CN115324220A - 一种易于更换的耗能墙脚 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑工程技术领域，具体公开了一种易于更换的耗能墙脚。包括安装在墙体与地面之间用于集中耗散地震能量的第一耗能单元；所述第一耗能单元的底端与地面连接，顶端与用于隔绝地震能量对墙体破坏的第二耗能单元连接；所述第二耗能单元与第一耗能单元构成可拆卸式连接。该墙脚不仅可以在墙体震后易于拆卸更换，而且结构简单，易于推广。

Description

一种易于更换的耗能墙脚

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种易于更换的耗能墙脚。

背景技术

现如今，建筑的抗震思想已经向可修复转变，即地震后不需修复或在部分使用状态下稍许修复即可恢复结构的使用功能，全寿命成本效益更高。

针对框架-剪力墙结构体系，剪力墙是抗震第一道防线，在强震作用下，剪力墙的底部往往会因为应力集中容易出现破坏，严重影响结构性能，对于受损的剪力墙构件，无论是拆除和更换都会耗费巨大的人力物力，不符合社会可持续发展需求。通过在剪力墙底部布置可更换耗能构件可以实现震后功能可恢复功能。

对于布置在剪力墙底部的可更换耗能墙脚，震后拆卸更换工作的可行性是实现功能可修复的关键所在。已有墙脚构件更换方式大多是采用墙脚整体拆除更换，尤其对于混凝土剪力墙和型钢混凝土剪力墙，墙脚与墙体连接处的混凝土往往会因为应力集中出现混凝土被压溃等现象，对于破损的混凝土连接区域难以修复，且震后结构的残余变形导致墙脚与墙体连接件出现偏差和变形，为震后更换增加困难。因此，亟待解决。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种易于更换的耗能墙脚，该墙脚不仅可以在墙体震后易于拆卸更换，而且结构简单，易于推广。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种易于更换的耗能墙脚，其特征在于；包括安装在墙体与地面之间用于集中耗散地震能量的第一耗能单元；所述第一耗能单元的底端与地面连接，顶端与用于减少地震能量对墙体破坏的第二耗能单元连接；所述第二耗能单元与第一耗能单元构成可拆卸式连接。

优选的，所述第二耗能单元包括承托板；所述承托板水平安装在墙体的端柱底部，上板面与墙体的端柱底部连接；所述第一耗能单元包括与承托板平行布置的上顶板；所述上顶板与承托板之间设置有低屈服度的第二耗能弹簧；所述第二耗能弹簧的轴向沿竖直方向布置，且第二耗能弹簧的顶端与承托板的下板面连接，底端与上顶板的上板面连接；

所述第一耗能单元还包括与上顶板平行布置的下底板，下底板水平固定在地面上；所述上顶板和下底板之间设有第一耗能弹簧；所述第一耗能弹簧顶端与上顶板的下板面连接，底端与下底板上板面连接，且第一耗能弹簧的刚度小于第二耗能弹簧。

优选的，所述第一耗能单元还包括中部耗能夹板和竖直摩擦板；

所述中部耗能夹板由两块大小相同，且平行布置的竖直钢板构成，竖直钢板底端与下底板的上板面垂直连接，且竖直钢板板面的中心处设有一个长条形孔；所述长条形孔的长度方向沿中部耗能夹板竖直方向布置，且长条形孔的两侧均设置有摩擦螺栓孔；

所述竖直摩擦板的顶端与上顶板的下板面垂直连接，且竖直摩擦板的厚度与中部耗能夹板的两块竖直钢板之间的间隙相同，竖直摩擦板与中部耗能夹板构成插接配合；竖直摩擦板的板面中心处设有滑块连接孔，所述滑块连接孔与长条形孔的位置对应，且滑块连接孔两侧设有与摩擦螺栓孔位置对应的滑动长条孔，将竖直摩擦板插入中部耗能夹板中，并在摩擦螺栓孔装入螺栓，即可将竖直摩擦板与中部耗能夹板连接到一起。

