CN114790787B - 多摇摆界面自复位墙高层结构体系 - Google Patents

多摇摆界面自复位墙高层结构体系 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多摇摆界面自复位墙高层结构体系,属于土木工程领域。本发明包括重力柱(2)、开槽梁(3)、楼板(4)、自复位墙(5)以及滑槽节点(6)。重力柱(2)、开槽梁(3)和楼板(4)共同构成结构的竖向承重体系,全部楼面和屋面荷载均传递至开槽梁,继而传递至重力柱,最终传递至基础;自复位墙(5)及滑槽节点(6)共同构成结构的抗侧力体系,自复位墙不作为竖向承重构件,仅承担墙体自重。针对既有自复位墙结构,本发明提出的多摇摆机制,有效降低自复位墙高层结构高阶振型响应,实现了竖向承重与水平抗侧力体系的分离,通过多摇摆机制降低高层结构的高阶振型响应,实现良好的抗震韧性。

Description

多摇摆界面自复位墙高层结构体系
技术领域
本发明属于土木工程领域,具体涉及多摇摆界面自复位墙高层结构体系。
背景技术
近年来地震可恢复功能防震结构或抗震韧性结构已成为国内外地震工程领域研究热点。在既有可恢复功能防震结构研究中,自复位墙是其中较为典型的结构体系。自复位墙通常沿高度分段预制,通过无黏结后张拉预应力筋将分段预制墙片沿竖向拼接形成整体,墙片内分布钢筋在接缝处不连续。为增加结构耗能,墙体底部布置适量耗能装置。地震作用下,自复位墙的摇摆界面可自由张开和闭合,形成摇摆变形机制,而其余接缝则通过构造措施确保始终闭合。通过底部摇摆机制,地震作用下自复位墙底部受力显著减小,从而控制损伤。后张拉预应力筋提供变形后的恢复力,使墙体回到初始位置,减少残余变形,达到震后迅速恢复使用功能的目的。
然而,目前对于自复位墙的研究主要聚焦底部摇摆界面自复位墙,其原因是自复位墙在以往研究中主要针对低矮建筑。对于高层建筑,尤其是高层剪力墙结构,研究表明其高阶振型影响较为突出,因此,将既有自复位墙体系及其技术推广至高层建筑,解决高层建筑应用中面临的高阶振型效应,是制约自复位墙结构研究和工程应用的关键因素,亟需提出一种新型结构体系,来减轻自复位墙高层结构的高阶振型影响。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的问题,提出一种多摇摆界面自复位墙高层结构体系。
本发明技术方案如下:
一种多摇摆界面自复位墙高层结构体系,包括重力柱2、开槽梁3、楼板4、自复位墙5以及滑槽节点6:
其中,重力柱2、开槽梁3、楼板4共同构成结构的竖向承重体系,承受全部楼面和屋面竖向荷载;自复位墙5、滑槽节点6构成结构水平抗侧力体系,承受全部水平作用,自复位墙在竖向仅承担墙体自重;结构的竖向承重体系与水平抗侧力体系分离。
所述抗侧力体系采用多摇摆界面自复位墙。除底部摇摆界面外,在上部若干两相邻楼层间增设摇摆界面,形成底部摇摆界面与上部摇摆界面的多摇摆机制,减轻自复位墙高层结构高阶振型响应。
所述重力柱2与基础1之间不黏结,通过设置于重力柱内的重力柱预应力筋2-1连接,重力柱预应力筋不张拉。为防止柱脚处产生滑移,在基础1顶面预留一定深度的重力柱凹槽2-2。所述开槽梁3梁端开缝,梁底部的弯起钢筋3-2和上部的构造筋3-1伸入重力柱2内部,为保证可靠的连接,弯起钢筋3-2在重力柱2内保留足够的黏结长度。楼板4宜采用组合楼板,开槽梁3与楼板4通过抗剪栓钉4-1连接,抗剪栓钉4-1一端预埋在开槽梁内,另一端通过现浇或螺栓连接的方式锚固在楼板内。
所述自复位墙5采用多摇摆界面,即底部摇摆界面以上若干相邻两楼层之间增设有摇摆界面5-3,自复位墙预应力筋5-4在上部摇摆界面处贯通,界面上部自复位墙5-1与界面下部自复位墙5-2通过预应力筋连接。底部自复位墙5-6与基础1不黏结,通过墙内的自复位墙预应力筋5-4连接,为防止自复位墙在基础表面产生滑移,在基础顶面预留一定深度的自复位墙凹槽5-5。待自复位墙片全部吊装完成后,在自复位墙顶部张拉预应力筋并锚固。
