CN113123493B - 一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，包括框架、填充墙和至少一个结构单元，该结构单元包括两个T型钢，两个T型钢相互平行且连接于框架梁和填充墙之间，两个T型钢能够相对横向移动，两个T型钢分别与墙体和框架梁的翼缘进行螺栓连接，两个T型钢的腹板两侧各设有一个与其滑动摩擦的摩擦外板，且两个摩擦外板通过弹性复位组件与T型钢连接。本发明通过T型钢的腹板与摩擦外板间的摩擦滑动起到耗能作用，通过弹性复位组件实现自复位功能，通过两个T型钢的相互横向错动机制，可有效减少或避免填充墙产生损伤，实现了钢框架‑填充墙结构的耗能功能和可恢复功能，且能满足不同层次的抗震需求。

Description

一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式
技术领域
本发明属于土木工程领域，涉及一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式。
背景技术
框架-填充墙结构具有自重轻、空间分隔灵活、易于形成大空间等优点，被广泛应用于大型公共活动场所。在实际工程中，为了保证填充墙在其平面外的稳定性，填充墙和框架之间一般采用刚性连接方式，通常的做法是在填充墙和框架之间设置拉结筋，或者，在砌筑填充墙时采用斜砌顶紧框架的砌筑方式，以此来加强填充墙与框架之间的联系。然而，这种刚性连接方式不具有耗能能力且不便于拆卸，不仅增加了墙体发生破坏的风险，而且给震后的修复工作造成了困难。
针对以上问题，本发明提出了一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，不仅便于填充墙和摩擦耗能装置的拆卸和维修，而且可配合预制装配式填充墙使用，极大提高了施工质量并加快施工进度，此外，本发明实现了耗能功能和自复位功能，在保证结构具有良好抗震性能的同时，避免或减少填充墙产生损伤。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，用于解决现有技术中建筑物构件在震后产生严重变形而难于恢复的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，包括框架、填充墙和至少一个结构单元，该结构单元包括两个T型钢，两个T型钢相互平行且连接于框架梁和填充墙之间，两个T型钢能够相对横向移动，两个T型钢分别与墙体和框架梁的翼缘进行螺栓连接，两个T型钢的腹板两侧各设有一个与其滑动摩擦的摩擦外板，且两个摩擦外板通过弹性复位组件与T型钢连接
进一步的，所述T型钢的宽端面上对称设置有两排第一螺栓孔，所述框架梁的下翼缘对应位置设置两排第二螺栓孔，所述墙体对应位置设置有两排预埋螺纹套筒，通过螺栓连接所述的第一螺栓孔和第二螺栓孔，以及第一螺栓孔和预埋螺纹套筒，以使所述T型钢分别与框架梁和墙体连接。
进一步的，所述弹性复位组件包括高强螺栓和碟形垫片，所述高强螺栓将两个摩擦外板连接于T型钢的腹板上，所述碟形垫片由高强螺栓压紧在摩擦外板上。
进一步的，所述T型钢的腹板上间隔开设有多个横向滑槽，所述摩擦外板上对应设置有多个外板螺栓孔，所述弹性复位组件连接在所述外板螺栓孔和横向滑槽上。
进一步的，所述T型钢的腹板两侧设置有第一摩擦面，所述摩擦外板与T型钢腹板相对的一侧设置有第二摩擦面，所述第一摩擦面和第二摩擦面相互交错嵌合；所述第一摩擦面与第二摩擦面均具有摩擦坡面段和摩擦平面段，所述T型钢摩擦外板的摩擦系数值小于摩擦坡面段倾斜角度的正切值。
进一步的，多个所述结构单元在竖直方向上依次连接框架梁和填充墙，所述框架梁共用一个框架柱。
进一步的，多个所述结构单元在水平方向上依次连接框架梁和填充墙，且两个相邻的所述框架梁共用一个框架柱。