优选的，所述第一耗能弹簧至少有两个，且分别布置在中部耗能夹板板面的两侧，所述长条形孔中设有滑块，且滑块与滑块连接孔构成可拆卸式连接；所述第一耗能弹簧中部设有与之连接的弹簧扣合件；所述弹簧扣合件与滑块连接。

优选的，所述承托板的下板面与竖直板垂直连接，且竖直板有两块，并分别位于承托板下板面的两端；所述上顶板上板面的两端均设有与之垂直连接的上竖板，且上竖板的外板面与竖直板的内板面贴合。

优选的，所述两块竖直板的相对面上均设有凹槽；所述上竖板的外板面上设有凸起；所述凸起与凹槽构成榫槽配合，所述凹槽的长度方向与承托板平行，且凹槽沿竖直方向的槽宽大于凸起沿竖直方向的宽度。

优选的，还包括布置在竖直摩擦板两侧的下竖直板；所述下竖直板与上顶板的下板面垂直连接；所述下底板的上板面上设有上连接竖板，上连接竖板与下底板的上板面垂直连接，且与下竖直板对称布置；

所述上顶板与下底板之间设置有蝶形耗能钢板，蝶形耗能钢板的顶端与上顶板的下板面垂直连接，且蝶形耗能钢板顶端的内侧面与下竖直板外侧面通过螺栓连接；蝶形耗能钢板的底端与下底板的上板面垂直连接，且蝶形耗能钢板底端的内侧面与上连接竖板的外侧面通过螺栓连接。

优选的，所述蝶形耗能钢板的板面上等间隔开设有菱形孔。

优选的，所述承托板的顶端设有十字型加劲肋；所述十字型加劲肋与剪力墙端柱的底部连接。

优选的，所述下底板上设有螺栓孔；所述螺栓孔与地面上的安装孔对应，将螺栓孔与安装孔对齐后装入螺栓，下底板与地面构成可拆卸式连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过在墙体与地面之间安装了用于集中耗散地震能量的第一耗能单元；第一耗能单元的底端与地面连接，顶端与用于隔绝地震能量对墙体破坏的第二耗能单元连接，且第二耗能单元与第一耗能单元构成可拆卸式连接。通过这样的设置，不仅不影响墙体底部的墙脚支撑，而且当墙体的底部受到地震能量的破坏时，能够将地震能量的破坏集中在第一耗能单元，有益于实现保护墙体的主体结构免遭破坏的目标。此外由于第二耗能单元与第一耗能单元构成可拆卸式连接，震后维护人员只需更换第一耗能单元的部分构件即可完成墙体的震后修复工作，即在小震和中震情况下，震后修复只需要更换两侧耗能钢板和前后插销式第一耗能弹簧，在大震情况下，震后修复通过对整个第一耗能单元进行更换，简单高效。

(2)本发明通过在上顶板与承托板之间设置有第二耗能弹簧，在上顶板与承托板之间形成有效连接支撑的同时，对第一耗能单元与第二耗能单元之间的地震能量传递形成弹性耗散，避免了地震能量直接由第一耗能单元的上顶板传递墙体，对墙体造成破坏。另外，在上顶板和下底板之间设置第一耗能弹簧，且第一耗能弹簧的刚度小于第二耗能弹簧。这使得地震发生时，地震能量会造成较低刚度的第一耗能弹簧首先变形吸收能量，当荷载增大到一定程度，第二耗能弹簧才开始发生变形，形成及时接力耗能，从而分阶段分散地震能量。这不仅起到保护第二耗能单元的效果，而且可以依据地震能量及时调整。

(3)本发明通过将中部耗能夹板和竖直摩擦板设置成插接配合，并通过在两者的板面上设置位置相互对应的高强螺栓孔和滑动长条孔，将竖直摩擦板插入中部耗能夹板中，并在高强螺栓孔装入螺栓，即可将竖直摩擦板与中部耗能夹板连接到一起。当受到地震能量中部耗能夹板和竖直摩擦板之间产生相对位移，并在位移的过程中产生摩擦耗能。

