CN110158879A - 一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,其在正常工作状态时能满足其建筑功能需求,而且在风振、地震作用下为主体结构提供抗侧刚度的同时并具有足够的耗能性能,能够有效减轻自身与结构主体损伤,且在振后或损伤后易于置换,属于结构工程的减振控制和装配式结构技术领域。包括:耗能踏步、矩形孔洞、上层腔体、下层腔体、矩形槽、阻尼颗粒、弹簧、反弹板、受力筋、分布筋、立板、植筋、楼面板、休息平台板、预留孔。该装配式减振楼梯可预制加工并在现场进行快速装配,并实现了对框架结构主体的双向减振,提高了减振效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,该装配式减振楼梯可预制加工并在现场进行快速装配,不仅在正常工作状态时能满足其建筑使用功能需求,而且在风振、地震作用下为主体结构提供抗侧刚度的同时并具有足够的耗能减振性能,能够有效减轻自身与结构主体破坏,且在震后或损伤后易于置换,属于结构工程的减振控制和装配式结构技术领域。
背景技术
随着社会的发展,以及近年来地震的频频发生,人们对建筑物的抗震性能越来越加以重视,但是我国大部分地区的建筑物的抗震设计并不完善。历次地震灾害显示,由于建筑结构的施工、设计和维护不当,很多建筑的抗震性能较差,地震时出现严重的变形甚至倒塌破坏,造成巨大的经济损失及人员伤亡。楼梯作为建筑在地震中人员疏散和救援的通道,其抗震减振设计应引起土木工程界足够的重视。在地震作用下,具有一定刚度的楼梯会随框架一起发生较大变形,导致楼梯和框架的相互作用较大,不仅使楼梯容易发生破坏,而且对主体结构本身的抗振能力也产生了一定程度的削弱作用。通过对地震灾后现场的调查和分析发现,主体结构中的楼梯破坏最为严重,并且楼梯也往往先于框架发生破坏,造成巨大的财产损失和人员伤亡。
目前提高楼梯抗振性能的方法主要有加强楼梯构件及相连框架构件本身的抗振能力、采取措施改变楼梯与框架的连接方式以弱化楼梯对主体结构的附加影响和对减振控制技术。当采用加强楼梯构件及相连框架构件本身的抗振能力来提高楼梯的抗振能力时,人们一般将楼梯间计入整体结构进行计算分析。然而楼梯参与结构整体受力后,楼梯间处水平侧移刚度增大,相应楼层地震剪力增大,楼梯间分配到的水平剪力明显增大,对梯梁和梯柱产生不利影响。在这种情况下,假如按楼梯参与结构整体受力分析的设计思路势必将使得楼梯间构件的截面尺寸和配筋面积增大,这反过来又造成楼梯间部位刚度增大,从而在水平地震作用下楼梯间分配到更大的地震力,既不安全也不经济;采取措施改变楼梯与框架的连接方式以弱化楼梯对主体结构的附加影响主要是通过在楼梯梯梁与梯板之间设置滑动支座的方事来实现,该方法的优点是将梯段板与梯梁脱开,充分释放掉梯板的斜撑效应,使得楼梯结构对整体结构刚度的影响显著减小。但是仍存在立板容易脱落、可靠性低(无法起到楼梯间防倒塌作用)、设计方法不明确以及存在施工不方便等不足之处。与前述提高楼梯抗振能力的两种方法相比,在楼梯间采用减振控制技术具有耗能机理明确、可靠性高、满足抗振设计规范要求等优点。但是其采用的消能装置(金属阻尼器、粘滞阻尼器及防屈曲支撑等)施工技术复杂、不易操作、价格昂贵,在地震后也不易更换。通过以上分析,本发明提出一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,该装配式减振楼梯中的耗能踏步内藏双向阻尼颗粒装置,耗能踏步与立板之间通过预埋植筋相连接,组装成装配式减振楼梯。该装配式减振楼梯与楼面板、休息平台板均通过预埋植筋连接;立板中的分布筋直接伸入主体结构的墙中,实现了该装配式减振楼梯与主体结构之间的固结连接。上述措施使楼梯不但在正常工作状态时能满足其建筑功能需求,而且在风振及地震作用下也能充分耗能,提高楼梯的抗振性能,能够有效减轻自身与结构主体破坏,且在震后或损伤后易于置换。
发明内容
为了改善目前建筑结构在风或地震作用中,楼梯的抗振能力不足和震后难置换等限制。使楼梯在地震动中能最大程度的参与耗能,从而减小建筑物的破坏程度,并且使其震后或损伤后易于置换、维修非同低,本发明提出了一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯。在提高主体结构抗侧刚度的同时,当主体结构振动时,该装配式减振楼梯中的阻尼颗粒与主体结构发生碰撞进行动量交换,以此来有效减轻结构的振动;阻尼颗粒装置具有双向减振的能力,实现了对主体结构在水平两个方向上均有减振效果的目的;为了减轻楼梯在遭遇强震后的破坏程度与维修费用,该装配式减振楼梯应易于置换。因此,该装配式减振楼梯具有布置方便、安装简易、可装配、可置换和耗能能力强等特点。