如上所述，本发明的一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，具有以下有益效果：
1)本发明避免或减少了填充墙产生损伤，降低了震后的维修成本。传统的框架-填充墙结构以填充墙作为第一道抗震防线，以填充墙破坏为代价消耗地震能量，这种耗能方式不仅不可持续，而且危及人身和财产安全。本发明通过摩擦耗能装置消耗地震能量，填充墙不参与结构的整体耗能，从而有效避免或减少填充墙受损。
2)本发明中所述的结构单元与框架梁和填充墙都进行螺栓连接，不仅便于拆卸和维修，而且可应用于装配式建筑，极大地提高了施工质量。无论是在填充墙和框架之间设置拉结筋，还是在砌筑填充墙时采用斜砌顶紧框架的砌筑方式，传统的刚性连接方式都要求填充墙在现场浇筑或砌筑，这对施工质量和施工进度都会产生不利影响，而且采用传统连接方式连接的填充墙与框架紧密结合，一旦填充墙产生裂缝或破坏，很难对其进行维修或更换。本发明中摩擦耗能装置与框架梁和填充墙都进行螺栓连接，可以有效解决上述问题。
3)本发明避免了填充墙对框架的约束作用所产生的不利影响。在传统的框架-填充墙结构中，填充墙与框架直接接触，填充墙对框架的约束作用明显，这种约束减少了框架柱的有效长度和框架梁的有效跨度，不仅使得框架柱和框架梁易发生剪切破坏，而且梁段不易形成塑性铰，对结构抗震不利。在本发明中，填充墙与框架梁仅通过摩擦耗能装置连接，填充墙与框架柱则完全没有接触，极大程度上削弱了填充墙对框架的约束。
4)本发明的耗能能力和自复位功能可控。本发明通过摩擦外板和T型钢的摩擦滑动消耗能量，并通过碟形垫片的回复力实现自复位功能，其中，摩擦外板和T型钢的摩擦力可以通过改变高强螺栓个数和预紧力，以及摩擦坡面的角度和摩擦系数来改变，自复位能力可以通过多个碟形垫片的串联和并联来调整。实现了结构的耗能能力和恢复能力可控。
5)本发明适合工业化生产和制造，且现场安装简单。本发明的所有构件都没有涉及较为复杂的加工工艺，便于批量生产，从而有效地降低了生产成本，具有良好的经济效益。所有构件通过螺栓连接和焊接组装，方便施工的同时也提高了施工质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式的立体结构图；
图2为本发明实施例提供的一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式的正视图；
图3为图2的A-A剖面图；
图4a和图4b为图2中框架梁和框架柱的立体结构图；
图5为图2中角钢的三维示意图；
图6为图2中填充墙的三维示意图；
图7a和图7b为图2中T型钢的立体结构图和俯视图；
图8a和图8b为图2中摩擦外板的立体结构图和俯视图；
图9为本发明向左位移时的工作示意图；
图10为本发明向右位移时的工作示意图；
图11为图9中结构单元的正视图；
图12为图10中结构单元的正视图；
图13为图11的B-B剖面图；
图14为图12的C-C剖面图。
附图标记说明
1-框架柱；11-柱端螺栓孔；2-框架梁；21-梁端螺栓孔；22-第二螺栓孔；3-梁柱连接角钢；31-角钢螺栓孔；
4-填充墙；41-墙体外突段；42-墙体内陷段；43-墙体预埋螺纹套筒；
5-T型钢；51-宽端面；511-第一螺栓孔；52-第一摩擦面；521-第一摩擦平面段；522-第一摩擦坡面段；53-横向滑槽；
6-摩擦外板；61-第二摩擦面；611-第二摩擦平面段；612-第二摩擦坡面段；62-外板螺栓孔；