另外，竖直摩擦板钢板与中部耗能夹板进行相互滑动时，由于摩擦螺栓孔和滑动长条孔发生相互位移的距离是有限的。当两者结构位移增大到一定程度，滑块抵住长条孔端部，竖直摩擦板钢板与中部耗能夹板之间则不再滑动，第一耗能单元的第一耗能弹簧也不再变形，转而第二耗能单元进入工作，接力吸收能量。通过这样的设置，使得第一耗能单元在小震和中震情况下承担主要的耗能作用，在大震情况下，第一耗能单元和第二耗能单元同时工作，可以实现多级耗能，提升了墙脚的耗能效果，进而提升了墙脚对墙体的保护效果。

(4)本发明通过将第一耗能弹簧设置至少有两个，并分别布置在中部耗能夹板的板面两侧，同时在长条形孔中设有滑块，且滑块与滑块连接孔构成可拆卸式连接；第一耗能弹簧中部设有与之连接的弹簧扣合件；弹簧扣合件与滑块连接。通过这样的设置，使得中部耗能夹板和竖直摩擦板之间产生相对位移时能够带动第一耗能弹簧挤压形变，进而对地震能量进一步耗散，加强了第一耗能单元对地震能量的耗能效果，进一步提升了墙脚对墙体的保护效果。

(5)本发明通过在两块竖直板的相对面上均设有凹槽；上竖板的外板面上设有凸起；凸起与凹槽构成榫槽配合，凹槽的长度方向与承托板平行，且凹槽沿竖直方向的槽宽大于凸起沿竖直方向的宽度。通过这样的设置，不仅解决了第二耗能弹簧的在上顶板与承托板之间形成支撑时由于弹簧的弹性形变，使得弹簧向左右两侧侧倾的现象，而且在上竖板和竖直板在受到地震能量的影响时，能够相互摩擦耗能，从而能以较小尺寸实现更高耗能效率和更稳定的耗能效果，又不会使结构损失较多的初始刚度。

(6)本发明通过在第一耗能单元的中部耗能夹板的两侧设置蝶形耗能钢板，从而墙体底部构成H型截面支撑，增加了第一耗能单元非震状态下时对墙体支撑的稳定性，并提高了剪力墙墙体的初始刚度。

(7)本发明通过在蝶形耗能钢板的板面上等间隔开设有菱形孔。通过这样的设置，当墙体处于地震状态，蝶形耗能钢板能够优先变形耗能，将传递至第二耗能单元地震能量缩减到最小，提升对墙体的保护效果。另外，由于蝶形耗能钢板安装在中部耗能夹板的两侧，通过自身的支撑力，能够在震中对中部耗能夹板和竖直摩擦板形成初期的保护，使得第一耗能弹簧能够长时间震动，从而将地震能量通过竖直摩擦板与中部耗能夹板摩擦滑动的过程中持续分散，提升了耗能效果。由于蝶形耗能钢板与下竖直板和上连接竖板均通过螺栓连接，一旦损坏也易于更换，增加了震后维护的便捷性。

(8)本发明通过设置可更换的墙脚构件，兼顾了震后更换的可行性与震中的耗能效果，将震动能量破坏集中在第一耗能单元处，在地震能量破坏不大的情况下，只需更换第一耗能弹簧和部分耗能钢板，使得震后可更换操作更易实现，也更有经济性。另外，通过这样的设置，第一耗能单元能够依靠滑动摩擦耗能、弹簧变形以及金属形变，同时实现三种耗能方式。这种兼顾二者的优点取长补短，使得第一耗能单元的对地震能量的耗能效率更高，从而提升了对墙体的保护效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明第二耗能单元的结构示意图。

