CN117344877A - 一种具有可更换耗能填充墙板的墙体结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抗震结构技术领域，公开一种具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，包括：第一立柱、第二立柱、上横梁和下横梁；第一斜向预应力筋和第二斜向预应力筋，呈斜向交叉设置在第一立柱和第二立柱之间；耗能填充墙板，可更换地设置在安装空间中，耗能填充墙板包括多条立式耗能方管，多条立式耗能方管呈间隔设置，且立式耗能方管的两端分别抵于上横梁和下横梁上。本发明的优点在于，本墙体结构在发生中震或者大震时，由耗能填充墙板中的多条立式耗能方管耗散地震输入的能量，充分利用墙体非结构构件的潜在性能，只需拆卸已破坏的耗能填充墙板，并进行更换即可恢复，无需在梁柱铰接点处设置耗能结构。

Description

一种具有可更换耗能填充墙板的墙体结构

技术领域

本发明涉及抗震结构技术领域，尤其涉及一种具有可更换耗能填充墙板的墙体结构。

背景技术

高层建筑从经济、适用和美观等角度来看，均能更好的符合现代建筑风格，其能代表国家和地区的经济发展水平。现有建筑特别是高层建筑，为了减小其受地震的影响，一般对其都有一定的抗震要求。

墙体为建筑的主要组成部分之一，当发生地震时，墙体结构中的结构节点与非结构构件容易出现大量破坏，如：框架梁柱节点、吊顶，填充墙和窗框等。现有的墙体中，主要通过在梁柱的节点处设置可更换的耗能件(比如耗能钢板)来耗散地震所输入的能量，在地震之后，将梁柱节点处的耗能件割除更换后，并将各非结构构件进行修复。此类墙体中，主要依靠梁柱节点处实现耗能，未将非结构构件的潜在性能充分发挥。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题在于，提出一种具有可更换耗能填充墙板，充分利用非结构构件潜在性能，使其充分吸收地震所输入能量的墙体结构。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，包括：

第一立柱、第二立柱、上横梁和下横梁，所述第一立柱和第二立柱呈间隔设置，所述上横梁和所述下横梁两者的两端分别通过梁柱铰接点连接于所述第一立柱和所述第二立柱；所述上横梁、所述下横梁、所述第一立柱以及所述第二立柱围成一安装空间；

第一斜向预应力筋和第二斜向预应力筋，呈斜向交叉设置在所述第一立柱和所述第二立柱之间，所述第一斜向预应力筋的一端连接在所述第一立柱靠上端位置，所述第一斜向预应力筋的另一端连接在所述第二立柱靠下端位置；所述第二斜向预应力筋连接在所述第一立柱靠下端位置，所述第二斜向预应力筋连接在所述第二立柱靠上端位置；

耗能填充墙板，可更换地设置在所述安装空间中，且所述耗能填充墙板的左、右、上和下端分别与所述第一立柱、第二立柱、上横梁和下横梁相抵；所述耗能填充墙板包括多条立式耗能方管，多条所述立式耗能方管呈间隔设置，且所述立式耗能方管的两端分别抵于所述上横梁和所述下横梁上。

进一步地，所述墙体结构呈矩形结构设置，当作用于所述墙体结构的水平载荷达到预设值时，所述墙体结构形变成平行四边形结构，且所述立式耗能方管发生屈曲变形，所述第一斜向预应力筋和所述第二斜向预应力筋均被拉伸；

当所述水平载荷消失后，所述第一斜向预应力筋和所述第二斜向预应力筋可驱使所述墙体结构恢复成矩形结构。

进一步地，所述立式耗能方管的顶部设有上限位槽钢，所述立式耗能方管的底部设有下限位槽钢；所述上限位槽钢和所述下限位槽钢分别与所述上横梁和所述下横梁固定连接；

所述立式耗能方管的上下两端分别被限位在所述上限位槽钢和所述下限位槽钢中。

进一步地，所述耗能填充墙板包括两排并排设置的所述立式耗能方管，相邻两排所述立式耗能方管之间夹设有保温棉；

同排且相邻的两所述立式耗能方管之间设有ALC板，且所述ALC板可沿所述立式耗能方管远离所述保温棉的一侧安装至同排且相邻的两所述立式耗能方管之间。

进一步地，每根所述立式耗能方管沿其长度方向设有多个外限位钢板，所述外限位钢板通过螺栓可拆卸地固定在所述立式耗能方管上；所述ALC板被多个所述外限位钢板限位。

进一步地，所述第一斜向预应力筋以及所述第二斜向预应力筋两者被所述耗能填充墙板包覆，且两者的两端分别从所述耗能填充墙板的两侧伸出。

进一步地，所述第一立柱和所述第二立柱上均设有多块斜向隔板，所述第一斜向预应力筋以及所述第二斜向预应力筋两者的端部均处于相邻两所述斜向隔板之间。

进一步地，所述立式耗能方管为低屈服点方钢管。

进一步地，所述第一立柱、第二立柱、上横梁和下横梁均为工字钢。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，还提出另一种具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，包括：