7-弹性复位组件；71-高强螺栓；72-碟形垫片。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请结合图1至图8b所示，本发明提供一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，本实施例中，包括两个框架柱1、一个框架梁2、四个梁柱连接角钢3、填充墙4和五个结构单元，该结构单元包括两个T型钢5，两个T型钢5相互平行且连接于框架梁2和填充墙4之间，两个T型5钢能够相对横向移动，两个T型钢5分别与墙体4和框架梁2的翼缘进行螺栓连接，两个T型钢5的腹板两侧各设有一个与其滑动摩擦的摩擦外板6，且两个摩擦外板6通过弹性复位组件7与T型钢5连接。
具体的，通过T型钢5的腹板和摩擦外板6之间的摩擦滑动来吸收能量起到耗能的作用，并通过弹性复位组件7的弹性恢复力实现自复位功能。并且，由于依靠两个T型钢5的相互错动进行耗能，耗能过程中极大减少了填充墙4的变形，从而减少或避免填充墙产生损伤。
本实施例中，所述T型钢5的宽端面51上对称设置有两排第一螺栓孔511，所述框架梁2的下翼缘对应位置设置两排第二螺栓孔22，所述墙体4对应位置设置有两排预埋螺纹套筒43，通过螺栓连接所述的第一螺栓孔511和第二螺栓孔22，以及第一螺栓孔511和预埋螺纹套筒43，以使所述T型钢5分别与框架梁2和墙体4连接。
所述弹性复位组件7包括高强螺栓71和碟形垫片72，所述高强螺栓71将两个摩擦外板6连接于T型钢5的腹板上，所述碟形垫片72由高强螺栓71压紧在摩擦外板6上。所述碟形垫片72可为多个串联或并联，以增强碟形垫片72的弹性复位力。
其中，所述T型钢5的腹板上间隔开设有多个横向滑槽53，所述摩擦外板6上对应设置有多个外板螺栓孔62，所述弹性复位组件7连接在所述外板螺栓孔62和横向滑槽53上。本实施例中，每个T型钢5的腹板上各开设有3个横向滑槽53，相应地，摩擦外板6上设置有3组外板螺栓孔62，每组外板螺栓孔62包括2个外板螺栓孔，分别对应于上、下两个T型钢5上的横向滑槽53。此种结构，便于高强螺栓71能够在横向滑槽53中滑动，从而使摩擦外板6与T型钢5之间产生横向位移。
并且，所述T型钢5的腹板两侧设置有第一摩擦面52，所述摩擦外板6与T型钢5的腹板相对的一侧设置有第二摩擦面61，所述第一摩擦面52和第二摩擦面61相互交错嵌合；所述第一摩擦面52与第二摩擦面61均具有摩擦坡面段和摩擦平面段，所述T型钢5与摩擦外板6的摩擦系数值小于摩擦坡面段倾斜角度的正切值。
本实施例中，所述第一摩擦面52包括第一摩擦平面段521和第一摩擦坡面段522，所述第一摩擦坡面段522连接于两个第一摩擦平面段521之间，呈起伏状态；所述第二摩擦面61包括第二摩擦平面段611和第二摩擦坡面段612，所述第二摩擦坡面段612连接于两个第二摩擦平面段611之间，呈起伏状态。所述第一摩擦平面段521对应于第二摩擦平面段611，所述第一摩擦坡面段522对应于第二摩擦坡面段612，二者交错起伏嵌合。此种结构，保证摩擦外板6与T型钢5腹板之间的摩擦滑动，从而起到吸收耗能的作用。
本发明通过将摩擦耗能装置引入到框架与填充墙的连接之中，并实现了耗能功能和可恢复功能可控。具体的，摩擦外板6与T型钢5之间的摩擦力可以通过调节高强螺栓71的个数和预紧力，以及摩擦坡面段的角度和摩擦系数来改变，自复位能力可以通过多个碟形垫片72的串联和并联来调整，从而使得该结构可以满足不同层次的抗震需求。
另外，本发明在另一实施例中，可设置多个结构单元，多个所述结构单元在竖直方向上依次连接框架梁和填充墙，所述框架梁共用一个框架柱。
本发明在又一实施例中，可设置多个结构单元，多个所述结构单元在水平方向上依次连接框架梁和填充墙，且两个相邻的所述框架梁共用一个框架柱。
由于本发明中的所有构件均通过螺栓连接和焊接组装，便于工厂批量生产，具有良好的经济效益。