图3为本发明第一耗能单元的结构示意图。

图4为本发明竖直摩擦板和中部耗能夹板连接示意图。

图5为本发明竖直摩擦板的结构示意图。

图6为本发明中部耗能夹板的结构示意图。

图7为本发明第一耗能弹簧的结构示意图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：

10-墙体 20-第二耗能单元 21-十字型加劲肋 22-承托板

23-竖直板 231-凹槽 24-第二耗能弹簧

30-第一耗能单元 31-上顶板 32-上竖板 321-凸起

33-下竖直板 34-上连接竖板 35-下底板 36-蝶形耗能钢板

37-中部耗能夹板 371-长条形孔 372-摩擦螺栓孔

373-滑块 374-弹簧扣合件 38-第一耗能弹簧

39-竖直摩擦板 391-滑动长条孔 392-滑块连接孔

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-7所示：一种易于更换的耗能墙脚，其特征在于；包括与墙体10连接的第二耗能单元20；第二耗能单元20与第一耗能单元30构成可拆卸式连接，且第一耗能单元30与地面连接。

第二耗能单元20包括承托板22，在承托板22的顶端设有十字型加劲肋21。将承托板22水平安装在剪力墙端柱的底部，十字型加劲肋21与剪力墙端柱的底部连接，从而使得承托板22的上板面与剪力墙端柱的底部形成稳定连接。

承托板22的下板面与两块竖直板23垂直连接，且两块竖直板23分别位于承托板22两端。第一耗能单元30包括与承托板22平行布置的上顶板31，在上顶板31上板面的两端均设有与之垂直连接的上竖板32，且上竖板32的外板面与竖直板23的内板面贴合布置。在两块竖直板23的相对面上均设有凹槽231，而在上竖板32的外板面上设有凸起321，从而凸起321与凹槽231构成榫槽配合。凹槽231的长度方向与承托板22平行，且凹槽231沿竖直方向的槽宽大于凸起321沿竖直方向的宽度。

第二耗能单元20还包括布置在承托板22与上顶板31之间的第二耗能弹簧24。第二耗能弹簧24的轴向沿竖直方向布置，且第二耗能弹簧24的顶端与承托板22的下板面连接，底端与上顶板31的上板面连接。

在上顶板31下板面的两端设置均有与之垂直连接的下竖直板33；第一耗能单元30还包括与上顶板31平行布置的下底板35，下底板35水平放置在地面上，并通过螺栓与地面连接，且下底板35上板面的两端均设有上连接竖板34；上连接竖板34与下竖直板33对称布置。

上顶板31与下底板35之间设置有蝶形耗能钢板36，蝶形耗能钢板36的顶端与上顶板31的下板面垂直连接，且蝶形耗能钢板36顶端的内侧面与下竖直板33外侧面通过螺栓连接。蝶形耗能钢板36的底端与下底板35的上板面垂直连接，且蝶形耗能钢板36底端的内侧面与上连接竖板34的外侧面通过螺栓连接。一旦蝶形耗能钢板36损坏，也易于更换，增加了震后维护的便捷性。此外，蝶形耗能钢板36板面上等间隔开设有菱形孔。

还包括第一耗能弹簧38；第一耗能弹簧38顶端与上顶板31的下板面连接，底端与下底板35的上板面连接，且第一耗能弹簧38的刚度小于第二耗能弹簧24。

第一耗能单元30还包括中部耗能夹板37和竖直摩擦板39；中部耗能夹板37由两块大小相同，且平行布置的竖直钢板构成，竖直钢板底端与下底板35的上板面垂直连接，且竖直钢板板面的中心处设有一个长条形孔371；长条形孔371的长度方向沿中部耗能夹板37竖直方向布置，且长条形孔371的两侧均设置有摩擦螺栓孔372；

