CN110230403A - 钢结构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粘滞阻尼墙及其安装方法，是一种新型结构的阻尼墙，该钢结构粘滞阻尼墙，包括内部钢板、外部钢箱、粘滞材料、缓冲模块和内衬板，所述内部钢板上端为和上楼板连接的固定端，所述外部钢箱下部为与下楼板固定的固定部，所述内部钢板的方形窗口内安装缓冲模块，所述缓冲模块包括方形框体、囊体和筒体，两块内衬板左、右各一且分别固定在外部钢箱内部的两侧侧壁上，在内衬板上设置有铆钉孔，铆钉穿过缓冲模块上的轴孔后两端铆固在两个内衬板上，粘滞材料填充在内部钢板和外部钢箱之间的空腔中。该发明，在安装体积不变的情况下，增加阻尼效果。

Description

钢结构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。

CN 105019571 A中公开了一种一种粘滞阻尼墙，包括上部连接板、内钢板、外钢箱、粘滞阻尼材料和下部连接板；所述上部连接板固定在上层楼面梁的底部，所述内钢板固定在上部连接板底面的中部，所述外钢箱固定在下部连接板上，所述下部连接板固定在下层楼面梁顶部，所述外钢箱内充满粘滞阻尼材料，所述内钢板放置于粘滞阻尼材料中。所述内钢板为波折型软钢，其波折形式为曲线形或梯形。本发明将传统的内钢板设计为波折型软钢，这种软钢较传统的内钢板塑性高，加工成形性及焊接性好，便于制作和连接。

上述的抗震性能主要依靠阻尼材料(阻尼油或者软钢)的回复力，对于材料的要求较高，目前我国基础材料研究落后，只能进行进口，国产阻尼材料不能满足使用的要求。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明₁提供一种钢结构装配式粘滞阻尼墙及其安装方法，在安装体积不变的情况下，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：

钢结构粘滞阻尼墙，包括内部钢板、外部钢箱和粘滞材料，其特征在于，还包括缓冲模块和内衬板，

所述内部钢板上自上而下设置若干方形窗口，所述方形窗口内安装缓冲模块，所述缓冲模块包括方形框体、囊体和筒体，在方形框体和筒体之间的空间中通过四个囊体进行弹性连接，所述筒体中央处设置轴孔，

所述内部钢板上端为和上楼板连接的固定端，所述外部钢箱下部为与下楼板固定的固定部，

两块内衬板左、右各一且分别固定在外部钢箱内部的两侧侧壁上，在内衬板上设置有铆钉孔，铆钉穿过缓冲模块上的轴孔后两端铆固在两个内衬板上，

所述粘滞材料填充在内部钢板和外部钢箱之间的空腔中。

所述囊体包括刚性外壳和活塞，刚性外壳和活塞进行活塞式滑动配合，在活塞和刚性外壳的外端分别有用于和筒体和方形框体进行连接的耳部。

在刚性外壳的上、下两端设置有多个通孔，所述通孔连通囊体内部和外部的空间，且在囊体内部的空腔内充满粘滞材料。

所述通孔为直径小于1毫米的微孔。

在内衬板和内部缓冲模块之间的铆钉上设置用于定矩的垫圈。

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。

所述囊体与方形框体的铰接点位于方形框体的四个转角处。

在内衬板的内侧设置有多个半球形的凹陷，所述内部钢板的表面设置有多个半球形的凹陷。

所述方形窗口与缓冲模块为阶梯配合，并使用压紧锁块进行固定。

钢结构粘滞阻尼墙的安装方法，其特征在于，顺序进行如下操作：

首先，将囊体内腔中注满粘滞材料，并将缓冲模块安装在内部钢板的方形窗口处，然后将两个内衬板分别自左右两侧使用铆钉固定在内部钢板的两侧；

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上，同时将内部钢板上端的安装部通过高强度螺栓连接在上层楼板上，

