CN117779985A - 一种基于v形阻尼支撑的墙体框架及其建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于V形阻尼支撑的墙体框架及其建造方法，所述墙体的框架包括首尾相接的底部梁、左侧柱、顶部梁和右侧柱，框架内设置V形阻尼支撑装置，该V形阻尼支撑装置的底部固定在所述底部梁上，V形阻尼支撑装置的上端分别连接在顶部梁(24)与左侧柱的节点、顶部梁与右侧柱的节点。本发明的V形阻尼支撑装置自重小、可以消除阻尼器和支撑系统之间的连接间隙，它既能设置在框架结构中，也可以设置在钢筋混凝土剪力墙墙体内部。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构消能减震技术领域，特别是一种基于V形阻尼支撑的墙体框架及其建造方法。
背景技术
在建筑工程消能减震领域，通过在工程结构中安装阻尼器来增加结构阻尼、吸收和消耗传入结构的震动能量，并减小结构的动力响应已不是什么新技术。由于阻尼器结构简单、材料经济、减震效果好等特点，在实际结构控制中得到了广泛应用。建筑工程用阻尼器大体上可以归纳为以下几类：金属屈服阻尼器、铅阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞流体阻尼器、电感应式耗能器、电磁流体阻尼器、复合型阻尼器等。
目前阻尼器在建筑结构中的安装方式主要有对角支撑、人字型支撑、剪刀式支撑等几种。这些安装方式存在如下不足：(1)为减小弹性变形，增大阻尼器两端的相对位移，阻尼器支撑系统需要很大刚度，因此体积大、自重大，浪费严重；(2)各种阻尼器与支撑系统通常采用销轴和轴承连接，这种连接方式不可避免会存在间隙，进一步减小阻尼器两端的相对位移，从而降低阻尼器的耗能减震效果；(3)现有的阻尼器支撑装置只能在框架结构中使用，不能安装在钢筋混凝土剪力墙墙体中。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种基于V形阻尼支撑的墙体框架及其建造方法，无需庞大的支撑系统，节约材料、自重小，并且可以消除阻尼器和支撑系统之间的连接间隙，该装置不仅能设置在框架结构中，也可以设置在钢筋混凝土剪力墙墙体中。同时，为建筑工程用阻尼器支撑装置的实现提供了简单、可靠的建造方法。
为实现上述目的，本发明的采用如下技术方案：
本发明提供了一种基于V形阻尼支撑的墙体框架，它包括直锚筋、底部梁、左侧柱、右侧柱、顶部梁和矩形锚板，左侧柱的上端与顶部梁的左端相固定，左侧柱的下端与底部梁的左端相固定，右侧柱的上端与顶部梁的右端相固定，右侧柱的下端与底部梁的右端相固定；所述矩形锚板通过直锚筋和底部梁锚固在一起；矩形锚板上设有两块前、后相平行布置的V形支座钢板，V形支座钢板的顶部两侧均设有阻尼器，V形支座钢板与阻尼器之间通过连接法兰相连，前、后两块相平行布置的V形支座钢板的对称轴上均设有圆形孔，前侧的V形支座钢板的圆形孔与后侧的V形支座钢板的圆形孔相对应设置，前侧的V形支座钢板的圆形孔与后侧的V形支座钢板的圆形孔之间穿设有圆柱形定滑轮轴，定滑轮轴上套设有定滑轮，定滑轮可绕定滑轮轴转动，定滑轮的滑槽内设有高强钢丝绳，高强钢丝绳的一端与左侧的阻尼器下端的活塞杆相连，高强钢丝绳的另一端与右侧的阻尼器下端的活塞杆相连，左