CN111648464B - 一种利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，其包括墙板和楼板，上、下层墙板和楼板之间通过角部盖板连接；所述墙板的角部和楼板的角部之间设有消能减震装置；所述消能减震装置通过连接件贯通上层墙板、楼板和下层墙板；所述墙板为夹芯保温板，所述夹芯保温板的内部受力框架包括钢筋混凝土柱和槽钢混凝土叠合梁；所述楼板为夹芯楼板。采用本发明的技术方案，角部连接的同层墙板传力可靠，节点安全；并通过消能减震装置实现减震和连接上下层墙板、楼板的作用，安全、经济、节能、减震，方便安装拆卸。

Description

一种利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋
技术领域
本发明属于建筑结构工程技术领域，尤其涉及一种利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋。
背景技术
目前，在工业和民用建筑领域，板构装配式房屋因为具有快速安装和拆卸的特点，具有广阔的发展前景。
现有技术对装配式房屋不断有研究成果推出。如专利CN 107989172 A中介绍到，角件连接轻体板构房屋中的角件是由开孔垫板、定位销及柱端开孔端板构成，通过角件将以钢构件焊接的框架作为钢骨架的轻体墙板拼装成板构房屋，即形成轻体板构房屋。由开孔垫板、定位销及柱端开孔端板可以构成3种不同的角件形式以满足所有方位轻体墙板的拼接，并根据3种角件连接形式的传力特点及荷载大小确定3种角件的具体尺寸。专利CN202370100U公开了一种集装箱改造房节点连接装置，包括连接上下方向集装箱的双头锥连接件，所述双头锥连接件通过集装箱角件处的孔洞将上下方向的集装箱连接，还包括在水平方向连接所述至少两个双头锥连接件的第一连接件。所述双头锥连接件通过连接集装箱角件处的孔洞，将上下方面的集装箱连接起来，然后所述多个双头锥连接件通过所述第一连接件连接起来，这样即将上下方向和水平方向的集装箱连接成一体。专利CN202627207U提供了一种用于集装箱单元模块多层或高层建筑的连接结构，集装箱单元模块八个角都设置有角件，而顶角件的顶面和底角件的底面均有主孔，连接结构包括：数个连接组件，每个连接组件包含分别固定连接在各单元模块角件对应的顶面和底面上的连接件和可拆卸紧固件，以在竖向上可拆装地连接相应的所述集装箱单元模块，且所述连接件留有允许可拆卸紧固件相对其进行水平移动的空隙；以及,角件定位器，该角件定位器设有至少一个定位块，各定位块能同时插入上下两相应的所述集装箱单元模块角件对应的主孔中，限制上下两相应的所述集装箱水平移动。专利CN103334510B中提供了一种集装箱房消能减震系统，包括多个集装箱及双头锥，多个集装箱在竖直方向层叠设置，角件开设有连接孔，双头锥的两端分别穿设于相邻两个集装箱的角件的连接孔中，双头锥与角件之间设有间隙，上下相邻的两个集装箱在水平方向发生相对摩擦滑动，并在移动至极限位置时分别碰撞抵持于双头锥并防止上下相邻的两个集装箱相互脱离。
对于上述几种已有的类似技术，主要存在以下的问题：
(1)装配式房屋采用板构体系，所有板通过角件连接，形成装配式房屋，角件连接刚度较大，在地震作用下，结构延性差耗能能力弱，板面层易开裂。角件连接采用全螺栓等连接，在地震作用下螺栓易松动，造成结构隐患。
(2)大多装配式角件连接采用钢构件，存在明显的冷热桥效应；且由于拼装，各个板构之间存留缝隙，导致装配式房屋节点保温性能较差，不利于环保节能。