所述滑槽节点6由第一预埋钢棒6-1、第二预埋钢棒6-4、预埋钢板6-2、内连接板6-3、外连接板6-6构成。第一预埋钢棒6-1设置在重力柱2内,为保证可靠的连接,端部可增设端头,预埋钢板6-2与预埋在重力柱中的第一预埋钢棒6-1和内连接板6-3焊接,三者共同构成重力柱上的滑槽部件;第二预埋钢棒6-4设置在自复位墙5内,并与外连接板6-6焊接,二者共同构成自复位墙上的滑槽部件。重力柱上的滑槽部件内连接板6-3、自复位墙上的滑槽部件外连接板6-6均设置有滑槽孔6-7,并通过高强螺栓6-3将两部分滑槽部件内连接板6-3、外连接板6-6连接。两部分滑槽部件只传递水平力,可实现竖向自由滑动。滑槽孔6-7宜采用长椭圆状开孔。内外连接板上的滑槽孔洞口不应过大,以保证可靠的水平传力;为保证竖向自由滑动,内外连接板接触面宜做抛光处理,并在接触面涂油。
特别地,自复位墙摇摆界面的数量和位置应根据建筑层数和总高度确定。一般来说,摇摆界面应设置在结构受水平力较大处。摇摆界面上下部墙体尺寸可保持一致,也可根据受力大小适当减小上部墙体尺寸。各片自复位墙应分别预制,并在相同位置处预埋预应力筋套管,以保证预应力筋在摇摆界面处贯通。
针对既有自复位墙结构,本发明提出多摇摆机制,以有效降低自复位墙高层结构的高阶振型响应。本发明实现了结构竖向承重与水平抗侧力体系分离,通过多摇摆机制降低自复位墙高层结构的高阶振型响应,实现良好的抗震韧性。具体的,本发明的有益效果是:
(1)本发明通过增设上部摇摆界面,有效降低自复位墙高层结构的高阶振型响应,扩大自复位墙结构的适用范围。
(2)本发明通过将竖向承重与水平抗侧力体系剥离,使结构传力路径清晰,大大简化设计流程。
(3)本发明是一种装配式结构,可大大减少现场施工的湿作业,保证施工质量,加快施工进度,节约施工时间。
附图说明
图1多摇摆界面自复位墙高层结构示意图;
图2重力柱示意图;
图3开槽梁示意图;
图4组合楼板示意图;
图5上部自复位墙示意图;
图6底部自复位墙示意图;
图7滑槽节点详图。
附图标记:
基础1、重力柱2、开槽梁3、楼板4、自复位墙5、滑槽节点6;
重力柱预应力筋2-1、重力柱凹槽2-2;
弯起钢筋3-2、构造筋3-1;
抗剪栓钉4-1;
界面上部自复位墙5-1、界面下部自复位墙5-2、摇摆界面5-3、自复位墙预应力筋5-4、自复位墙凹槽5-5、底部自复位墙5-6;
第一预埋钢棒6-1、第二预埋钢棒6-4、预埋钢板6-2、内连接板6-3、外连接板6-6、滑槽孔6-7;
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
如图1~图7所示:多摇摆界面自复位墙高层结构体系,包括重力柱2、开槽梁3、楼板4、自复位墙5和滑槽节点6;
其中,所述重力柱2、开槽梁3、楼板4共同构成结构竖向承重体系,承受楼面和屋面所受全部竖向荷载;
其中,所述自复位墙5、滑槽节点6构成结构的水平抗侧力体系,承受全部水平作用,自复位墙5在竖向仅承担墙体自重;
所述结构竖向承重与水平抗侧力体系分离。
进一步,所述抗侧力体系采用带多摇摆界面的自复位墙:除底部摇摆界面外,在上部若干相邻楼层间增设摇摆界面,形成底部摇摆界面与上部摇摆界面的多摇摆机制,减轻自复位墙高层结构的高阶振型响应。
上述技术方案,其中重力柱2、开槽梁3和楼板4共同构成结构的竖向承重体系,全部楼面和屋面荷载均传递至开槽梁3,继而传递至重力柱2,最终传递至基础1。自复位墙5及滑槽节点6共同构成结构的抗侧力体系,自复位墙5不作为竖向承重构件,仅承担墙体自重。
如图2所示,所述重力柱2与基础1之间不黏结,通过设置于重力柱内的重力柱预应力筋2-1连接,重力柱预应力筋不张拉。为防止柱脚处产生滑移,在基础1顶面预留一定深度的重力柱凹槽2-2。