侧的阻尼器的上端的活塞杆及右侧的阻尼器的上端的活塞杆均设有钢绞线，钢绞线通过锚板锚固在梁和柱的节点上；左侧的阻尼器的上端的活塞杆与左侧的阻尼器的下端的活塞杆之间、右侧的阻尼器的上端的活塞杆与右侧的阻尼器的下端的活塞杆之间均设有圆柱形活塞，圆柱形活塞的外部设有圆柱形缸筒，圆柱形活塞与圆柱形缸筒之间留有环形间隙，圆柱形缸筒的下端与连接法兰固结，圆柱形缸筒的上端设有圆形盖板，圆柱形缸筒内表面、活塞杆和圆柱形活塞外表面以及连接法兰和圆形盖板之间形成密封腔，密封腔中充填有耗能材料。
根据上述的建筑工程用阻尼器支撑装置，所述左侧柱的上端与顶部梁的左端的交界处为节点A，右侧柱与顶部梁的左端的交界处为节点B，左侧的钢绞线的上端通过锚板锚固在节点A上，右侧的钢绞线的上端通过锚板锚固在节点B上。
根据上述的建筑工程用阻尼器支撑装置，所述矩形锚板上焊接有两块前、后相平行布置的V形支座钢板。
根据上述的建筑工程用阻尼器支撑装置，所述耗能材料可以是粘弹性材料、磁流变液、电流变液、铅金属、高粘度液压油。
根据上述的建筑工程用阻尼器支撑装置，所述钢绞线需要对称施加大小相等的预应力。
根据上述的建筑工程用阻尼器支撑装置，所述底部梁为剪力墙形式的底部混凝土梁，顶部梁为剪力墙形式的顶部混凝土梁，左侧柱为剪力墙形式的右侧混凝土柱，右侧柱为剪力墙形式的右侧混凝土柱，钢绞线和阻尼器的上端的活塞杆的外围设置有金属波纹管。
根据上述的建筑工程用阻尼器支撑装置，所述底部梁为底部框架混凝土梁，顶部梁为顶部框架混凝土梁，左侧柱为左侧框架混凝土柱，右侧柱为右侧框架混凝土柱。
根据上述的建筑工程用阻尼器支撑装置，所述底部梁为底部钢框架梁，顶部梁为顶部钢框架梁，左侧柱为左侧钢框架柱，右侧柱为右侧钢框架柱。
所述钢绞线需要在A点和B点对称施加预应力，从而消除钢绞线和钢丝绳的大部分弹性变形，并消除定滑轮和定滑轮轴之间的连接间隙。
所述阻尼器可以是粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、磁流变阻尼器、铅挤压阻尼器等，包括圆柱形活塞杆，圆柱形活塞，连接法兰，圆柱形缸筒，圆形盖板及耗能材料。
所述阻尼器支撑装置若用于框架结构中，则无需使用金属波纹管，阻尼器支撑装置若用于钢筋混凝土剪力墙墙体中，则需使用金属波纹管。
本发明还提供了基于V形阻尼支撑的墙体框架的建造方法，包括以下步骤：
步骤一：将直锚筋(1)焊接在矩形锚板(2)上，将直锚筋和矩形锚板预先埋置在底部梁(21)中；然后，将设有圆形孔的V形支座钢板(3)焊接在矩形锚板(2)上的安装位置；
步骤二：组装阻尼器，首先安装阻尼器缸筒(34)下方的连接法兰(33)；然后，将阻尼器的圆柱形活塞(32)和活塞杆(31)连接到一起，并从圆柱形缸筒(34)上方塞入圆柱形缸筒，保证活塞杆(31)从连接法兰(33)的中间孔穿出；最后，在圆柱形缸筒中充填耗能材料(36)，安装圆柱形缸筒上方的圆形盖板(35)；
步骤三：安装阻尼器，首先按设计长度截取高强钢丝绳(6)，采用高强钢丝绳(6)将两个阻尼器下端活塞杆(31)连接在一起；然后，将两个阻尼放置在V形支座钢板(3)两侧顶部，并将阻尼器的连接法兰(33)与V形支座钢板(3)顶部固结；