(3)大多数集装箱模块建筑消能减震措施效果不显著，仍存在双角锥和角件之间硬碰硬的现象，地震作用下位移达到一定程度仍存在突然的撞击后果。在地震作用下，传统钢结构的阻尼比较小，依靠结构自身阻尼储存和耗散地震能量有限，结构主体易产生较大的位移和塑性破坏，甚至倒塌；为避免以上情况发生，大多钢结构会进行耗能减震设计。结构耗能减震技术中主要的耗能装置有下面几种：摩擦耗能器、钢弹塑性耗能器、铅耗能器、粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器。但是这些耗能装置不仅构造复杂，而且对于装配式房屋结构不经济。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，利用角部进行传力和耗能减震，节点安全，环保、节能、经济、减震。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，其包括墙板和楼板，上、下层墙板和楼板之间通过角部盖板连接；所述墙板的角部和楼板的角部之间设有消能减震装置；所述消能减震装置通过连接件贯通上层墙板、楼板和下层墙板；
所述墙板为夹芯保温板，所述夹芯保温板的内部受力框架包括钢筋混凝土柱和槽钢混凝土叠合梁；所述楼板为夹芯楼板。
其中，夹芯保温板和夹芯楼板在工厂内预制生产，在施工现场进行装配。
采用此技术方案，消能减震装置通过连接件贯通上层墙板、楼板和下层墙板，保证连接可靠，并通过墙板端部与楼板端部之间的滑动能实现消减地震作用，具有操作简单、环保节能、安全经济、消能减震效果显著等优点。该板构装配式房屋通过角部盖板连接，传力简单，具有减震效果。
进一步的，同层墙板通过盖板和高强螺栓连接。
进一步的，所述角部盖板包括一字型盖板和T字型盖板。当两块墙板边柱对齐时，形成一字型节点，通过一字型盖板连接；当三块墙板的端部对齐时，形成T字型节点，通过T字型盖板连接。
作为本发明的进一步改进，所述消能减震装置包括金属盒，所述金属盒的中部设有内部钢制套管，所述金属盒内填充粘合橡胶。进一步的，所述金属盒设有盖板。
作为本发明的进一步改进，所述连接件为螺杆，所述螺杆的两端分别与顶部角部盖板、底部角部盖板通过螺母固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述消能减震装置设于上下墙板槽钢混凝土叠合梁角部的槽钢内。
作为本发明的进一步改进，所述消能减震装置在楼层中的位置是X向和Y向隔层设置。在地震作用下或其他侧向荷载作用下，楼层之间可以发生位移，保证同层墙板的位移同步。
作为本发明的进一步改进，所述夹芯保温板为玻纤增强混凝土轻体夹芯保温板，所述夹芯保温板的墙板内部填充高密度竖丝岩棉；所述夹芯保温板的混凝土所采用的浆料的骨料粒径不大于1.5mm，所述夹芯保温板的两侧面板内设有多层玻璃纤维网格布。进一步的，为四层。
作为本发明的进一步改进，所述钢筋混凝土柱包括边柱和中柱，边柱的宽度大于中柱的宽度。
作为本发明的进一步改进，所述钢筋混凝土柱的纵筋与箍筋形成竖向钢筋笼，钢筋混凝土柱的柱端的钢筋端部伸出斜向拉结筋，与槽钢混凝土叠合梁中的槽钢焊接在一起，钢筋混凝土柱的柱端预埋钢板和锚固件，起到加强节点的作用；柱端混凝土内预埋带螺纹的螺杆，穿过预埋钢板和预埋钢板表面的混凝土层。
作为本发明的进一步改进，所述墙板的两侧设有墙轨，所述连接件贯穿上、下层墙板墙轨的内部套管。
作为本发明的进一步改进，所述墙板的四角为凹角，可以不影响上部楼板和上层墙板的安装。
进一步的，所述墙板槽钢端部设有用于设置螺母的沉孔。
进一步的，同时盖板的尺寸略小于凹角的尺寸，在墙体安装完毕后，可设置板材对墙面进行补齐，内部填充保温隔热材料。
作为本发明的进一步改进，所述楼板的四周为钢筋混凝土边梁，中间填充竖丝岩棉，所述楼板的上下表面为铺设钢丝网的混凝土面板，所述混凝土面板内铺设有耐碱玻璃纤维网格布。进一步的，楼板形状为矩形。混凝土面板所材料的骨料为精细骨料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的技术方案公开的一种角部(盖板连接和消能减震装置构成)进行传力和耗能减震的板构装配式房屋，可以根据2种盖板连接同层墙板，从而保证由角部连接的同层墙板传力可靠，节点安全；并通过消能减震装置实现减震和连接上下层墙板、楼板的作用；同时针对装配式房屋的特点对墙面板和内部夹芯材料做出相应设计，保证墙面板抗拉强度和节能保温的需求，可用于6层及6层以下抗震设防烈度为9度及9度以下的工业与民用建筑结构工程。