为了实现上述目的,本发明采取了如下技术方案:
一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,包括耗能踏步1、矩形孔洞2、上层腔体3、下层腔体4、矩形槽5、阻尼颗粒6、弹簧7、反弹板8、受力筋9、分布筋10、立板11、植筋12、楼面板13、休息平台板14;
在耗能踏步1的侧面预制矩形孔洞2,将阻尼颗粒装置放入矩形孔洞2中,即耗能踏步1加工完成;该阻尼颗粒装置构成为:在上层腔体3与下层腔体4分别设置多个横向和纵向矩形槽5,将阻尼颗粒6分别放入上层腔体3与下层腔体4的每个矩形槽5中,再将弹簧7分别与每个矩形槽5两端的腔体相连接,然后再将反弹板8与每个弹簧7相连接;在耗能踏步1上设置预留孔15,耗能踏步1与立板11之间通过预埋植筋12相连接,组装成装配式减振楼梯;在楼面板13、休息平台板14上也均设置预留孔15,该装配式减振楼梯与楼面板13、休息平台板14均通过预埋植筋12连接;立板11中的分布筋10直接伸入主体结构的墙17中,实现了该装配式减振楼梯与主体结构之间的固结连接。该该装配式减振楼梯可预制加工并在现场进行快速装配,在风振、地震作用下能充分耗能,提高楼梯的抗振性能,以减少地震中结构主体的损坏程度,且在振后或损伤后易于置换。
阻尼颗粒装置中上层腔体3与下层腔体4的长度范围为耗能踏步1长度的0.75~0.9倍,防止因装配式减振楼梯的偏心而产生的扭转。
为了使耗能踏步1满足正常使用要求,阻尼颗粒装置中上层腔体3与下层腔体4高度之和的范围为耗能踏步1高度的0.4~0.5倍。
将阻尼颗粒6分别放入上层腔体3与下层腔体4的每个矩形槽5中,再将弹簧7分别与每个矩形槽5两端的腔体相连接,然后再将反弹板8与每个弹簧7相连接,最后将上层腔体3与下层腔体4焊接,即完成了阻尼颗粒装置的组装。
阻尼颗粒6的材料可选为钢材、玻璃、石材等,且其直径为耗能踏步1高度的1/8~1/6,实现了提高减振效果的目的,同时也防止对耗能踏步1的建筑使用功能造成影响。
矩形槽5在上层腔体3和下层腔体4中的布置方式垂直,实现并提高了装配式减振楼梯的双向减震效果。
上层腔体3和下层腔体4中的矩形槽5的长度为阻尼颗粒6直径的4~7倍,其宽度为阻尼颗粒6直径的1.1~1.2倍,其高度为阻尼颗粒6直径的1.05~1.15倍,通过增加阻尼颗粒6与结构的碰撞次数来增加减振效率,并防止阻尼颗粒6跳起,降低其减振性能。
在矩形槽5中设置弹簧7与反弹板8可以提高阻尼颗粒6动量交换的效率。
为了安装方便且震后或损伤后易于置换,预制矩形孔洞2位于耗能踏步1远离墙17的一侧。
本发明的功能如下:
在主体结构中安装较强耗能能力的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,该装配式减振楼梯可预制加工并在现场进行快速装配,不仅在正常工作状态时能满足其建筑功能需求,而且在风振、地震作用下为主体结构提供抗侧刚度的同时并具有足够的耗能性能,能够有效减轻自身与结构主体破坏,且在震后或损伤后易于置换。
1)本发明中一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,在为主体结构提供足够抗侧刚度的同时,也通过在耗能踏步中设置阻尼颗粒装置具有耗能能力,能够有效减轻自身与结构主体的损伤。
2)本发明中一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,其中的阻尼颗粒装置在两个水平方向上均有减振效果,实现装配式减振楼梯对自身及主体结构的双向减震,相比单一方向的减振而言,本发明的减振效率更高。
3)一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,其中阻尼颗粒装置设置弹簧与反弹板增加了颗粒的碰撞速度与碰撞次数,进一步提高了其减振效果。
4)一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯具有可工厂化生产、加工方便、可装配式施工、节约空间和可置换等优点,所以加工成本低,在震后修复速度快,可进行简易置换。
附图说明
图1为本发明的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯细部图。