步骤四：安装定滑轮，首先将高强钢丝绳(6)放置在将定滑轮(5)下方凹槽内；然后，将定滑轮(5)的中心孔和前、后V形支座钢板(3)的圆形孔对齐；最后，将定滑轮轴(4)分别穿过前方V形支座钢板(3)的圆形孔和定滑轮(5)的中心孔，并从后方V形支座钢板(3)的圆形孔穿出；
步骤五：按设计长度截取钢绞线(7)，将钢绞线(7)的下端与阻尼器活塞杆(31)相连，左、右钢绞线(7)的上端通过施加大小相等的预应力锚固在梁、柱的节点处。
本发明的有益效果：(1)该阻尼器支撑装置以高强钢丝绳和钢绞线连接为主，支撑系统属于柔性结构，自重轻，节约钢材和成本；(2)高强钢丝绳和钢绞线可以对称施加预应力，从而消除定滑轮处的安装间隙，保证阻尼器两端的相对位移不降低，此外，施加预应力还能降低整个支撑装置的弹性变形量，增大阻尼器的耗能能力；(3)该阻尼器支撑装置还可以设置到钢筋混凝土剪力墙墙体内部，增大剪力墙的耗能减震能力，使用范围更加广泛。(4)为建筑工程用阻尼器支撑装置的实现提供了简单、可靠的建造方法。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的竖向剖面示意图。
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，本发明提供了一种建筑工程用阻尼器支撑装置，它包括布置在左、右两侧的钢筋混凝土柱22和23，布置在底、顶部的底部梁21和顶部梁24，钢筋混凝土柱与底部梁21和顶部梁24的端部固结在一起，矩形锚板2通过直锚筋1和底部梁21锚固在一起，两块前、后平行布置的V形支座钢板3底部与锚板2固结，V形支座钢板3顶部与阻尼器的连接法兰33固结，前后V形支座钢板3的对称轴上均挖有圆形孔，圆柱形定滑轮轴4穿过V形支座钢板3的圆形孔并与钢板3固定连接，定滑轮5平行夹在前、后V形支座钢板3中间，并套设在定滑轮轴4的外部，定滑轮5可绕定滑轮轴4转动，高强钢丝绳6位于定滑轮5的滑槽内，其两端分别与左、右两侧阻尼器下端的活塞杆31固定连接，阻尼器上下端活塞杆31固定连接在圆柱形活塞32上，圆柱形活塞32外部设有圆柱形缸筒34，并且二者之间留有环形间隙，圆柱形缸筒34下端与连接法兰33固结，上部与圆形盖板35固结，圆柱形缸筒34内表面、活塞杆31和圆柱形活塞32外表面、以及连接法兰33和盖板35之间围成密封腔，密封腔中充填有耗能材料36，阻尼器上端活塞杆31与钢绞线7的下端连接，钢绞线7的上端通过锚板8锚固在梁和柱的节点A、B处，钢绞线7和阻尼器的上端活塞杆31的外围设置有金属波纹管9。
本发明的工作原理：
在地震荷载作用下，建筑结构会产生层间相对位移，顶部钢筋混凝土梁24两端的点A、B相对于底部梁21中间的C点发生相对位置变化，AC两点的距离被拉长(此时BC两点的距离缩短)或缩短(此时BC两点的距离拉长)，由于AC和BC之间通过钢绞线7、阻尼器活塞杆31、圆柱形活塞32、高强钢丝绳6和定滑轮5组成的柔性系统连接，因此，AC和BC之间的相对位移转换成圆柱形活塞32与C点的相对位移，而圆柱形缸筒34通过V形支座钢板3和锚板2与底部梁21中间的C点固结在一起，最终，AC和BC之间的相对位移分别转换成了左侧和右侧圆柱形活塞32与圆柱形缸筒34之间的相对位移。当圆柱形活塞和圆柱形缸筒之间有相对位移时，便会产生消能减震作用，从而有效消耗传入建筑结构的地震能量，并降低结构在地震荷载作用下的动力响应，提高建筑结构的抗震性能。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于V形阻尼支撑的墙体框架，其特征在于：所述墙体的框架包括首尾相接的底部梁(21)、左侧柱(22)、顶部梁(24)和右侧柱(23)，框架内设置V形阻尼支撑装置，该V形阻尼支撑装置的底部固定在所述底部梁(21)上，V形阻尼支撑装置的上端分别连接在顶部梁(24)与左侧柱(22)的节点、顶部梁(24)与右侧柱(23)的节点。