(1)安全性：
利用角部滑移耗能的装置具有很大的耗能能力，在地震中能率先进入耗能工作状态，大量消耗地震能量及衰减结构的地震反应，保护主体结构和构件免遭损坏，从而确保结构在地震中的安全性，同时也避免了层间位移小于2.5％。克服了传统结构“硬碰硬”式的抗震设计方法，具有概念简单、安全可靠、经济合理、减震机理明确和减震效果显著等优点、
(2)经济性
角部滑移耗能的装置构造简单，避免了结构为增加抗震能力而增大构件截面尺寸的弊端，耗能能力显著，降低房屋整体造价。
(3)技术合理
该角部滑移耗能减震装置，在起到耗能减震的作用时，还起到了连接的作用，橡胶的弹性极强，耗散80％的地震能，在地震结束后，迅速恢复原位，保证结构的安全和稳定，技术可行。
(4)环保节能
采用装配式玻璃纤维保温夹芯板充分考虑到节能保温的需求，减轻墙板自重，减少混凝土与钢材的用量，实现环保节能的目标，并能实现可重复拆装、异地重建。
附图说明
图1是本发明一种实施例的墙板内部结构示意图。
图2是图1中1-1向的剖视图。
图3是图1中2-2向的剖视图。
图4是本发明一种实施例的墙板的槽钢截面形状示意图。
图5是本发明一种实施例的墙板角部的结构示意图。
图6是本发明一种实施例的一字型角部的结构示意图。
图7是本发明一种实施例的T字型角部的结构示意图。
图8是本发明一种实施例的一字型盖板与一字型角部的连接结构示意图。
图9是本发明一种实施例的T字型盖板与T字型角部的连接结构示意图。
图10是本发明一种实施例的楼板的内部结构示意图。
图11是本发明一种实施例的消能减震装置的结构示意图。
图12是本发明一种实施例的安装消能减震装置的墙轨的俯视图。
图13是图12中A-A向的剖面图。
图14是图12中B-B向的剖面图。
图15是本发明一种实施例的安装消能减震装置的墙轨底部示意图。
图16是本发明一种实施例的消能减震装置的安装结构示意图。
图17是本发明一种实施例的消能减震装置的工作原理图。
图18是本发明一种实施例的消能减震装置的橡胶块在压力状态下的受限程度示意图。
图19是本发明一种实施例的消能减震装置在楼层中的设置位置示意图。
图20是本发明一种实施例的楼层位移图。
附图标记包括：
1-墙板，2-楼板，3-盖板，4-消能减震装置，5-螺杆，6-墙轨，7-螺母，8-上层墙板，9-下层墙板，10-沉孔；
11-钢筋混凝土柱，12-槽钢混凝土叠合梁，111-中柱，112-边柱，13-钢筋笼，14-槽钢，15-网格布，16-岩棉，17-钢板，18-锚固件，19-混凝土面板；
21-钢筋混凝土边梁，22-竖丝岩棉；
31-一字型盖板，32-T字型盖板，33-顶部盖板，34-底部盖板；
41-铁盒，42-内部套管，43-粘合橡胶，44-限制盖板。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1～图16所示，一种利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，其包括墙板1和楼板2，上、下层墙板9和楼板2之间通过位于角部的盖板3连接；所述墙板1的角部和楼板2的角部之间设有消能减震装置4；所述消能减震装置4通过长螺杆5贯通上层墙板8、楼板2和下层墙板9；通过角部进行耗能减震。所述墙板1为夹芯保温板，所述夹芯保温板的内部受力框架包括钢筋混凝土柱11和槽钢混凝土叠合梁12；所述楼板2为夹芯楼板2。
如图1～图3所示，所述夹芯保温板为玻纤增强混凝土轻体夹芯保温板，所述夹芯保温板的墙板1内部填充高密度竖丝竖丝岩棉22，起到保温隔热作用，同时减轻一部分墙体自重；所述夹芯保温板的混凝土为复合精细混凝土浆料，骨料粒径不大于1.5mm，两侧面板内铺设四层耐碱玻璃纤维网格布15，提高墙板1抗拉强度，防止地震作用下墙面板裂缝宽度较大，影响使用功能。玻纤增强混凝土轻体保温夹芯板在工厂内预制生产，在施工现场进行装配。墙板1内部受力框架为钢筋混凝土柱11、槽钢混凝土叠合梁12，边柱112受力大于中柱111，所以设计边柱112宽度大于中柱111宽度。