图2为本发明的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯立体图。
图3为本发明的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯剖面图。
图4为内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯细部图。
图5为内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯立体图。
图6为耗能踏步板的细部图。
图7为耗能踏步板的立体图。
图8为耗能踏步板的剖面图。
图9为弹簧以及反弹板的立体图。
图中:1-耗能踏步、2-矩形孔洞、3-上层腔体、4-下层腔体、5-矩形槽、6-阻尼颗粒、7-弹簧、8-反弹板、9-受力筋、10-分布筋、11-立板、12-植筋、13-楼面板、14-休息平台板、15-预留孔、16-梯柱、17-墙、18-框架梁、19-框架柱。
具体实施方式
实施例1:
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
如附图1、2所示,是本发明一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯在钢筋混凝土框架结构中的实施例,包括耗能踏步1、矩形孔洞2、上层腔体3、下层腔体4、矩形槽5、阻尼颗粒6、弹簧7、反弹板8、受力筋9、分布筋10、立板11、植筋12、楼面板13、休息平台板14、预留孔15、梯柱16、墙17、框架梁18、框架柱19;在耗能踏步1的侧面预制矩形孔洞2,将阻尼颗粒装置放入矩形孔洞2中,即耗能踏步1加工完成;该阻尼颗粒装置构成为:在上层腔体3与下层腔体4分别设置多个横向和纵向矩形槽5,将阻尼颗粒6分别放入上层腔体3与下层腔体4的每个矩形槽5中,再将弹簧7分别与每个矩形槽5两端的腔体相连接,然后再将反弹板8与每个弹簧7相连接;在耗能踏步1上设置预留孔15,耗能踏步1与立板11之间通过预埋植筋12相连接,组装成装配式减振楼梯;在楼面板13、休息平台板14上也均设置预留孔15,该装配式减振楼梯与楼面板13、休息平台板14均通过预埋植筋12连接;立板11中的分布筋10直接伸入主体结构的墙17中。主要包括以下3个阶段:
第一阶段(设计阶段):
对于某8层钢筋混凝土框架结构,根据设计规范要求进行参数设计阶段,确定原钢筋混凝土框架结构中T型框架梁1的尺寸为600mm×700mm×300mm×100mm,框架柱2的尺寸为400mm×300mm,墙的厚度为240mm。
适合于上述钢筋混凝土框架结构的装配式减振楼梯尺寸如下:
耗能踏步1尺寸为:300mm×150mm×1200mm,并在耗能踏步1中含有矩形孔洞2,其尺寸为:150mm×60mm×900mm;
阻尼颗粒装置:上层腔体3和下层腔体4的尺寸均为150mm×60mm×900mm;矩形槽5的截面尺寸为35mm×150mm,其个数及排布方式如附图6所示;阻尼颗粒6选用钢球,直径为25mm;弹簧7为一般弹簧,反弹板8的尺寸为35mm×30mm×2mm,经计算,附加的质量占结构总质量的4.2%;
立板11横截面尺寸为1200mm×90mm,受力筋9采用直径为14mm的HRB335,分布筋10采用直径为8mm的HPB235,楼板的厚度为150mm;
第二阶段(预制加工阶段):
根据第一阶段所述的各部件尺寸,在工厂进行预加工;将阻尼颗粒装置放入矩形孔洞2中,即耗能踏步1加工完成;该阻尼颗粒装置构成为:在上层腔体3与下层腔体4分别设置多个横向和纵向矩形槽5,将阻尼颗粒6分别放入上层腔体3与下层腔体4的每个矩形槽5中,再将弹簧7分别与每个矩形槽5两端的腔体相连接,然后再将反弹板8与每个弹簧7相连接;在耗能踏步1上设置预留孔15,耗能踏步1与立板11之间通过预埋植筋12相连接,组装成装配式减振楼梯,即整个在工厂的预制加工阶段完成。
第三阶段(现场组装阶段):
在楼面板13、休息平台板14上也均设置预留孔15,该装配式减振楼梯与楼面板13、休息平台板14均通过预埋植筋12连接;立板11中的分布筋10直接伸入主体结构的墙17中,即整个现场组装阶段完成。
通过建立含有该装配式减振楼梯的框架结构有限元模型,进行8度罕遇地震下的分析,与含有普通楼梯的框架结构进行对比,可知含有该装配式减振楼梯的结构抗震性能更优,层间位移角平均减震率可达到32.3%,且楼梯本身和主体结构的损伤降低了很多。
以上是本发明的一个典型实施例,但本发明的实施不限于此。
Claims (10)