第一立柱、第二立柱、上横梁、中间横梁和下横梁，所述第一立柱和第二立柱呈间隔设置，所述上横梁、所述中间横梁和所述下横梁三者的两端分别通过梁柱铰接点连接于所述第一立柱和所述第二立柱，且三者从上至下呈平行设置；

第一斜向预应力筋和第二斜向预应力筋，呈斜向交叉设置在所述第一立柱和所述第二立柱之间，所述第一斜向预应力筋以及所述第二斜向预应力筋的一端均连接在所述第一立柱上，所述第一斜向预应力筋以及所述第二斜向预应力筋的另一端均连接在所述第二立柱上；

耗能填充墙板，所述第一立柱、第二立柱、上横梁和中间横梁之间可更换地设有一所述耗能填充板，所述第一立柱、第二立柱、中间横梁和下横梁之间可更换地设有一所述耗能填充板；其中，所述耗能填充墙板包括多条立式耗能方管，多条所述立式耗能方管呈间隔设置，且所述立式耗能方管的一端抵于所述中间横梁上，所述立式耗能方管的另一端抵于所述上横梁或所述下横梁上。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明中，耗能填充墙板可更换式地设置在立柱和横梁围成的安装空间中，当发生中震或者大震时，耗能填充墙板中的多根立式耗能方管(即低屈服点放钢管)发生屈曲变形，将地震输入的能量耗散，将非结构构件的性能发挥到极致，不让其白白破坏，这样就不需要在梁柱铰接点处设置耗能结构部件了。在震后，对耗能填充墙板进行恢复即可，墙体结构中的第一立柱、第二立柱、上横梁和下横梁在第一斜向预应力筋和第二斜向预应力筋的作用下，恢复初始位置，可减少震后修复工作量，降低震后修复成本。且震中矩形设置的墙体在地震载荷作用下，形变成平行四边形状态，斜向交叉设置的第一预应力筋和第二斜向预应力筋的拉伸变形大，可有效提高墙体结构的自复位性能。

附图说明

图1为本发明实施例一墙体结构的结构示意图；

图2为图1去除耗能填充墙板后的结构示意图；

图3为耗能填充墙板的结构示意图；

图4为耗能填充墙板的平面示意图；

图5为本发明实施例二墙体结构的结构示意图。

图中：

1、第一立柱；120、斜向隔板；

2、第二立柱；

3、上横梁；30、上限位槽钢；

4、下横梁；40、下限位槽钢；

5、梁柱铰接点；

6、第一斜向预应力筋；

7、第二斜向预应力筋；

8、耗能填充墙板；81、立式耗能方管；82、保温棉；83、ALC板；84、外限位钢板；85、螺栓；86、内限位钢板；

9、中间横梁。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一：

如图1-图4所示，本实施例的一种具有可更换耗能填充墙板8的墙体结构，主要包括：第一立柱1、第二立柱2、上横梁3、下横梁4、梁柱铰接点5、第一斜向预应力筋6、第二斜向预应力筋7和耗能填充墙板8。

如图1和图2所示，第一立柱1、第二立柱2、上横梁3和下横梁4中，第一立柱1、第二立柱2、上横梁3和下横梁4四者的主体结构均为工字钢，即均可通过工字钢制成，工字钢的强度高，保证墙体结构的整体强度。第一立柱1和第二立柱2呈纵向设置，且相互平行；上横梁3和下横梁4呈横向设置，且相互平行。其中，第一立柱1和第二立柱2呈间隔设置，上横梁3和下横梁4两者的两端分别通过梁柱铰接点5连接于第一立柱1和第二立柱2，梁柱铰接点5连接横梁和立柱，使得两者之间为可转动连接，而非刚性连接，当发生地震时，释放了节点约束损伤，可防止墙体的主体结构件被破坏。且由于本实施例中将耗能结构设置在耗能填充墙板8上，梁柱铰接点5出无需设置耗能结构，比如耗能钢板。上横梁3、下横梁4、第一立柱1以及第二立柱2围成一安装空间，该安装空间呈矩形，用于安装耗能填充墙板8。