最后，将外部钢箱内灌装粘滞材料。

本发明的有益效果是：本发明的有益效果结合实施例进行详细的说明和分析。

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为现有粘滞阻尼墙的立体图。

图4为本发明的示意图。

图5为省略部分外部钢箱后的示意图。

图6为省略部分外部钢箱和部分内衬板后的示意图。

图7为图6的主视图。

图8为缓冲模块的立体图。

图9为缓冲模块的主视图。

图10为图9中D--D剖视图。

图11为省略囊体后的缓冲模块示意图。

图12为外部钢箱的立体图。

图13为内衬板上的轴孔和螺纹孔的布局图。

图14为内部钢板的立体图。

图中：100内部钢板，110方形窗口，120压紧锁块，

200缓冲模块，210方形框体，211铰接耳环，212槽，220囊体，221刚性外壳，2211通孔，222活塞，230筒体，231轴孔，232铰接耳环，

300外部钢箱，310固定部，320螺栓孔，330观察槽结构，340高强度螺栓，

400内衬板，410螺纹孔，420铆钉孔，

500铆钉，600垫圈，700粘滞材料。

具体实施方式

参考图1和图3，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。

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，参考图1和图3，粘滞材料起作用的主要存在于内部钢板和外部钢箱内表面之间，存在的区域为：1、内部钢板正反两个A/B区域，粘滞材料两端分别作用在内部钢板主表面和外部钢箱主表面上，受力较大；2、内部钢板下部边沿与外部钢箱底板之间的C区域，产生粘滞拉力，通过分析上述三个区域的拉力，三个区域的拉力作用在内部钢板的中部和中下部，产生较大的扭矩。且粘滞材料的粘性越强，扭矩越大。

粘滞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。常见的粘滞材料例如沥青，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4至图14，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。

内部钢板100采用厚度为10毫米至20毫米的厚钢板，在内部钢板上设置有四对自上而下的方形窗口110，该方形窗口用于安装缓冲模块200，为便于缓冲模块的安装，方形窗口110设计为阶梯口，用于安装，在方形窗口110的两侧设置压紧锁块120，压紧锁块120通过螺钉进行压紧与紧固，参考图14。压紧锁块采用螺钉进行锁紧。为配合压紧，在缓冲模块的方形框体210的边沿处开槽212，便于压紧锁块的插入与锁定。

参考图8到图11，缓冲模块200包括方形框体210、囊体220和筒体230，方形框体210安装在方形窗口上，为与阶梯状的方形窗口进行配合，方形框体边沿设计为阶梯状。在方形框体210的四个转角处设置有四个铰接用的铰接耳环211，用于铰接连接。筒体230位于方形框体的中心位置，在筒体230的中心有个贯通的轴孔231，在筒体230的外表面设有四个铰接用的铰接耳环232。囊体220包括刚性外壳221和活塞222，刚性外壳221和活塞222配合，滑动配合，在活塞和刚性外壳的外端分别有耳部，耳部分别用于和筒体和方形框体上的铰接耳环211/232进行连接。在刚性外壳221的上下两端设置有多个通孔2211，通孔2211连通囊体内部和外部的空间，且在囊体内部的空腔内充满粘滞材料。通孔为直径小于1毫米的微孔，根据需求可以配置多个，分布在刚性外壳的两端端部，形成粘滞材料进出囊体的通道。

上述的缓冲模块200安装在方形窗口内，根据抗震等级需要，抗震等级要求越高，设置的数量越多。

外部钢箱300结构同现有技术中的外部钢箱构造，下部为固定部310，与下部的楼板面或者横梁固定连接，中上部具有一个内腔，是安装内部插板和灌装粘滞材料的场合，改进之处在于，在外部钢箱的侧壁上开设有螺栓孔320，允许高强度螺栓穿过，用于固定内衬板。为便于观察，将外部钢箱顶部设计成开口的观察槽结构330，并方便添加粘滞材料。

内衬板400，左、右各一共两块，分别通过高强度螺栓340安装在外部钢箱内部的两侧侧壁上，对应的，在内衬板400上设置的与高强度螺栓340连接的孔为螺纹孔410，高强度螺栓穿过外部钢箱后内端紧固在此螺纹孔内，进行拉紧。同时，在内衬板400上设置有铆钉孔420，铆钉孔420为多个，使用大尺寸铆钉500穿过内衬板上的铆钉孔420和缓冲模块上的轴孔231，铆钉500的两端铆固在两个内衬板上，形成固定。并在内衬板和内部缓冲模块之间的铆钉上设置垫圈600，垫圈600的厚度即是内部钢板与内衬板之间的间隙，通过控制与更换不同尺寸系列的垫圈600的厚度即可控制之间的间隙。增加垫圈数量或者更换更厚的垫圈，使得两者之间的间隙增大，反之缩小。

内衬板400与外部钢箱300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。

在内衬板400的内侧设置有多个半球形的凹陷，同样的在内部钢板的表面设置有多个半球形的凹陷，最佳的方式，上述凹陷的存在是通过压力头压制成型的，通过滚压设备容易实现上述工艺。凹陷的存在可以增加粘滞材料与内衬板和内部钢板之间的粘结力，静止状态下，粘滞材料700充满在内衬板和内部干板之间的空间。地震作用下，内部钢板100相对内衬板具有水平移动的趋势，需要克服粘滞材料700自身的粘滞力，铆钉作用在缓冲模块上的力，囊体部位，一侧发生挤压，排出内部的粘滞材料，另一侧吸入粘滞材料，使得粘滞材料在缓冲模块单元局部发生微循环，同时囊体本身的活塞移动具有消耗能量的作用。通过上述作用，同样的粘滞材料产生更强的粘滞效果，提高抗震效果。同时，囊体本身具有缓冲的作用，可以提高抗震缓冲性能。

