CN111622383B - 一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙及其装配方法 - Google Patents

一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙及其装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及填充墙装配技术领域，具体涉及一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙及其装配方法，包括预制混凝土梁、预制混凝土柱、砌体填充墙、耗能钢板、梁侧固定压板以及柱侧固定压板，预制混凝土梁垂直安装于预制混凝土柱的顶端右侧壁，预制混凝土梁与预制混凝土柱的内部均预留有预应力筋孔道，且两条预应力筋孔道在水平方向上前后首尾相连；本发明能将填充墙结构的非线性变形集中于连接处，填充墙的多个主体部分之间保持弹性，利用无粘结预应力筋的回弹作用，结构残余变形很小，可实现震后结构功能的迅速恢复；同时在砌体填充墙的两侧均设置有耗能钢板，增强了填充墙结构的耗能能力，明显改善了抗震性能，控制结构在地震作用下的最大变形。

Description

一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙及其装配方法
技术领域
本发明涉及填充墙装配技术领域，具体涉及一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙及其装配方法。
背景技术
在整个社会工业化以及信息化进程加快的背景下，随着经济持续发展，未来建筑产品将会向高品质、少污染、可持续的方向转变。传统的建造方式己经不能满足社会发展对建筑产品的建造需求，实现建筑工业化是未来建筑发展的必要途径。现浇混凝土结构体系无法实现建筑工业化，而预制装配式的形式把房屋拆分成各种构件(柱、墙、梁、板、楼梯)在工厂进行预制生产，然后通过现场必要的节点拉结、局部现浇拼装而形成整体的装配式结构，可以实现建筑真正从″建造″向″制造″的转变，是实现建筑工业化的有效途径。
预制混凝土结构是一种符合工业化生产的结构形式，具有优越的经济、环境、社会效益和良好的结构性能，用于抗震设防区的预制混凝土结构主要是模仿现浇结构受力性能的预制装配整体式结构。该类结构需要现场湿作业，施工程序复杂，地震输入能量被所有结构构件吸收，震后结构损伤及残余变形很大，修复成本较高甚至无法修复，最后整个结构只能被推倒重建，造成巨大的浪费。
虽然预应力自复位结构具有良好的自复位能力，但结构的耗能能力较差，为了控制结构的最大变形，需要附加耗能部件增强结构的耗能能力。例如，在梁端开槽埋置耗能钢筋，但其施工及震后修复较不方便，腹板摩擦式预应力预制框架结构需在节点及梁端预埋较大块的钢板且对构件的平整度要求较高以及在梁端安装角钢耗能，对螺栓孔洞的定位要求较高。
基于现有技术预制混凝土结构存在的缺陷，目前尚无有效的解决方案。
发明内容
本发明针对背景技术所提出自修复能力差的问题，以及整体结构的耗能能力较差的问题，设计了一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙及其装配方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙，包括预制混凝土梁、预制混凝土柱、砌体填充墙、耗能钢板、梁侧固定压板以及柱侧固定压板，其特征在于：所述预制混凝土梁垂直安装于所述预制混凝土柱的顶端右侧壁，所述预制混凝土梁与所述预制混凝土柱的内部均预留