本发明的工作原理如图9至图14所示，本发明的整体钢框架受到横向荷载作用时会发生侧向变形，并引起框架柱1发生倾斜，进而导致框架梁2和填充墙4产生错动，并使得所述结构单元中的两个T型钢5产生水平错动，此过程中摩擦外板6和T型钢5的摩擦滑动起到耗能的作用。由于滑动摩擦面存在摩擦坡面段，使得T型钢5与摩擦外板6的间距增大，从而挤压套在高强螺栓71上的碟形垫片72，将部分地震能量以弹性变形能的形式储存在碟形垫片72中。当横向荷载消失或减弱时，碟形垫片72中的弹性变形能得到释放，弹性挤压力会克服T型钢5与摩擦外板6之间的滑动摩擦力，使结构重新回到初始位置，由此可见，该结构有效融合了摩擦耗能和自复位功能。
综上，在本发明实施例提供的一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，通过T型钢与摩擦外板之间的摩擦滑动起到耗能的作用，通过弹性复位组件的弹性恢复力实现自复位功能，通过T型钢的相互横向错动机制进行耗能，可以有效减少或避免填充墙产生损伤；通过所述结构单元连接填充墙和框架梁，不仅便于安装、拆卸和维修，而且削弱了框架对填充墙的约束所带来的不利影响，同时也保障了耗能能力和自复位能力。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，其特征在于：包括框架、填充墙和至少一个结构单元，该结构单元包括两个T型钢，两个T型钢相互平行且连接于框架梁和填充墙之间，两个T型钢能够相对横向移动，两个T型钢分别与墙体和框架梁的翼缘进行螺栓连接，两个T型钢的腹板两侧各设有一个与其滑动摩擦的摩擦外板，且两个摩擦外板通过弹性复位组件与T型钢连接。
2.根据权利要求1所述的一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，其特征在于：所述T型钢的宽端面上对称设置有两排第一螺栓孔，所述框架梁的下翼缘对应位置设置两排第二螺栓孔，所述墙体对应位置设置有两排预埋螺纹套筒，通过螺栓连接所述的第一螺栓孔和第二螺栓孔，以及第一螺栓孔和预埋螺纹套筒，以使所述T型钢分别与框架梁和墙体连接。
3.根据权利要求1所述的一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，其特征在于：所述弹性复位组件包括高强螺栓和碟形垫片，所述高强螺栓将两个摩擦外板连接于T型钢的腹板上，所述碟形垫片由高强螺栓压紧在摩擦外板上。
4.根据权利要求3所述的一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，其特征在于：所述T型钢的腹板上间隔开设有多个横向滑槽，所述摩擦外板上对应设置有多个外板螺栓孔，所述弹性复位组件连接在所述外板螺栓孔和横向滑槽上。
5.根据权利要求1所述的一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，其特征在于：所述T型钢的腹板两侧设置有第一摩擦面，所述摩擦外板与T型钢腹板相对的一侧设置有第二摩擦面，所述第一摩擦面和第二摩擦面相互交错嵌合；所述第一摩擦面与第二摩擦面均具有摩擦坡面段和摩擦平面段，所述T型钢摩擦外板的摩擦系数值小于摩擦坡面段倾斜角度的正切值。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，其特征在于：多个所述结构单元在竖直方向上依次连接框架梁和填充墙，所述框架梁共用一个框架柱。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种具备可恢复耗能功能的填充墙连接方式，其特征在于：多个所述结构单元在水平方向上依次连接框架梁和填充墙，且两个相邻的所述框架梁共用一个框架柱。
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