如图3所示,所述开槽梁3梁端开缝,梁底部的弯起钢筋3-2和上部的构造筋3-1伸入重力柱2内部,为保证连接的可靠,弯起钢筋3-2在重力柱2内保留足够的黏结长度。
如图4所示,所述楼板4宜采用组合楼板,开槽梁3与楼板4通过抗剪栓钉4-1连接,抗剪栓钉4-1一端预埋在开槽梁3内,另一端通过现浇或螺栓连接的方式锚固在楼板4内。
在自复位墙5底部摇摆界面以上若干相邻两楼层间增设摇摆界面5-3。如图5所示,自复位墙预应力筋5-4在摇摆界面5-3处贯通,界面上部自复位墙5-1与界面下部自复位墙5-2通过自复位墙预应力筋5-4连接。
如图6所示,底部自复位墙5-6与基础1不黏结,通过自复位墙预应力筋5-4连接,为防止自复位墙在基础表面产生滑移,在基础顶面预留一定深度的自复位墙凹槽5-5。待自复位墙片全部吊装完成后,在自复位墙顶部张拉预应力筋并锚固。
如图7所示,所述滑槽节点6由第一预埋钢棒6-1、第二预埋钢棒6-4、预埋钢板6-2、内连接板6-3、外连接板6-6构成。第一预埋钢棒6-1设置在重力柱2内,为保证连接的可靠性,端部可增设端头,预埋钢板6-2与预埋在重力柱中的预埋钢棒6-1和内连接板6-3焊接,三者共同构成重力柱上的滑槽部件;第二预埋钢棒6-4设置在自复位墙5内,并与外连接板6-6焊接,二者共同构成自复位墙上的滑槽部件。重力柱上的滑槽部件内连接板6-3、自复位墙上的滑槽部件外连接板6-6均设置有滑槽孔6-7,并通过高强螺栓6-5将两部分滑槽部件连接,滑槽孔6-7宜采用长椭圆状开孔。两部分滑槽部件只传递水平力,可实现竖向自由滑动。内外连接板上的滑槽孔洞口不应过大,以保证水平传力的可靠性;为保证竖向自由滑动,内外连接板接触面宜做抛光处理,并在接触面涂油。
安装过程
首先,浇筑基础1,浇筑时,应在重力柱预应力筋2-1、自复位墙预应力筋5-4处预埋套管,以备后续安装,且在自复位墙和重力柱处预留一定深度的凹槽,凹槽的长度和宽度应稍大于自复位墙和重力柱的尺寸,凹槽的深度应满足抗滑移要求。
其次,加工钢构件,包括滑槽节点6和抗剪栓钉4-1。
再次,制作预制构件,包括重力柱2、开槽梁3和自复位墙5。重力柱2在预制时应预留节点现浇区,柱子纵筋应伸入节点现浇区并保留足够的锚固长度,柱子里应预埋预应力筋套管。开槽梁3在预制时应将梁底部钢筋做成弯起钢筋3-2的形式,弯起钢筋端部应伸入节点现浇区,并保留足够的锚固长度;开槽梁3上部的钢筋为构造筋3-1,应伸入节点现浇区,并保留足够的锚固长度,梁端开槽处施工应按照设计要求的尺寸,通过模板开槽或放置无黏结材料等方式实现。自复位墙5在预制时应预埋预应力筋套管,套管应伸入基础。自复位墙内所有纵筋都不伸入基础。自复位墙在预制时应预埋滑槽连接件。
最后,预制构件装配,放置重力柱2及自复位墙5内预应力筋,并在基础内锚固,吊装一层重力柱、开槽梁和自复位墙,绑扎一层梁柱节点区模板,吊装二层重力柱和自复位墙,浇筑一层梁柱节点区混凝土;在一、二层自复位墙接缝处(非摇摆界面)通过钢筋灌浆套筒连接,保证接缝始终保持闭合,并拧紧墙柱节点滑槽处螺栓,以此方法由下至上依次施工,注意上部若干摇摆界面处的上下部自复位墙仅通过预应力筋连接。至全部楼层重力框架和自复位墙施工完毕后,进行重力柱内预应力筋的锚固,及自复位墙内预应力筋的张拉和锚固。待重力框架与自复位墙节点区混凝土达到预定强度后,进行楼板的安装。主体结构施工完成后,可进行后续装饰装修施工。
本发明作用机理
本发明针对目前存在的自复位墙结构,将结构的竖向承重体系和水平抗侧力体系分开,楼板4的全部荷载传递到开槽梁3,开槽梁3上的重力荷载传递到重力柱2,并最终传递到基础1,多摇摆界面自复位墙5不承担竖向荷载,仅承担墙体自重。地震作用下,水平作用由多摇摆界面自复位墙5全部承担,重力框架在柱脚和梁柱节点处可自由摇摆。