如图4和图5所示，槽钢混凝土叠合梁12中的槽钢14可以充当混凝土的模板，也是消能减震装置4中的墙体轨道。其中槽钢14在计算时仅作为模板，不考虑其组合效应。其中，槽钢14截面形状如图4所示，槽钢14设置内向弯钩，不仅方便消能减震装置4在固定水平线内滑动，也起到锚固混凝土的作用。
玻纤增强混凝土轻体夹芯保温板通过柱角部进行连接。如图1～如图5所示，墙板1四角为凹角，混凝土柱内纵筋与箍筋形成竖向钢筋笼13，柱端钢筋端部伸出斜向拉结筋与槽钢混凝土叠合梁12中的槽钢14焊接在一起，柱端预埋钢板17和锚固件18，起到加强节点的作用；柱端混凝土内预埋带螺纹的螺杆5，穿过预埋钢板17和预埋钢板17表面的混凝土面板19。预埋钢板17表面的混凝土面板19在一定程度上减少冷热桥的出现，起到防止预埋钢板17表面腐蚀等作用。
同层墙板1通过盖板3和高强螺栓连接。如图6和图7所示，当两块墙板1边柱112对齐时，形成一字型节点(共8个螺栓)，当三块墙板1的端部对齐时，形成T字型节点(共12个螺栓)；为此设计一字型盖板31和T字型盖板32，盖板3上设螺栓孔与墙板1上预埋螺栓相匹配。如图8和图9所示，通过一字型、T字型盖板32将同层墙板1进行固定，并通过预埋的高强螺杆5拧紧螺母7施加相应扭矩，将同层墙板1进行连接。墙板1设置凹角，可以不影响上部楼板2和上层墙板8的安装；同时盖板3的尺寸略小于凹角的尺寸，在墙体安装完毕后，可设置如图7所示的板材对墙面进行补齐，内部填充保温隔热材料。
如图10所示，夹芯楼板2同夹芯墙板1构造相似，四周为钢筋混凝土边梁21，中间填充竖丝竖丝岩棉22，上下为铺设钢丝网的混凝土面板，面板内铺设耐碱玻璃纤维网格布15，骨料为精细骨料，楼板2形状为矩形，尺寸与下层墙板9装配形成的房间外围尺寸保持一致。由于楼板2作为受弯构件，面板内的钢丝网可承担下部面板受拉和上部面板抗压的作用，网格布15承担受拉作用，同时钢丝网直径较细，与混凝土面层粘结较好，受力均匀，楼板2裂缝减小。边梁角部位置布置连接孔，便于上下层墙板9和楼板2连接。
为使上下层墙板9和楼板2进行连接，并能实现消能减震，设计了一种通过墙板1与楼板2摩擦形成的消能减震装置4。该消能减震装置4通过螺杆5贯通上层墙板8、楼板2和下层墙板9，保证连接可靠，并通过墙板1端部与楼板2端部之间的滑动消减地震作用，具有操作简单、环保节能、安全经济、消能减震效果显著等优点。所述螺杆5的两端分别与顶部盖板33、底部盖板34通过螺母7固定连接。
具体而言，消能减震装置4在墙板1角部和楼板2角部进行设置。如图11所示，所述消能减震装置4包括铁盒41，所述铁盒41的中部设有内部套管42，所述铁盒41内填充粘合橡胶43。进一步的，所述铁盒41设有限制盖板44。所述消能减震装置4设置在在墙板1上下梁角部槽钢14内，如图12～图15所示。安装时，内部套管42与螺杆5之间留有空隙。进一步的，空隙为1mm。
消能减震阻尼器工作机理如图17所示。如式(1)所示，该阻尼器系统力Ft由弹簧力和摩擦力组成，主要通过在屈服点以外实现动力摩擦耗能，而不是通过结构失效耗散能量。其中该阻尼器在收到压力的变形状态如图18所示，由于顶部盖板33和铁盒41的限制，使得粘合橡胶43块在受压力作用下能完全发挥出耗能能力，两侧粘合橡胶43对称布置，保证在任意方向上的荷载作用下，均能发挥该阻尼器耗能的效果。
Ft＝Fs+Ff (1)
所述消能减震装置4在楼层中布置位置是X向和Y向隔层布置，布置方式如图19所示。图中，箭头代表每一楼层的滑动方向，圈圈代表没有安装消能减震装置，X代表X方向安装消能减震装置，Y代表Y方向安装消能减震装置。在地震作用下或其他侧向荷载作用下，楼层的位移如图20所示。
如图16所示，本实施例的安装方式如下：通过盖板3连接安装完下层墙板9后吊装楼板2，将楼板2平放在下层墙板9的上部，把梁端均带有螺纹的长螺杆5伸入楼板2，贯穿进下层墙板9对应墙轨6的内部套管42内。由于需要在墙板1槽钢14下部拧螺栓，所以在墙板1槽钢14连接孔位置开一个便于操作的洞即沉孔10，该开洞不贯通墙板1，仅单面开洞，保证墙板1的保温节能。拧紧螺母7后，再安装上层墙板8；把长螺杆5作为定位杆，使长螺杆5贯穿上层墙板8墙轨6的内部套管42，拧紧螺母7，完成安装。在不需要安装消能减震装置4的方向，同样是下层墙板9、楼板2、上层墙板8通过长螺杆5进行连接，螺杆5定位后，对螺母7施加扭矩即可。
