CN110230402A - 钢结构建筑用粘滞阻尼墙及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢结构建筑用粘滞阻尼墙及其安装方法，在安装体积不变的情况下，通过结构的改进，增加阻尼效果。该钢结构建筑用粘滞阻尼墙包括内部钢板、外部钢箱、内衬板和粘滞液体，外部钢箱的插接腔内有内衬板，左右各一，通过旋紧高强度顶丝使得所述内衬板局部向内形成局部形变，内部钢板中下部插接在两内衬板之间的空间内，且在内部钢板的主表面对称设置有若干条复合结构，形成接触式摩擦配合；所述外部钢箱内灌装粘滞材料。本发明技术通过内衬板和内部插板之间的间隙调节，可以形成机械式的摩擦配合，提高抗震效果。

Description

钢结构建筑用粘滞阻尼墙及其安装方法

技术领域

该发明涉及钢结构装配式建筑技术领域，尤其是一种耗能型的阻尼墙建筑构件。

背景技术

粘滞阻尼墙是一种速度型阻尼器，在结构上，内钢板固定在上层楼面，两块外板固定在下层楼板。当结构受到地震或风作用时，上下楼面的运动速度不同，导致内钢板和外钢板产生相对速度。内外钢板之间的速度梯度使得粘滞材料产生阻尼，从而使得结构的阻尼增大，降低结构的动力反应。这种常规的粘滞阻尼墙，可以对风震和地震产生有效的抗震效果，而且无需保养。该类阻尼墙结构简单、安装方便。

传统的内外钢板之间是均匀的间距，且钢板的表面是平整的，这种结构的阻尼墙的不足之处是，该类阻尼墙的总粘滞阻尼力F为:式中：A为钢板面积，L为粘滞材料的粘度，dv是内外钢板的相对速度，dy是内外钢板的间距，D是内外钢板的相对位移，a、b是修正系数常数，从该式可以看出：在阻尼墙结构尺寸一定时，粘滞材料的粘度L是影响阻尼墙力学性能和减振效果的主要因素，然而现阶段采用的高粘滞材料(如硅油等)的粘度在工作过程中是不可变的，使其无法在各种震动条件下达到最佳减振效果。

经过申请人分析，现在市场上的粘滞材料的性能都是一定的，短期内，材料方面不会有大的改进，因此，本发明的思想在于，通过结构方面的改进，通过引入第二种阻尼效果，使得阻尼效果产生叠加效应，使得阻尼墙的阻尼效果增加。

目前的粘滞阻尼墙大部分都是采用粘滞油进行的，还未见有机械式的阻尼墙结构。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种粘滞阻尼墙及其安装方法，在安装体积不变的情况下，通过结构的改进，增加阻尼效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

钢结构建筑用粘滞阻尼墙，包括内部钢板、外部钢箱、内衬板和粘滞液体，其特征在于，

所述外部钢箱下端为固定部，上部为插接腔，两所述内衬板左右各一共两块分别通过高强度螺栓安装在外部钢箱内部的两侧侧壁上，并在所述外部刚箱上旋合有内端抵靠在内衬板上的高强度顶丝，通过旋紧高强度顶丝使得所述内衬板局部向内形成局部形变，

所述内部钢板上端为安装部，所述内部钢板中下部插接在两内衬板之间的空间内，且在内部钢板的主表面对称设置有若干条复合结构，每一条所述复合结构分别对应至少一个所述内衬板局部形变位置，形成接触式摩擦配合；