竖直摩擦板39的顶端与上顶板31的下板面垂直连接，且竖直摩擦板39的厚度与中部耗能夹板37的两块竖直钢板之间的间隙相同，竖直摩擦板39与中部耗能夹板37构成插接配合；竖直摩擦板39的板面中心处设有滑块连接孔392，滑块连接孔392与长条形孔371的位置对应，且滑块连接孔392两侧设有与摩擦螺栓孔372位置对应的滑动长条孔391，将竖直摩擦板39插入中部耗能夹板37中，并在摩擦螺栓孔372装入螺栓，即可将竖直摩擦板39与中部耗能夹板37连接到一起。

第一耗能弹簧38至少有两个，且分别布置在中部耗能夹板37板面的两侧，长条形孔371中设有滑块373，且滑块373与滑块连接孔392构成可拆卸式连接；第一耗能弹簧38中部设有与之连接的弹簧扣合件374；弹簧扣合件374与滑块373连接。

本发明的工作原理：将由第一耗能单元30和第二耗能单元20构成的墙脚安装在墙体10底部，当墙体10受到地震时，蝶形耗能钢板26开始形变耗能，中部耗能夹板37和竖直摩擦板39之间产生滑动位移摩擦耗能，并带动第一耗能弹簧38挤压耗能。当中部耗能夹板37和竖直摩擦板39之间不再产生滑动位移，地震能量对第二耗能弹簧24形成挤压耗能，被挤压的第二耗能弹簧24引发上竖板32与竖直板23板面产生相对位移，并在位移的过程中摩擦耗能。

通过这样的耗能过程，使得地震发生时，第一耗能单元30能够依靠滑动摩擦耗能、弹簧变形耗能以及金属形变耗能，从而同时实现三种耗能方式。这种将金属阻尼和摩擦阻尼结合在一起，兼顾二者的优点取长补短，使得第一耗能单元30的对地震能量的耗能效率更高，致使第二耗能单元20对地震能量进行阻隔，能够将地震能量的破坏集中在第一耗能单元30，实现了保护墙体10的主体结构免遭破坏的目标，而第一耗能单元30承受了较多的地震能量后，第二耗能单元20进入耗能，接力吸收能量。通过这样的设置，使得第一耗能单元30在小震和中震情况下承担主要的耗能作用，在大震情况下，第一耗能单元30和第二耗能单元20同时工作，就可以实现多级耗能，提升了耗能墙脚的耗能效果，进而提升了墙脚对墙体10的保护效果。

当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.一种易于更换的耗能墙脚，其特征在于；包括安装在墙体(10)与地面之间用于集中耗散地震能量的第一耗能单元(30)；所述第一耗能单元(30)的底端与地面连接，顶端与用于隔绝地震能量对墙体(10)破坏的第二耗能单元(20)连接；所述第二耗能单元(20)与第一耗能单元(30)构成可拆卸式连接。

2.根据权利要求1所述的一种易于更换的耗能墙脚，其特征在于；所述第二耗能单元(20)包括承托板(22)；所述承托板(22)水平安装在墙体(10)的端柱底部，上板面与墙体(10)的端柱底部连接；所述第一耗能单元(30)包括与承托板(22)平行布置的上顶板(31)；所述上顶板(31)与承托板(22)之间设置有低屈服度的第二耗能弹簧(24)；所述第二耗能弹簧(24)的轴向沿竖直方向布置，且第二耗能弹簧(24)的顶端与承托板(22)的下板面连接，底端与上顶板(31)的上板面连接；

所述第一耗能单元(30)还包括与上顶板(31)平行布置的下底板(35)，下底板(35)水平固定在地面上；所述上顶板(31)和下底板(35)之间设有第一耗能弹簧(38)；所述第一耗能弹簧(38)顶端与上顶板(31)的下板面连接，底端与下底板(35)上板面连接，且第一耗能弹簧(38)的刚度小于第二耗能弹簧(24)。