本实施例的板构装配式房屋通过角部盖板3连接，传力简单，保证同层墙板1的位移同步。消能减震装置4中长螺杆5保证了上层墙板8、楼板2、下层墙板9在竖直方向的同步，固定Z轴方向的位移。同时该消能减震装置4利用橡胶可压缩回弹的特点，在地震作用下，墙板1的墙轨6与楼板2可实现滑动耗能，消减地震能量，减少向结构上层传播地震能，实现以下三个效果：①X和Y方向侧移小于2.5％；②大震后能恢复到原位；③通过摩擦耗散80％的地震能。由于长螺杆5的作用，又保证了结构层间位移限值。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，其特征在于：其包括墙板和楼板，上、下层墙板和楼板之间通过角部盖板连接；所述墙板的角部和楼板的角部之间设有消能减震装置；所述消能减震装置通过连接件贯通上层墙板、楼板和下层墙板；所述墙板为夹芯保温板，所述夹芯保温板的内部受力框架包括钢筋混凝土柱和槽钢混凝土叠合梁；所述楼板为夹芯楼板；
所述消能减震装置包括金属盒，所述金属盒的中部设有内部钢制套管，所述金属盒设有盖板，所述金属盒内填充粘合橡胶。
2.根据权利要求1所述的利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，其特征在于：所述连接件为螺杆，所述螺杆的两端分别与顶部角部盖板、底部角部盖板通过螺母固定连接。
3.根据权利要求2所述的利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，其特征在于：所述消能减震装置设于上下墙板槽钢混凝土叠合梁角部的槽钢内。
4.根据权利要求1所述的利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，其特征在于：所述消能减震装置在楼层中的位置是X向和Y向隔层设置。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，其特征在于：所述夹芯保温板为玻纤增强混凝土轻体夹芯保温板，所述夹芯保温板的墙板内部填充竖丝岩棉；所述夹芯保温板的混凝土所采用的浆料的骨料粒径不大于1.5mm，所述夹芯保温板的两侧面板内设有多层玻璃纤维网格布。
6.根据权利要求5所述的利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，其特征在于：所述钢筋混凝土柱包括边柱和中柱，边柱的宽度大于中柱的宽度；
所述钢筋混凝土柱的纵筋与箍筋形成竖向钢筋笼，钢筋混凝土柱的柱端的钢筋端部伸出斜向拉结筋，与槽钢混凝土叠合梁中的槽钢焊接在一起，所述钢筋混凝土柱的柱端预埋钢板和锚固件，所述钢筋混凝土柱的柱端混凝土内预埋带螺纹的螺杆，所述螺杆穿过预埋钢板和预埋钢板表面的混凝土层。
7.根据权利要求6所述的利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，其特征在于：所述墙板的两侧设有墙轨，所述连接件贯穿上、下层墙板墙轨的内部套管。
8.根据权利要求7所述的利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，其特征在于：所述墙板的四角为凹角；所述墙板槽钢端部设有用于设置螺母的沉孔；所述角部盖板包括一字型盖板和T字型盖板。
9.根据权利要求5所述的利用角部连接传力和耗能的板构装配式房屋，其特征在于：所述楼板的四周为钢筋混凝土边梁，中间填充竖丝岩棉，所述楼板的上下表面为铺设钢丝网的混凝土面板，所述混凝土面板内铺设有耐碱玻璃纤维网格布。
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