所述外部钢箱内灌装粘滞材料。

在所述复合结构内部的内部钢板表面设有戗的方式形成的若干倒刺。

所述外部钢箱顶部设有观察槽结构。

在内衬板上设置耐磨材质的复合结构。

所述内衬板为“工”字形的轮廓。

所述内衬板与外部钢箱内壁之间为平面配合，并在两者之间设置密封垫片。

在内部钢板的表面设置凹陷。

所述凹陷是通过压力机模具在内部钢板表面压力形成的。

在内部钢板底部和外部箱体内底之间设置滚动摩擦配合，所述滚动配合为设置在两者之间的钢球和导向槽。

钢结构建筑用粘滞阻尼墙的安装方法，其特征在于，顺序进行如下步骤：

首先，在地面处，将两个内衬板对应的贴合在内部钢板的两侧，然后将内衬板和内部钢板整体插入到外部钢箱中，使用高强度螺栓将内衬板和外部钢箱进行固定；

将装配好的外部钢箱安装在下层楼板或者横梁上，同时将内部钢板上端的安装部通过橡胶垫块和高强度螺栓连接在上层楼板或者横梁上；

最后，将外部钢箱内灌装粘滞材料，粘滞材料灌满标准为，外部钢箱中的观察槽内充满液体，并使用高强度顶丝顶紧内衬板，进行局部锁紧，内衬板和内部钢板局部形成摩擦配合。

本发明的有益效果是：

通过内衬板和内部插板之间的间隙调节，可以形成机械式的摩擦配合，提高抗震效果。

内衬板在高强度顶丝的作用下形成凸起，具体的在内衬板和内部钢板之间形成宽窄不一的间隙，间隙不均匀，使得粘滞材料可以发挥更佳的粘滞效果，具体地，粘滞材料在通过窄处时，可以更快的流速，通过宽处时，形成缓慢的流速，是的粘滞材料得到充分的拉扯，抗震耗能效果明显。

附图说明

图1为现有粘滞阻尼墙的原理图之一。

图2为现有粘滞阻尼墙的原理图之二。

图3为本发明阻尼墙的安装立体图。

图4为阻尼墙局部全剖视图。

图5为隐藏部分外部钢箱后的立体图。

图6为扰动板在矩形凹槽或方形凹槽内的配合示意图。

图7为外部钢箱的局部剖视图。

图8为内部钢板的立体图。

图9为内衬板的立体图。

图10为复合结构局部的层间结合示意图。

图11为阻尼墙水平全剖视图。

图12为实施例三的示意图。

图中：100内部钢板，110复合结构，111倒刺，120凹陷，

200外部钢箱，210螺栓孔，220圆孔，

300内衬板，310螺纹孔，320’复合结构，

410高强度螺栓，420高强度顶丝，

500粘滞材料，600弹性绳，700钢球，

001下层楼板，002上层楼板。

具体实施方式

参考图1和图2，粘滞阻尼墙的组成通常包括：

内部钢板，固定在上层楼面上，连接强度足够，其作用在于：当阻尼墙工作时，内部钢板在粘滞材料中做剪切运动，类似于往复活动的活塞。在往复运动的过程中，通过粘滞材料的粘滞特性，

外部钢箱，固定在下层楼面上，箱体内的容器内充满粘滞阻尼材料。

粘滞阻尼材料，位于内部钢板和外部钢箱之间，材料性能是耗能能力大小的关键，其原理在于，通过粘滞材料的剪切变形耗散外部输入的能量。本文中的粘滞阻尼材料以日本OILES公司生产的粘滞阻尼材料为第一选择。

本发明以单层型阻尼墙为例进行说明。

实施例一

参考图3至图11，本发明中，内部钢板100上端通过悬挂的方式固定安装在上楼板钢梁上，在内部钢板100的两侧面对称的设置有若干复合结构110，该复合结构是通过在内部钢板的表面复合刹车片材料形成的，例如热涂覆的方式形成复合结构，具有较高的摩擦力度。为起到较好的配合强度，在热涂覆之前的钢板表面通过戗的方式形成若干倒刺111，提高刹车片材料与钢板的结合强度。复合结构的高度高出钢板表面数毫米，例如5毫米，形成一定的凸起状。参考图8。

外部钢箱200结构同现有技术中的外部钢箱构造，下部为固定部，与下部的楼板面或者横梁固定连接，改进之处在于，在外部钢箱200的侧壁上开设有螺栓孔210和光滑的圆孔220，圆孔允许高强度螺栓410穿过，螺栓孔210用于和高强度顶丝420配合。为便于观察，将外部钢箱顶部设计成开口的观察槽结构，并方便添加粘滞材料。