优选地，由于梁柱铰接点5处为发生运动的位置，所以在第一立柱1、第二立柱2、上横梁3和下横梁4靠近梁柱铰接点5处均布置了加强筋，加强筋焊接于第一立柱1或第二立柱2或上横梁3或下横梁4上。

第一斜向预应力筋6和第二斜向预应力筋7，呈斜向交叉设置在第一立柱1和第二立柱2之间，相当于为对角线交叉设置，第一斜向预应力筋6的一端连接在第一立柱1靠上端位置，第一斜向预应力筋6的另一端连接在第二立柱2靠下端位置；第二斜向预应力筋7连接在第一立柱1靠下端位置，第二斜向预应力筋7连接在第二立柱2靠上端位置。本实施例中，墙体结构呈矩形结构设置，当作用于墙体结构的水平载荷达到预设值时，即地震输入的水平载荷，达到预设大小时，墙体结构形变成平行四边形结构，且立式耗能方管81发生屈曲变形，第一斜向预应力筋6和第二斜向预应力筋7均被拉伸。当水平载荷消失后，第一斜向预应力筋6和第二斜向预应力筋7可驱使墙体结构恢复成矩形结构。相比与水平设置的预应力筋，本实施例设置成斜向交叉的预应力筋在墙体发生变形时，本实施例的第一斜向预应力筋6和第二斜向预应力筋7被拉绳变形的更大，利于震后的墙体自复位。并且，斜向设置的第一斜向预应力筋6和第二斜向预应力筋7可承受不同方形的荷载，而不是单一发现的荷载。

优选地，第一立柱1和第二立柱2上均设有多块斜向隔板120，第一斜向预应力筋6以及第二斜向预应力筋7两者的端部均处于相邻两斜向隔板120之间，多块斜向隔板120的设置，可加强第一立柱1和第二立柱2的强度，即作为第一立柱1和第二立柱2的加强筋，另一方便，防止各个第一斜向预应力筋6和各个第二斜向预应力筋7相互干扰。另外，本实施中，第一斜向预应力筋6以及第二斜向预应力筋7两者被耗能填充墙板8包覆，且两者的两端分别从耗能填充墙板8的两侧伸出，在地震时，墙体受到地震载荷时，不仅第一立柱1、第二立柱2、上横梁3和下横梁4直接作用于耗能填充墙板8，第一斜向预应力筋6和第二斜向预应力筋7也可直接作用于耗能填充墙板8上，具体为耗能填充墙板8的立式耗能方管81上。

如图1和图3-图4所示，耗能填充墙板8可更换地设置在由第一立柱1、第二立柱2、上横梁3和下横梁4围成的安装空间中，且耗能填充墙板8的左、右、上和下端分别与第一立柱1、第二立柱2、上横梁3和下横梁4相抵。当需要通过耗能填充墙板8将地震能量耗散时，耗能填充墙板8的四周分别与第一立柱1、第二立柱2、上横梁3和下横梁4相抵，方便及时将地震能量耗散。

其中，耗能填充墙板8包括多条立式耗能方管81，该立式耗能方管81为低屈服点方钢管，保证最先耗能是该立式耗能方管81，其他结构部件不会被破坏。本实施例中的多条立式耗能方管81呈间隔设置，且立式耗能方管81的两端分别抵于上横梁3和下横梁4上。具体地，在立式耗能方管81的顶部设有上限位槽钢30，立式耗能方管81的底部设有下限位槽钢40。上限位槽钢30和下限位槽钢40分别与上横梁3和下横梁4固定连接，具体为焊接固定。并且，立式耗能方管81的上下两端分别被限位在上限位槽钢30和下限位槽钢40中，当立式耗能方管81的两端分别装入上限位槽钢30和下限位槽钢40中后，再将立式耗能方管81的两端分别与上限位槽钢30和下限位槽钢40进行焊接固定。

具体地，耗能填充墙板8包括两排并排设置的立式耗能方管81，相邻两排立式耗能方管81之间夹设有保温棉82。同排且相邻的两立式耗能方管81之间设有ALC板83，且ALC板83可沿立式耗能方管81远离保温棉82的一侧安装至同排且相邻的两立式耗能方管81之间。需要解释地是，ALC板83即为蒸压轻质混凝土，是一种轻质高强结构，其隔音性、耐火性、耐久性、抗冻性等性能都比较好。本实施例中，每根立式耗能方管81沿其长度方向设有多个外限位钢板84，外限位钢板84通过螺栓85可拆卸地固定在立式耗能方管81上，ALC板83被多个外限位钢板84限位，整体耗能填充墙板8的安装和更换方便。