有预应力筋孔道，且两条所述预应力筋孔道在水平方向上前后首尾相连；两条所述预应力筋孔道的内部共同贯穿设置有一根无粘结预应力筋，且所述无粘结预应力筋的左端锚固在所述预制混凝土柱的左侧壁；所述预制混凝土梁的底端前、后侧壁安均装有所述梁侧固定压板，所述柱侧固定压板的右端前、后侧壁均安装有所述柱侧固定压板，所述梁侧固定压板和所述柱侧固定压板均通过膨胀螺栓将两块所述耗能钢板的水平边缘、竖向边缘分别对应压紧固定在所述预制混凝土梁以及预制混凝土柱上；两块所述耗能钢板之间填充有所述砌体填充墙，且两块所述耗能钢板关于所述砌体填充墙两侧对称设置；两块所述耗能钢板的外侧壁沿层高方向上均等间距设置有若干根水平防屈曲约束钢条，两块所述耗能钢板的外侧壁沿梁跨方向上均等间距设置有若干根竖向防屈曲约束钢条，所述水平防屈曲约束钢条与所述竖向防屈曲约束钢条的相交处设置有用于约束所述耗能钢板平面外屈曲的对拉螺栓。
作为上述方案的进一步改进，两块所述耗能钢板上位于所述水平防屈曲约束钢条与所述竖向防屈曲约束钢条的相交处的正后方开设有第一圆形孔洞，所述砌体填充墙上位于所述第一圆形孔洞后方开设有第二圆形孔洞，所述第一圆形孔洞及所述第二圆形孔洞内部共同安装有所述对拉螺栓。
作为上述方案的进一步改进，所述耗能钢板采用低屈服强度钢材，屈服强度为235MPa，厚度≤0.3mm。
作为上述方案的进一步改进，所述预制混凝土柱的底端与地基之间可采用灌浆套筒连接，或者采用竖向预应力筋进行连接。
作为上述方案的进一步改进，所述水平防屈曲约束钢条顺着水平灰缝方向在所述耗能钢板的外侧壁沿层高方向上每隔3～5匹砖厚设置一根，所述竖向防屈曲约束钢条在所述耗能钢板的外侧壁沿梁跨方向上每隔400～600mm设置一根。
作为上述方案的进一步改进，所述水平防屈曲约束钢条及竖向防屈曲约束钢条的宽度均为30～60mm，厚度均为2～4mm。
作为上述方案的进一步改进，所述填充墙上开门洞口或者窗洞口的四周须设置有水平防屈曲约束钢条及竖向防屈曲约束钢条，所述耗能钢板在洞口或者窗洞口的边缘切断并形成切孔。
作为上述方案的进一步改进，所述柱侧固定压板的横截面形状为L形。
作为上述方案的进一步改进，所述预制混凝土梁与所述预制混凝土柱之间的缝隙采用无机胶凝材料或者有机胶凝材料进行粘接。
一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙的装配方法，包括以下步骤：
步骤一：首先进行放线、定位，将预制混凝土柱通过灌浆套筒连接或者竖向预应力筋安装于地基上；
步骤二：接着在预制混凝土柱的右侧壁安装柱侧固定压板，然后吊装砌体填充墙至预制混凝土柱的右侧，再将侧壁两块耗能钢板放置于砌体填充墙前后侧壁，并利用梁侧固定压板及膨胀螺栓对两块耗能钢板的左竖向边缘进行固定；
步骤三：将梁侧固定压板安装于预制混凝土梁的底端，然后将它们一同吊装至砌体填充墙的顶端，使得预制混凝土梁及预制混凝土柱内部预留的预应力筋孔道前后对应后，接着再利用梁侧固定压板及膨胀螺栓对两块耗能钢板的上水平边缘进行固定；
步骤四：将一根无粘结预应力筋由左向右插入预应力筋孔道内部，并且将无粘结预应力筋的左端锚固在预制混凝土柱的左侧壁上；
步骤五：在两块耗能钢板的外侧壁沿层高方向上均等间距安装若干根水平防屈曲约束钢条，在两块所述耗能钢板的外侧壁沿梁跨方向上均等间距安装若干根竖向防屈曲约束钢条，然后在水平防屈曲约束钢条与防屈曲约束钢条的相交处安装对拉螺栓；
步骤六：最后对预应力筋孔道及接缝处进行填充胶凝材料。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