内衬板300，左右各一共两块，分别通过高强度螺栓安装在外部钢箱内部的两侧侧壁上，对应的，在内衬板上设置的与高强度螺栓连接的孔为螺纹孔310，使用高强度螺栓拉紧的方式固定在外部钢箱200中。高强度顶丝与外部钢箱之间为螺纹配合，进行顶紧作业，在高强度顶丝420的作用下，钢板材质的内衬板300局部向内形成局部形变，形变部位与内部钢板上的刹车材料复合结构110形成摩擦配合，由于刹车片材料具有较高的摩擦系数，在地震发生时，可以起到摩擦耗能的作用。

进一步地方案，在内衬板上也是设置刹车材料的复合结构320’，在内衬板局部形成凸起，提高内衬板与内部钢板之间的配合强度。

为便于内衬板与外部钢箱内壁之间的配合，将内衬板设计共“工”字形的轮廓。

内衬板300与外部钢箱200内壁之间为平面配合，并在两者之间选择性的使用密封垫片，其中，为达到较好的效果，在内衬板螺纹孔的周围设置密封凹槽，凹槽内设置密封圈，形成局部密封，且上述的密封圈设置在于箱体内壁接触的内衬板上，形成局部密封，作用在于，防止内部的粘滞材料自内衬板和箱体内壁之间渗出。

通过内衬板300的局部形变，使得内衬板与内部钢板之间的间隙得到调整，得到不均匀的间隙，静止状态下，子空腔内充满粘滞材料，且在缝隙间形成多个密集的凹凸的山峰形结构，地震作用下，内部钢板100相对内衬板水平移动，两侧的子空腔的体积发生变小和变大，迫使粘滞材料通过，由于粘滞材料的粘滞效果很好，粘滞材料通过不均匀的间隙时，发生剪切效应，相对于传统的平板之间配合样式，本发明中的剪切效应更加明显，可以消耗更多的震动能量。在内衬板和内部钢板之间的摩擦耗能能进一步的耗能。

在内部钢板100的表面设置凹陷120，该凹陷是通过压力机模具在钢板表面压力形成的，凹陷的存在可以增加粘滞材料的接触面积，粘滞材料在内部钢板表面形成更加大的接触面积，进一步地提高粘滞效果。同时，在内衬板的表面也设置有凹陷，这样在不改变原有阻尼墙结构的情况下，使得粘滞材料发生更大的效果。

本发明安装方便，安装方法如下：

首先，在地面处，将两个内衬板对应的贴合在内部钢板的两侧，然后将内衬板和内部钢板整体插入到外部钢箱中，使用高强度螺栓将内衬板和外部钢箱进行固定。

将装配好的外部钢箱安装在下层楼板001或者横梁上，同时将内部钢板上端的安装部通过橡胶垫块和高强度螺栓连接在上层楼板002或者横梁上。

最后，将外部钢箱内灌装粘滞材料500，粘滞材料灌满标准为，外部钢箱中的观察槽内充满液体，并使用高强度顶丝进行局部锁紧，形成刹车配合。

下面通过地震作用下内部钢板与内衬板之间的动作对本发明的原理和效果进行揭示。

在地震作用下，对建筑破坏最强的是横向波，也叫横向震动，本发明就是用于消耗横向震动能量，当地震发生时，内衬板和内部钢板之间发生相对运动，以内部钢板自左向右运动为例，参考图11，首先需要克服局部的刹车结构才能使得内部钢板做相对运动，运动过程中，在粘滞材料通过的过程中发生剪切和摩擦，实现耗能。同时，刹车结构也耗能。

在上述的描述中，仅仅是以内部钢板自左向右的移动过程描述的，同样的推理，当钢板自右向左运动过程中，存在反向的耗能效果，所以具有双程耗能效果，本处所说的双程耗能效果是指，无论是自左向右还是自右向左都存在这种耗能情况。