耗能填充墙板8在具体施工时，首先将上限位槽钢30和下限位槽钢40分别按一定间距焊接在上横梁3和下横梁4上；之后将低屈服点方钢管即立式耗能方管81的两端分别放置在上限位槽钢30和下限位槽钢40内，并通过焊接方式固定连接；之后将ALC板83推入至相邻两立式耗能方管81之间，并通过螺栓85和外限位钢板84将其固定，ALC板83内侧设有内限位钢板86，并在其内侧均匀铺设保温棉82；最后，将另一侧ALC板83以同样的方法推入，并通过螺栓85和外限位钢板84将其固定。耗能填充墙板8的施工和更换方便。

本实施例中，耗能填充墙板8可更换式地设置在立柱和横梁围成的安装空间中，当发生中震或者大震时，耗能填充墙板8中的多根立式耗能方管81(即低屈服点放钢管)发生屈曲变形，将地震输入的能量耗散，将非结构构件的性能发挥到极致，不让其白白破坏，这样就不需要在梁柱铰接点5处设置耗能结构部件了。在震后，对耗能填充墙板8进行恢复即可，墙体结构中的第一立柱1、第二立柱2、上横梁3和下横梁4在第一斜向预应力筋6和第二斜向预应力筋7的作用下，恢复初始位置，可减少震后修复工作量，降低震后修复成本。

实施例二：

如图5以及结合图1-图4所示，本实施例的一种具有可更换耗能填充墙板8的墙体结构，包括：

第一立柱1、第二立柱2、上横梁3、中间横梁9和下横梁4，第一立柱1和第二立柱2呈间隔设置，上横梁3、中间横梁9和下横梁4三者的两端分别通过梁柱铰接点5连接于第一立柱1和第二立柱2，且三者从上至下呈平行设置。

第一斜向预应力筋6和第二斜向预应力筋7，呈斜向交叉设置在第一立柱1和第二立柱2之间，第一斜向预应力筋6以及第二斜向预应力筋7的一端均连接在第一立柱1上，第一斜向预应力筋6以及第二斜向预应力筋7的另一端均连接在第二立柱2上。

耗能填充墙板8，第一立柱1、第二立柱2、上横梁3和中间横梁9之间可更换地设有一耗能填充板，第一立柱1、第二立柱2、中间横梁9和下横梁4之间可更换地设有一耗能填充板；其中，耗能填充墙板8包括多条立式耗能方管81，多条立式耗能方管81呈间隔设置，且立式耗能方管81的一端抵于中间横梁9上，立式耗能方管81的另一端抵于上横梁3或下横梁4上。

相比于实施例一，本实施例相当于上、下集成了两个实施一的墙体结构，且其中的中间横梁9充当了上半部分的下横梁4结构，也充当了下半部分的上横梁3结构。

本实施例的优势体现在：在地震发生时，可将墙体结构的破坏之处更加具体化，方便当方面更换上部分的耗能填充墙板8，或者单方面更换下部分的耗能填充墙板8，进一步降低震后修复成本。

总体来看，实施例一和实施例二的墙体结构在发生中震或者大震时，由耗能填充墙板8中的多条立式耗能方管81耗散地震输入的能量，充分利用墙体非结构构件的潜在性能，只需拆卸已破坏的耗能填充墙板8，并进行更换即可恢复，无需在梁柱铰接点5处设置耗能结构。本墙体结构的构造简单，结构受力机理清晰明确，耗能能力强，自复位性能稳定，既可用于既有结构的抗震加固，也可用于新建结构的抗侧力体系。并且，震后只需对受损的墙板进行修复更换，不仅极大的减小震后重建工作量，而且使具有广泛的推广应用价值。不仅避免梁柱节点处产生塑性变形和脆性断裂，有效解决了梁柱节点在大震下脆性破坏的问题，而且该结构体系具有良好的可恢复性，非结构构件在损坏后更换方便，从而缩短维修时间、减少维修费用并使建筑结构较快的投入使用。该突出优势不仅可有效保护结构构件的震后功能，而且可以极大提高非结构构件的利用效率。

Claims (10)