本发明安装方便，安装方法如下：

首先，在地面处，将囊体内腔中注满粘滞材料700，然后将缓冲模块200安装在内部钢板的方形窗口处，然后将两个内衬板分别自左右两侧使用铆钉和垫圈固定在内部钢板的两侧。

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。

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2，右侧为正压区，左侧为负压区，粘滞材料会通过自身的粘滞作用，在粘滞材料通过的过程中发生剪切和摩擦，实现耗能。同时，在缓冲模块中，四个囊体发生不同程度的拉伸和压缩，起到缓冲耗能，其中刚性壳体上的通孔使得内外粘滞材料流动，实现微循环，进行耗能。缓冲模块本身具有缓冲的作用，起到阻尼的作用，阻尼产生热，具有二次耗能的作用。也就是说，本发明中，存在粘滞材料本身的粘滞性能而产生耗能，同时缓冲模块产生类似于阻尼气缸的作用，也具有一定的耗能效果，两种耗能效果的叠加，抗震性能优于传统的阻尼墙。在传统的阻尼墙中，粘滞材料位于开放的外部钢箱内，所以没有形成局部封闭的腔室，不具有阻尼的作用。

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，和正压区阻尼的双重作用，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，抗震性能至少提高30％至50％左右。

缓冲模块的存在，使得本发明中内部钢板与外部钢箱之间的受力点上移，有利于内部钢板强度的保持。

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.钢结构粘滞阻尼墙，包括内部钢板、外部钢箱和粘滞材料，其特征在于，还包括缓冲模块和内衬板，

所述内部钢板上自上而下设置若干方形窗口，所述方形窗口内安装缓冲模块，所述缓冲模块包括方形框体、囊体和筒体，在方形框体和筒体之间的空间中通过四个囊体进行弹性连接，所述筒体中央处设置轴孔，

所述内部钢板上端为和上楼板连接的固定端，所述外部钢箱下部为与下楼板固定的固定部，

两块内衬板左、右各一且分别固定在外部钢箱内部的两侧侧壁上，在内衬板上设置有铆钉孔，铆钉穿过缓冲模块上的轴孔后两端铆固在两个内衬板上，

所述粘滞材料填充在内部钢板和外部钢箱之间的空腔中。

2.根据权利要求1所述钢结构粘滞阻尼墙，其特征在于，所述囊体包括刚性外壳和活塞，刚性外壳和活塞进行活塞式滑动配合，在活塞和刚性外壳的外端分别有用于和筒体和方形框体进行连接的耳部。

3.根据权利要求1所述钢结构粘滞阻尼墙，其特征在于，在刚性外壳的上、下两端设置有多个通孔，所述通孔连通囊体内部和外部的空间，且在囊体内部的空腔内充满粘滞材料。

4.根据权利要求3所述钢结构粘滞阻尼墙，其特征在于，所述通孔为直径小于1毫米的微孔。

5.根据权利要求1所述钢结构粘滞阻尼墙，其特征在于，在内衬板和内部缓冲模块之间的铆钉上设置用于定矩的垫圈。

6.根据权利要求1所述钢结构粘滞阻尼墙，其特征在于，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。

7.根据权利要求1所述钢结构粘滞阻尼墙，其特征在于，所述囊体与方形框体的铰接点位于方形框体的四个转角处。

8.根据权利要求1所述钢结构粘滞阻尼墙，其特征在于，在内衬板的内侧设置有多个半球形的凹陷，所述内部钢板的表面设置有多个半球形的凹陷。

9.根据权利要求1所述钢结构粘滞阻尼墙，其特征在于，所述方形窗口与缓冲模块为阶梯配合，并使用压紧锁块进行固定。

10.根据权利要求1所述的钢结构粘滞阻尼墙的安装方法，其特征在于，顺序进行如下操作：

首先，将囊体内腔中注满粘滞材料，并将缓冲模块安装在内部钢板的方形窗口处，然后将两个内衬板分别自左右两侧使用铆钉固定在内部钢板的两侧；

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上，同时将内部钢板上端的安装部通过高强度螺栓连接在上层楼板上，

最后，将外部钢箱内灌装粘滞材料。