(1)、本发明能将填充墙结构的非线性变形集中于连接处，填充墙的多个主体部分之间保持弹性，利用无粘结预应力筋的回弹作用，结构残余变形很小，可实现震后结构功能的迅速恢复；同时为了控制填充墙结构的最大变形，在砌体填充墙的两侧均设置有耗能钢板，增强了填充墙结构的耗能能力，明显改善了抗震性能，控制结构在地震作用下的最大变形。
(2)、本发明的自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙是采用预制化装配形式，使用的预制混凝土梁、预制混凝土柱、砌体填充墙均是采用预制构件，一同生产、一起运输，在质量上有保证，在管理上减少分包单位，更易管理，从而大幅度提升了施工的效率，由于现场布置大量吊装机械施工，使的此装配方法成为最方便快捷的一种填充墙形式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的第一视角立体结构示意图；
图2为本发明的第二视角立体结构示意图；
图3为本发明的右视内部结构示意图；
图4为本发明中A处局部放大示意图；
图5为本发明中对拉螺栓的安装示意图；
图6为本发明中砌体填充墙的立体结构示意图；
图7为本发明中两块耗能钢板的立体结构示意图；
图8为本发明中安装窗洞口后的结构示意图。
其中，1-预制混凝土梁，2-预制混凝土柱，3-砌体填充墙，4-耗能钢板，5-梁侧固定压板，6-柱侧固定压板，7-预应力筋孔道，8-无粘结预应力筋，9-膨胀螺栓，10-水平防屈曲约束钢条，11-竖向防屈曲约束钢条，12-对拉螺栓，13-第一圆形孔洞，14-第二圆形孔洞。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例一
一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙，如图1～5所示，包括预制混凝土梁1、预制混凝土柱2、砌体填充墙3、耗能钢板4、梁侧固定压板5以及柱侧固定压板6，预制混凝土梁1垂直安装于预制混凝土柱2的顶端右侧壁，预制混凝土梁1与预制混凝土柱2的内部均预留有预应力筋孔道7，且两条预应力筋孔道7在水平方向上前后首尾相连；两条预应力筋孔道7的内部共同贯穿设置有一根无粘结预应力筋8，且无粘结预应力筋8的左端锚固在预制混凝土柱2的左侧壁，预制混凝土柱2的底端与地基之间可采用灌浆套筒连接；预制混凝土梁1的底端前、后侧壁安均装有梁侧固定压板5，柱侧固定压板6的右端前、后侧壁均安装有柱侧固定压板6，梁侧固定压板5和柱侧固定压板6均通过膨胀螺栓9将两块耗能钢板4的水平边缘、竖向边缘分别对应压紧固定在预制混凝土梁1以及预制混凝土柱2上，其中耗能钢板4采用低屈服强度钢材，屈服强度为235MPa，厚度等于0.3mm；
如图1和图3所示，两块耗能钢板4之间填充有砌体填充墙3，且两块耗能钢板4关于砌体填充墙3两侧对称设置；两块耗能钢板4的外侧壁沿层高方向上均等间距设置有3根水平防屈曲约束钢条10，两块耗能钢板4的外侧壁沿梁跨方向上均等间距设置有3根竖向防屈曲约束钢条11，水平防屈曲约束钢条10与竖向防屈曲约束钢条11的相交处设置有用于约束耗能钢板4平面外屈曲的对拉螺栓12；预制混凝土梁1与预制混凝土柱2之间的缝隙采用无机胶凝材料进行粘接。
如图5～7所示，两块耗能钢板4上位于水平防屈曲约束钢条10与竖向防屈曲约束钢条11的相交处的正后方开设有第一圆形孔洞13，砌体填充墙3上位于第一圆形孔洞13后方开设有第二圆形孔洞14，第一圆形孔洞13及第二圆形孔洞14内部共同安装有对拉螺栓12。