1.一种具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，其特征在于，包括：

第一立柱、第二立柱、上横梁和下横梁，所述第一立柱和第二立柱呈间隔设置，所述上横梁和所述下横梁两者的两端分别通过梁柱铰接点连接于所述第一立柱和所述第二立柱；所述上横梁、所述下横梁、所述第一立柱以及所述第二立柱围成一安装空间；

第一斜向预应力筋和第二斜向预应力筋，呈斜向交叉设置在所述第一立柱和所述第二立柱之间，所述第一斜向预应力筋的一端连接在所述第一立柱靠上端位置，所述第一斜向预应力筋的另一端连接在所述第二立柱靠下端位置；所述第二斜向预应力筋连接在所述第一立柱靠下端位置，所述第二斜向预应力筋连接在所述第二立柱靠上端位置；

耗能填充墙板，可更换地设置在所述安装空间中，且所述耗能填充墙板的左、右、上和下端分别与所述第一立柱、第二立柱、上横梁和下横梁相抵；所述耗能填充墙板包括多条立式耗能方管，多条所述立式耗能方管呈间隔设置，且所述立式耗能方管的两端分别抵于所述上横梁和所述下横梁上。

2.根据权利要求1所述的具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，其特征在于，所述墙体结构呈矩形结构设置，当作用于所述墙体结构的水平载荷达到预设值时，所述墙体结构形变成平行四边形结构，且所述立式耗能方管发生屈曲变形，所述第一斜向预应力筋和所述第二斜向预应力筋均被拉伸；

当所述水平载荷消失后，所述第一斜向预应力筋和所述第二斜向预应力筋可驱使所述墙体结构恢复成矩形结构。

3.根据权利要求1或2所述的具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，其特征在于，所述立式耗能方管的顶部设有上限位槽钢，所述立式耗能方管的底部设有下限位槽钢；所述上限位槽钢和所述下限位槽钢分别与所述上横梁和所述下横梁固定连接；

所述立式耗能方管的上下两端分别被限位在所述上限位槽钢和所述下限位槽钢中。

4.根据权利要求3所述的具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，其特征在于，所述耗能填充墙板包括两排并排设置的所述立式耗能方管，相邻两排所述立式耗能方管之间夹设有保温棉；

同排且相邻的两所述立式耗能方管之间设有ALC板，且所述ALC板可沿所述立式耗能方管远离所述保温棉的一侧安装至同排且相邻的两所述立式耗能方管之间。

5.根据权利要求4所述的具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，其特征在于，每根所述立式耗能方管沿其长度方向设有多个外限位钢板，所述外限位钢板通过螺栓可拆卸地固定在所述立式耗能方管上；所述ALC板被多个所述外限位钢板限位。

6.根据权利要求1所述的具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，其特征在于，所述第一斜向预应力筋以及所述第二斜向预应力筋两者被所述耗能填充墙板包覆，且两者的两端分别从所述耗能填充墙板的两侧伸出。

7.根据权利要求6所述的具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，其特征在于，所述第一立柱和所述第二立柱上均设有多块斜向隔板，所述第一斜向预应力筋以及所述第二斜向预应力筋两者的端部均处于相邻两所述斜向隔板之间。

8.根据权利要求1所述的具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，其特征在于，所述立式耗能方管为低屈服点方钢管。

9.根据权利要求1所述的具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，其特征在于，所述第一立柱、第二立柱、上横梁和下横梁均为工字钢。

10.一种具有可更换耗能填充墙板的墙体结构，其特征在于，包括：

第一立柱、第二立柱、上横梁、中间横梁和下横梁，所述第一立柱和第二立柱呈间隔设置，所述上横梁、所述中间横梁和所述下横梁三者的两端分别通过梁柱铰接点连接于所述第一立柱和所述第二立柱，且三者从上至下呈平行设置；

第一斜向预应力筋和第二斜向预应力筋，呈斜向交叉设置在所述第一立柱和所述第二立柱之间，所述第一斜向预应力筋以及所述第二斜向预应力筋的一端均连接在所述第一立柱上，所述第一斜向预应力筋以及所述第二斜向预应力筋的另一端均连接在所述第二立柱上；

耗能填充墙板，所述第一立柱、第二立柱、上横梁和中间横梁之间可更换地设有一所述耗能填充板，所述第一立柱、第二立柱、中间横梁和下横梁之间可更换地设有一所述耗能填充板；其中，所述耗能填充墙板包括多条立式耗能方管，多条所述立式耗能方管呈间隔设置，且所述立式耗能方管的一端抵于所述中间横梁上，所述立式耗能方管的另一端抵于所述上横梁或所述下横梁上。