本发明中，依靠粘滞材料本身发生剪切作用时耗能，和摩擦材料的摩擦耗能双重作用，实现耗能的目的，在同等体积和同样粘滞材料应用的情况下，抗震性能提高20％左右。

进一步地方案，在内部钢板底部和外部箱体内底之间设置滚动摩擦配合，形成滚动配合。具体地，滚动配合为设置在两者之间的钢球700，形成滚动配合。

实施例二

参考图12，在内部钢板两侧焊接钢筋形成穿绳耳部，同时在外部钢箱的内部两侧对应焊接钢筋形成穿绳耳部，通过在内部钢板和外部钢箱之间的穿绳耳部迂回穿绳，本处所说的绳为具有一定弹性的弹性绳600，弹性绳预紧后，使得内部钢板具有一个稳定的初始状态，提高稳定性。也就是说，本发明中的弹性绳起到预紧的作用，通过拉扯作用，可以实现内部钢板与外部钢箱之间的弹性预紧，进而提高抗震性能。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.钢结构建筑用粘滞阻尼墙，包括内部钢板、外部钢箱、内衬板和粘滞液体，其特征在于，

所述外部钢箱(200)下端为固定部，上部为插接腔，两所述内衬板(300)左右各一共两块分别通过高强度螺栓安装在外部钢箱内部的两侧侧壁上，并在所述外部刚箱上旋合有内端抵靠在内衬板上的高强度顶丝，通过旋紧高强度顶丝使得所述内衬板(300)局部向内形成局部形变，

所述内部钢板上端为安装部，所述内部钢板中下部插接在两内衬板之间的空间内，且在内部钢板(100)的主表面对称设置有若干条复合结构(110)，每一条所述复合结构分别对应至少一个所述内衬板局部形变位置，形成接触式摩擦配合；

所述外部钢箱内灌装粘滞材料。

2.根据权利要求1所述的钢结构建筑用粘滞阻尼墙，其特征在于，在所述复合结构内部的内部钢板表面设有戗的方式形成的若干倒刺(111)。

3.根据权利要求1所述的钢结构建筑用粘滞阻尼墙，其特征在于，所述外部钢箱顶部设有观察槽结构。

4.根据权利要求1所述的钢结构建筑用粘滞阻尼墙，其特征在于，在内衬板上设置耐磨材质的复合结构(320’)。

5.根据权利要求1所述的钢结构建筑用粘滞阻尼墙，其特征在于，所述内衬板为“工”字形的轮廓。

6.根据权利要求1所述的钢结构建筑用粘滞阻尼墙，其特征在于，所述内衬板(300)与外部钢箱(200)内壁之间为平面配合，并在两者之间设置密封垫片。

7.根据权利要求1所述的钢结构建筑用粘滞阻尼墙，其特征在于，在内部钢板(100)的表面设置凹陷(120)。

8.根据权利要求7所述的钢结构建筑用粘滞阻尼墙，其特征在于，所述凹陷是通过压力机模具在内部钢板表面压力形成的。

9.根据权利要求1所述的钢结构建筑用粘滞阻尼墙，其特征在于，在内部钢板底部和外部箱体内底之间设置滚动摩擦配合，所述滚动配合为设置在两者之间的钢球(700)和导向槽。

10.根据权利要求1所述的钢结构建筑用粘滞阻尼墙的安装方法，其特征在于，顺序进行如下步骤：

首先，在地面处，将两个内衬板对应的贴合在内部钢板的两侧，然后将内衬板和内部钢板整体插入到外部钢箱中，使用高强度螺栓将内衬板和外部钢箱进行固定；

将装配好的外部钢箱安装在下层楼板(001)或者横梁上，同时将内部钢板上端的安装部通过橡胶垫块和高强度螺栓连接在上层楼板(002)或者横梁上；

最后，将外部钢箱内灌装粘滞材料(500)，充满，并使用高强度顶丝顶紧内衬板，局部锁紧，内衬板和内部钢板局部形成摩擦配合。