水平防屈曲约束钢条10顺着水平灰缝方向在耗能钢板4的外侧壁沿层高方向上每隔3匹砖厚设置一根，竖向防屈曲约束钢条11在耗能钢板4的外侧壁沿梁跨方向上每隔500mm设置一根；水平防屈曲约束钢条10及竖向防屈曲约束钢条11的宽度均为40mm，厚度均为3mm；柱侧固定压板6的横截面形状为L形。
一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙的装配方法，包括以下步骤：
步骤一：首先进行放线、定位，将预制混凝土柱2通过灌浆套筒连接或者竖向预应力筋安装于地基上；
步骤二：接着在预制混凝土柱2的右侧壁安装柱侧固定压板6，然后吊装砌体填充墙3至预制混凝土柱2的右侧，再将侧壁两块耗能钢板4放置于砌体填充墙3前后侧壁，并利用梁侧固定压板5及膨胀螺栓9对两块耗能钢板4的左竖向边缘进行固定；
步骤三：将梁侧固定压板5安装于预制混凝土梁1的底端，然后将它们一同吊装至砌体填充墙3的顶端，使得预制混凝土梁1及预制混凝土柱2内部预留的预应力筋孔道7前后对应后，接着再利用梁侧固定压板5及膨胀螺栓9对两块耗能钢板4的上水平边缘进行固定
步骤四：将一根无粘结预应力筋8由左向右插入预应力筋孔道7内部，并且将无粘结预应力筋8的左端锚固在预制混凝土柱2的左侧壁上；
步骤五：在两块耗能钢板4的外侧壁沿层高方向上均等间距安装若干根水平防屈曲约束钢条10，在两块耗能钢板4的外侧壁沿梁跨方向上均等间距安装若干根竖向防屈曲约束钢条11，然后在水平防屈曲约束钢条10与防屈曲约束钢条的相交处安装对拉螺栓12即可；
步骤六：最后对预应力筋孔道7及接缝处进行填充胶凝材料即可。
实施例二
一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙，如图7所示，包括预制混凝土梁1、预制混凝土柱2、砌体填充墙3、耗能钢板4、梁侧固定压板5以及柱侧固定压板6，两个预制混凝土梁1垂直安装于预制混凝土柱2的两端，预制混凝土梁1与两个预制混凝土柱2的内部均预留有预应力筋孔道7，且三条预应力筋孔道7在水平方向上前后首尾相连；
如图7所示，填充墙上开门洞口或者窗洞口的四周须设置有水平防屈曲约束钢条10及竖向防屈曲约束钢条11，耗能钢板4在窗洞口的边缘切断并形成切孔，从而开门洞口或者窗洞口的结构稳定性较好。
结合实施例一和实施例二，可见本发明能将填充墙结构的非线性变形集中于连接处，填充墙的多个主体部分之间保持弹性，利用无粘结预应力筋的回弹作用，结构残余变形很小，可实现震后结构功能的迅速恢复；同时为了控制填充墙结构的最大变形，在砌体填充墙3的两侧均设置有耗能钢板4，增强了填充墙结构的耗能能力，明显改善了抗震性能，控制结构在地震作用下的最大变形。
另外，实施例一和实施例二均是采用预制化装配形式，使用的预制混凝土梁、预制混凝土柱、砌体填充墙均是采用预制构件，一同生产、一起运输，在质量上有保证，在管理上减少分包单位，更易管理，从而大幅度提升了施工的效率，由于现场布置大量吊装机械施工，使的此装配方法成为最方便快捷的一种填充墙形式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙，包括预制混凝土梁(1)、预制混凝土柱(2)、砌体填充墙(3)、耗能钢板(4)、梁侧固定压板(5)以及柱侧固定压板(6)，其特征在于：所述预制混凝土梁(1)垂直安装于所述预制混凝土柱(2)的顶端右侧壁，所述预制混凝土梁(1)与所述预制混凝土柱(2)的内部均预留有预应力筋孔道(7)，且两条所述预应力筋孔道(7)在水平方向上前后首尾相连；两条所述预应力筋孔道(7)的内部共同贯穿设置有一根无粘结预应力筋(8)，且所述无粘结预应力筋(8)的左端锚固在所述预制混凝土柱(2)的左侧壁；所述预制混凝土梁(1)的底端前、后侧壁安均装有所述梁侧固定压板(5)，所述预制混