3.根据权利要求2所述的一种易于更换的耗能墙脚，其特征在于；所述第一耗能单元(30)还包括中部耗能夹板(37)和竖直摩擦板(39)；

所述中部耗能夹板(37)由两块大小相同，且平行布置的竖直钢板构成，竖直钢板底端与下底板(35)的上板面垂直连接，且竖直钢板板面的中心处设有一个长条形孔(371)；所述长条形孔(371)的长度方向沿中部耗能夹板(37)竖直方向布置，且长条形孔(371)的两侧均设置有摩擦螺栓孔(372)；

所述竖直摩擦板(39)的顶端与上顶板(31)的下板面垂直连接，且竖直摩擦板(39)的厚度与中部耗能夹板(37)的两块竖直钢板之间的间隙相同，竖直摩擦板(39)与中部耗能夹板(37)构成插接配合；竖直摩擦板(39)的板面中心处设有滑块连接孔(392)，所述滑块连接孔(392)与长条形孔(371)的位置对应，且滑块连接孔(392)两侧设有与摩擦螺栓孔(372)位置对应的滑动长条孔(391)，将竖直摩擦板(39)插入中部耗能夹板(37)中，并在摩擦螺栓孔(372)装入螺栓，即可将竖直摩擦板(39)与中部耗能夹板(37)连接到一起。

4.根据权利要求3所述的一种易于更换的耗能墙脚，其特征在于；所述第一耗能弹簧(38)至少有两个，且分别布置在中部耗能夹板(37)板面的两侧，所述长条形孔(371)中设有滑块(373)，且滑块(373)与滑块连接孔(392)构成可拆卸式连接；所述第一耗能弹簧(38)中部设有与之连接的弹簧扣合件(374)；所述弹簧扣合件(374)与滑块(373)连接。

5.根据权利要求2或3或4所述的一种易于更换的耗能墙脚，其特征在于；所述承托板(22)的下板面与竖直板(23)垂直连接，且竖直板(23)有两块，并分别位于承托板(22)下板面的两端；所述上顶板(31)上板面的两端均设有与之垂直连接的上竖板(32)，且上竖板(32)的外板面与竖直板(23)的内板面贴合。

6.根据权利要求5所述的一种易于更换的耗能墙脚，其特征在于；所述两块竖直板(23)的相对面上均设有凹槽(231)；所述上竖板(32)的外板面上设有凸起(321)；所述凸起(321)与凹槽(231)构成榫槽配合，所述凹槽(231)的长度方向与承托板(22)平行，且凹槽(231)沿竖直方向的槽宽大于凸起(321)沿竖直方向的宽度。

7.根据权利要求6所述的一种易于更换的耗能墙脚，其特征在于；还包括布置在竖直摩擦板(39)两侧的下竖直板(33)；所述下竖直板(33)与上顶板(31)的下板面垂直连接；所述下底板(35)的上板面上设有上连接竖板(34)，上连接竖板(34)与下底板(35)的上板面垂直连接，且与下竖直板(33)对称布置；

所述上顶板(31)与下底板(35)之间设置有蝶形耗能钢板(36)，蝶形耗能钢板(36)的顶端与上顶板(31)的下板面垂直连接，且蝶形耗能钢板(36)顶端的内侧面与下竖直板(33)外侧面通过螺栓连接；

蝶形耗能钢板(36)的底端与下底板(35)的上板面垂直连接，且蝶形耗能钢板(36)底端的内侧面与上连接竖板(34)的外侧面通过螺栓连接。

8.根据权利要求7所述的一种易于更换的耗能墙脚，其特征在于；所述蝶形耗能钢板(36)的板面上等间隔开设有菱形孔。

9.根据权利要求8所述的一种易于更换的耗能墙脚，其特征在于；所述承托板(22)的顶端设有十字型加劲肋(21)；所述十字型加劲肋(21)与剪力墙端柱的底部连接。

10.根据权利要求9所述的一种易于更换的耗能墙脚，其特征在于；所述下底板(35)上设有螺栓孔；所述螺栓孔与地面上的安装孔对应，将螺栓孔与安装孔对齐后装入螺栓，下底板(35)与地面构成可拆卸式连接。

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