1.一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,包括耗能踏步(1)、矩形孔洞(2)、上层腔体(3)、下层腔体(4)、矩形槽(5)、阻尼颗粒(6)、弹簧(7)、反弹板(8)、受力筋(9)、分布筋(10)、立板(11)和植筋(12);其特征在于:在耗能踏步(1)中放置受力筋(9)和分布筋(10),并在耗能踏步(1)的侧面预制矩形孔洞(2),然后进行浇筑,再将阻尼颗粒装置放入矩形孔洞(2)中,即耗能踏步(1)加工完成;该阻尼颗粒装置构成为:在上层腔体(3)与下层腔体(4)分别设置多个横向和纵向矩形槽(5),将阻尼颗粒(6)分别放入上层腔体(3)与下层腔体(4)的每个矩形槽(5)中,再将弹簧(7)分别与每个矩形槽(5)两端的腔体相连接,然后再将反弹板(8)与每个弹簧(7)相连接;在耗能踏步(1)上设置预留孔(15),耗能踏步(1)与立板(11)之间通过预埋植筋(12)相连接,组装成装配式减振楼梯;在楼面板(13)、休息平台板(14)上也均设置预留孔(15),该装配式减振楼梯与楼面板(13)、休息平台板(14)均通过预埋植筋(12)连接;梯柱(16)的顶部与休息平台板(14)连接,梯柱(16)的底部与框架梁(18)连接;立板(11)中的分布筋(10)直接伸入主体结构的墙(17)中,实现了该装配式减振楼梯与主体结构之间的固结连接。
2.根据权利要求1所述的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,其特征在于:阻尼颗粒装置中上层腔体(3)与下层腔体(4)的长度范围为耗能踏步(1)长度的0.75~0.9倍,防止因装配式减振楼梯的偏心而产生的扭转。
3.根据权利要求1所述的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,其特征在于:为了使耗能踏步(1)满足正常使用要求,阻尼颗粒装置中上层腔体(3)与下层腔体(4)高度之和的范围为耗能踏步(1)高度的0.4~0.5倍。
4.根据权利要求1所述的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,其特征在于:将阻尼颗粒(6)分别放入上层腔体(3)与下层腔体(4)的每个矩形槽(5)中,再将弹簧(7)分别与每个矩形槽(5)两端的腔体相连接,然后再将反弹板(8)与每个弹簧(7)相连接,最后将上层腔体(3)与下层腔体(4)焊接,即完成阻尼颗粒装置的组装。
5.根据权利要求1所述的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,其特征在于:阻尼颗粒(6)的材料为钢材、玻璃或石材,且其直径为耗能踏步(1)高度的1/8~1/6,同时也防止对耗能踏步(1)的建筑使用功能造成影响。
6.根据权利要求1所述的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,其特征在于:矩形槽(5)在上层腔体(3)和下层腔体(4)中的布置方式垂直。
7.根据权利要求1所述的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,其特征在于:上层腔体(3)和下层腔体(4)中的矩形槽(5)的长度为阻尼颗粒(6)直径的4~7倍,宽度为阻尼颗粒(6)直径的1.1~1.2倍,高度为阻尼颗粒(6)直径的1.05~1.15倍,通过增加阻尼颗粒(6)与结构的碰撞次数来增加减振效率,并防止阻尼颗粒(6)跳起,降低其减振性能。
8.根据权利要求1所述的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,其特征在于:在矩形槽(5)中设置弹簧(7)与反弹板(8)提高阻尼颗粒(6)动量交换的效率。
9.根据权利要求1所述的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,其特征在于:为安装方便且震后或损伤后易于置换,预制矩形孔洞(2)位于耗能踏步(1)远离墙(17)的一侧。
10.根据权利要求1所述的一种内藏双向阻尼颗粒的装配式减振楼梯,其特征在于:该装配式减振楼梯预制加工并在现场进行快速装配,在风振、地震作用下能充分耗能,提高楼梯的抗振性能,以减少地震中结构主体的损坏程度,且在振后或损伤后易于置换。
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