凝土柱(2)的右端前、后侧壁均安装有所述柱侧固定压板(6)，所述梁侧固定压板(5)和所述柱侧固定压板(6)均通过膨胀螺栓(9)将两块所述耗能钢板(4)的水平边缘、竖向边缘分别对应压紧固定在所述预制混凝土梁(1)以及预制混凝土柱(2)上；两块所述耗能钢板(4)之间填充有所述砌体填充墙(3)，且两块所述耗能钢板(4)关于所述砌体填充墙(3)两侧对称设置；两块所述耗能钢板(4)的外侧壁沿层高方向上均等间距设置有若干根水平防屈曲约束钢条(10)，两块所述耗能钢板(4)的外侧壁沿梁跨方向上均等间距设置有若干根竖向防屈曲约束钢条(11)，所述水平防屈曲约束钢条(10)与所述竖向防屈曲约束钢条(11)的相交处设置有用于约束所述耗能钢板(4)平面外屈曲的对拉螺栓(12)；
两块所述耗能钢板(4)上位于所述水平防屈曲约束钢条(10)与所述竖向防屈曲约束钢条(11)的相交处的正后方开设有第一圆形孔洞(13)，所述砌体填充墙(3)上位于所述第一圆形孔洞(13)后方开设有第二圆形孔洞(14)，所述第一圆形孔洞(13)及所述第二圆形孔洞(14)内部共同安装有所述对拉螺栓(12)；
所述耗能钢板(4)采用低屈服强度钢材，屈服强度为235MPa，厚度≤0.3mm；
所述预制混凝土柱(2)的底端与地基之间可采用灌浆套筒连接，或者采用竖向预应力筋进行连接；
所述水平防屈曲约束钢条(10)顺着水平灰缝方向在所述耗能钢板(4)的外侧壁沿层高方向上每隔3～5匹砖厚设置一根，所述竖向防屈曲约束钢条(11)在所述耗能钢板(4)的外侧壁沿梁跨方向上每隔400～600mm设置一根；
所述水平防屈曲约束钢条(10)及竖向防屈曲约束钢条(11)的宽度均为30～60mm，厚度均为2～4mm；
所述填充墙上开门洞口或者窗洞口的四周须设置有水平防屈曲约束钢条(10)及竖向防屈曲约束钢条(11)，所述耗能钢板(4)在洞口或者窗洞口的边缘切断并形成切孔；
所述柱侧固定压板(6)的横截面形状为L形；
所述预制混凝土梁(1)与所述预制混凝土柱(2)之间的缝隙采用无机胶凝材料或者有机胶凝材料进行粘接。
2.如权利要求1所述的一种自复位混凝土框架结构钢板耗能填充墙的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：首先进行放线、定位，将预制混凝土柱(2)通过灌浆套筒连接或者竖向预应力筋安装于地基上；
步骤二：接着在预制混凝土柱(2)的右侧壁安装柱侧固定压板(6)，然后吊装砌体填充墙(3)至预制混凝土柱(2)的右侧，再将侧壁两块耗能钢板(4)放置于砌体填充墙(3)前后侧壁，并利用梁侧固定压板(5)及膨胀螺栓(9)对两块耗能钢板(4)的左竖向边缘进行固定；
步骤三：将梁侧固定压板(5)安装于预制混凝土梁(1)的底端，然后将它们一同吊装至砌体填充墙(3)的顶端，使得预制混凝土梁(1)及预制混凝土柱(2)内部预留的预应力筋孔道(7)前后对应后，接着再利用梁侧固定压板(5)及膨胀螺栓(9)对两块耗能钢板(4)的上水平边缘进行固定；
步骤四：将一根无粘结预应力筋(8)由左向右插入预应力筋孔道(7)内部，并且将无粘结预应力筋(8)的左端锚固在预制混凝土柱(2)的左侧壁上；
步骤五：在两块耗能钢板(4)的外侧壁沿层高方向上等间距安装若干根水平防屈曲约束钢条(10)，在两块所述耗能钢板(4)的外侧壁沿梁跨方向上均等间距安装若干根竖向防屈曲约束钢条(11)，然后在水平防屈曲约束钢条(10)与防屈曲约束钢条的相交处安装对拉螺栓(12)；
步骤六：最后对预应力筋孔道(7)及接缝处进行填充胶凝材料。
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