作用，是钢结构建筑保温隔热、吸声降噪的最佳材料。
离心玻璃棉对声音中高频有较好的吸声性能。影响离心玻璃棉吸声性能的主 要因素是厚度、密度和空气流阻等。密度是每立方米材料的重量。空气流阻是单 位厚度时材料两侧空气气压和空气流速之比。空气流阻是影响离心玻璃棉吸声性 能最重要的因素。流阻太小，说明材料稀疏，空气振动容易穿过，吸声性能下降； 流阻太大，说明材料密实，空气振动难于传入，吸声性能亦下降。对于离心玻璃 棉来讲，吸声性能存在最佳流阻。
4.3.聚氨酯(属现有技术，为市售)
聚氨酯保温材料是目前国际上性能最好的保温材料。
当硬质聚氨酯密度为35～40kg/m3时，导热系数仅为0.018～0.024w/(m*K)， 约相当于EPS的一半，是目前所有保温材料中导热系数最低的。
5.加工工艺
一体化墙的加工工艺分为两部分，包括工厂预制部分以及部分现场施工。
工厂预制部分的加工工艺包括：
(1)加工波纹钢板墙－包括波纹钢板(即中部标准波型段、端部构造波 型段)和上下连接件、左右的边缘构件。
(2)在边缘构件翼缘处焊接连接板，连接板上开设长圆孔，然后螺栓连 接横向布置的面外约束龙骨。面外约束龙骨的外表面不超过或基本与整个波纹钢 板墙(包括边缘构件)的外表面齐平。面外约束龙骨上开设有一定间距的带螺纹 的圆孔。
(3)10mmCCA板上固定50mm玻璃棉并钻孔，孔位与面外约束龙骨上带螺 纹的孔位一致。CCA板和玻璃棉上下端同时开设较大圆孔，圆孔大小根据扭矩扳 手的操作空间确定，孔内为墙体与上下框架梁的连接高强螺栓。
(4)将10mmCCA板与50mm玻璃棉与面外约束龙骨连接，并拧紧螺栓，压 缩玻璃棉厚度至25mm即可。
(5)CCA板和玻璃棉布置在内部波纹钢板的两侧，其高度略小于层净高， 宽度则较内部波纹钢板墙外伸各200mm，凹槽处同时贴了50mm玻璃棉。
现场施工的加工工艺包括：
(1)在CCA板上下端较大圆孔处用扭矩扳手拧紧高强螺栓；
(2)用聚氨酯发泡材料填满上述空间，并抹平；
(3)在一体化墙与框架梁的水平拼缝处用结构密封胶密封处理；
(4)在一体化墙与框架柱的空隙利用空心砌块等填充墙常用材料进行填 充，并将两侧CCA板形成的凹槽填满顶紧，将其中的50mm玻璃棉压缩至25mm；
(5)在一体化墙与左右填充墙的竖向拼缝处用结构密封胶密封处理。
6.试验验证
6.1.规范要求
根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005，针对不同地区，外墙 和内墙的的传热系数需满足一定要求，例如，在严寒地区A，外墙的传热系数需 要小于0.45(体形系数≤0.3)和0.40(0.3<体形系数≤0.4)。
6.2.保温试验
保温性能试验主要的检测指标有2个，传热系数和表观密度。
传热系数关系保温效果的重要指标，一般烘干至恒重后测试。测试方法主要 有2种，分为防护热箱法(属于现有技术)和标定热箱法(属于现有技术)。
表观密度是指在自然状态下(长期在空气中存放的干燥状态)，单位体积的 干质量与排水体积的比值。因此，对于形状规则的材料，直接测量体积；对于形 状非规则的材料，可用蜡封法封闭孔隙，然后再用排液法测量体积。
6.3隔声试验主要的检测指标包括：
(1)允许噪声级：声经过围护结构后，达到室内的声量的大小。
(2)计权隔声量：计权隔声量是指通过计权网络测得的隔声量，通过一 标准曲线与构件的隔声频率特性曲线进行比较确定的。
(3)频谱修正量：因隔声频谱不同以及声源窨的噪声频谱不同，所需加 到空气隔声量单值评价量上的修正值。
隔声试验所采用的方法主要为混响室法，它的原理是：使用两间紧邻的混响 室，一件作声源室，一间作接受室，两间之间有一个公共墙面，墙上有一个安装 洞孔，用于安装测量试件。噪声发生器发生白噪声或者粉红噪声，通过滤波器滤 出所需要的不同频段的信号，经过功率放大器放大信号，由扬声器将电信号转为 声信号，在在声源室发声，待声场稳定后，测量两间的声压，将声信号转为电信 号，经滤波，就可测出构件的隔声量。
Claims (7)
1.一种抗震保温隔声一体化墙，其特征在于，包括：位于中央的抗震耗能元件(1)、面外约束用龙骨(4)、外部的保温隔声构造，其中:无屈曲波纹钢板耗能墙(1)通过高强螺栓(8)利用其上下连接件与上下框架梁(9)连接，从而实现墙体的结构功能；同时根据波纹钢板墙(1)单波(波峰或者波谷)的数量，其面外设置有与波峰或者波谷外形相匹配的多道面外约束用龙骨(4)；外部的保温隔声构造固定于龙骨(4)上，在横向端处再通过龙骨(4)固定于无屈曲波纹钢板耗能墙(1)的左右两侧的边缘构件。
2.如权利要求1所述的抗震保温隔声一体化墙，其特征在于，无屈曲波纹钢板耗能墙(1)包括中部标准波型段、端部构造波型段；所述中部标准波型段包括若干个由水平段和斜向段组成的标准波型；标准波型的水平段长度与斜向段的长度均不小于100mm，水平段与斜向段的夹角(锐角)不小于45度，波高不小于80mm，一个标准波型的波长与波高之比不大于6；所述端部构造波型可采用标准波型或亦可采用标准波型的半波形式，即水平段与斜向段的长度均为标准波型的一半，水平段与斜向段的夹角与标准波型相同，构造波型的波长与波高之比不大于6；所述标准波数量必须保证通用无屈曲优化波型的整体高厚比不大于200；标准波型中水平段与斜向段间的折弯半径不小于15倍板厚。
3.如权利要求1所述的抗震保温隔声一体化墙，其特征在于，所述龙骨4水平布置在所述波峰或者波谷处，在横向其左右两端与波纹钢板墙(1)左右两端的边缘构件之间采用柔性连接。
4.如权利要求3所述的抗震保温隔声一体化墙，其特征在于，所述龙骨(4)水平布置在所述中部标准波型段的波峰或者波谷处。
5.如权利要求4所述的抗震保温隔声一体化墙，其特征在于，所述龙骨(4)在横向其左右两端通过长圆形孔及角钢连接件(5)与波纹钢板墙(1)左右两端的边缘构件螺栓连接，长圆孔长度按照罕遇地震下最大层间位移确定，保证在墙体受剪变形时，面外约束龙骨(4)可与波纹钢板墙(1)发生相对滑移。
6.如权利要求1所述的抗震保温隔声一体化墙，其特征在于，所述保温隔声构造提供保温隔声功能，由两侧的保温隔声构造包括玻璃棉(2)、CCA板(3)，两者通过胶粘连接并两侧对称布置。
7.如权利要求1所述的抗震保温隔声一体化墙，其特征在于，保温隔声构造通过螺栓及带螺纹圆孔(6)与龙骨(4)连接。
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