本发明针对目前已有的自复位墙结构,提出多摇摆界面自复位墙高层结构体系,即除底部摇摆界面外,在结构上部增设若干摇摆界面,以减轻自复位墙高层结构的高阶振型响应。底部摇摆界面上方增设的多个上部摇摆界面,所述上部摇摆界面的位置和数量可根据结构总层数和总高度进行设计,一般应布置在结构受力较大处,且同一建筑中不同自复位墙的摇摆界面数量和位置应保持统一。
特别的,本发明所述的多摇摆机制不仅适用于自复位墙结构,对自复位混凝土框架结构、自复位钢框架结构同样适用。
上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述,并非是对本申请范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例,均属于本申请技术方案保护的范围。

Claims (4)

1.多摇摆界面自复位墙高层结构体系,其特征在于,包括重力柱(2)、开槽梁(3)、楼板(4)、自复位墙(5)以及滑槽节点(6);其中,重力柱(2)、开槽梁(3)、楼板(4)共同构成结构的竖向承重体系,承受全部楼面和屋面竖向荷载;自复位墙(5)、滑槽节点(6)构成结构的抗侧力体系,承受全部水平作用,自复位墙在竖向仅承担墙体自重;结构的竖向承重体系与水平抗侧力体系分离;
所述竖向承重体系:重力柱(2)与基础(1)之间不黏结,通过设置于重力柱内的重力柱预应力筋(2-1)连接,重力柱预应力筋不张拉,在基础(1)顶面预留重力柱凹槽(2-2);所述开槽梁(3)梁端开缝,梁底部的弯起钢筋(3-2)和上部的构造筋(3-1)伸入重力柱(2)内部,弯起钢筋(3-2)在重力柱(2)内保留足够黏结长度;所述楼板(4)采用组合楼板,开槽梁(3)与楼板(4)通过抗剪栓钉(4-1)连接,抗剪栓钉(4-1)一端预埋在开槽梁内,另一端通过现浇或螺栓连接的方式锚固在楼板内;
所述水平抗侧力体系:所述自复位墙(5)采用多摇摆界面,除底部摇摆界面外,上部若干相邻楼层间增设摇摆界面(5-3),自复位墙预应力筋(5-4)在上部摇摆界面(5-3)处贯通,界面上部自复位墙(5-1)与界面下部自复位墙(5-2)通过预应力筋连接;底部自复位墙(5-6)与基础(1)不黏结,通过墙内的自复位墙预应力筋(5-4)连接,在基础顶面预留自复位墙凹槽(5-5);待自复位墙片全部吊装完成后,在自复位墙顶部张拉预应力筋并锚固;所述滑槽节点(6)包括第一预埋钢棒(6-1)、第二预埋钢棒(6-4)、预埋钢板(6-2)、内连接板(6-3)、外连接板(6-6);第一预埋钢棒(6-1)设置在重力柱(2)内,预埋钢板(6-2)与预埋在重力柱中的第一预埋钢棒(6-1)和内连接板(6-3)焊接,三者共同构成重力柱上的滑槽部件;第二预埋钢棒(6-4)设置在自复位墙(5)内,并与外连接板(6-6)焊接,二者共同构成自复位墙上的滑槽部件;重力柱上的滑槽部件内连接板(6-3)、自复位墙上的滑槽部件外连接板(6-6)均设置有滑槽孔(6-7),通过高强螺栓(6-5)将内连接板(6-3)、外连接板(6-6)连接;两部分滑槽部件只传递水平力,实现竖向自由滑动。
2.如权利要求1所述的多摇摆界面自复位墙高层结构体系,其特征在于,所述抗侧力体系采用带多摇摆界面的自复位墙:除底部摇摆界面外,在上部若干两相邻楼层间增设摇摆界面,形成底部摇摆界面与上部摇摆界面的多摇摆机制。
3.如权利要求1所述的多摇摆界面自复位墙高层结构体系,其特征在于,所述滑槽孔(6-7)采用长椭圆状开孔;内外连接板上的滑槽孔洞口大小设置需保证水平传力的可靠性;内外连接板接触面做抛光处理,并于接触面上涂油。
4.如权利要求1所述的多摇摆界面自复位墙高层结构体系,其特征在于,自复位墙摇摆界面的数量和位置根据建筑层数和总高度确定;摇摆界面应设置在结构受水平力较大处;摇摆界面上下部墙体尺寸可保持一致,也可根据受力大小适当减小上部墙体尺寸;各片自复位墙应分别预制,并在相同位置处预埋预应力筋套管,以保证预应力筋在摇摆界面处贯通。
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