2.根据权利要求1所述的基于V形阻尼支撑的墙体框架，其特征在于：所述V形阻尼支撑装置包括通过直锚筋(1)锚固在底部梁(21)上的矩形锚板(2)、两块布置在矩形锚板(2)上的V形支座钢板(3)、通过连接法兰(33)设置在V形支座钢板(3)顶部的两个阻尼器、垂直于V形支座钢板(3)设置的定滑轮轴(4)、转动安装在定滑轮轴(4)上的定滑轮(5)、连接在两个阻尼器下端之间并绕设在定滑轮(5)的滑槽的高强钢丝绳(6)以及连接在阻尼器上端的钢绞线(7)，钢绞线(7)的上端通过锚板锚固在顶部梁(24)与临近一侧柱子的节点上。
3.根据权利要求2所述的基于V形阻尼支撑的墙体框架，其特征在于：所述阻尼器包括安装在连接法兰(33)上的圆柱形缸筒(34)、圆柱形缸筒(34)内部的圆柱形活塞(32)、圆柱形缸筒(34)上端的圆形盖板(35)以及连接在圆柱形活塞(32)两端的活塞杆(31)，下端的活塞杆(31)穿出连接法兰(33)并与高强钢丝绳(6)相连，上端的活塞杆(31)穿出圆形盖板(35)并与钢绞线(7)相连；圆柱形活塞(32)与圆柱形缸筒(34)之间留有环形间隙，圆柱形缸筒(34)内表面、活塞杆(31)和圆柱形活塞(32)外表面以及连接法兰(33)和圆形盖板(35)之间围合形成密封腔，密封腔中充填有耗能材料(36)。
4.根据权利要求2所述的基于V形阻尼支撑的墙体框架，其特征在于：所述两个阻尼器产生的阻尼方向相协同，两个阻尼器轴线与垂直线的夹角相同，同侧的钢绞线(7)、活塞杆(31)、圆柱形活塞(32)和高强钢丝绳(6)沿同轴线布置；所述矩形锚板(2)位于底部梁(21)的中点，布置V形支座钢板(3)相互平行。
5.根据权利要求2所述的基于V形阻尼支撑的墙体框架，其特征在于：所述钢绞线(7)对称施加相等的预应力。
6.根据权利要求3所述的基于V形阻尼支撑的墙体框架，其特征在于：所述耗能材料(36)采用粘弹性材料或磁流变液或电流变液或铅金属或高粘度液压油。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于V形阻尼支撑的墙体框架，其特征在于：所述底部梁(21)为底部框架混凝土梁，顶部梁(24)为顶部框架混凝土梁，左侧柱(22)为左侧框架混凝土柱，右侧柱(23)为右侧框架混凝土柱。
8.根据权利要求2-6任一项所述的基于V形阻尼支撑的墙体框架，其特征在于：所述底部梁(21)为剪力墙形式的底部混凝土梁，顶部梁(24)为剪力墙形式的顶部混凝土梁，左侧柱(22)为剪力墙形式的右侧混凝土柱，右侧柱(23)为剪力墙形式的右侧混凝土柱，钢绞线(7)和阻尼器的上端的活塞杆(31)的外围设置有金属波纹管(9)。
9.根据权利要求1-6任一项所述的基于V形阻尼支撑的墙体框架，其特征在于：所述底部梁(21)为底部钢框架梁，顶部梁(24)为顶部钢框架梁，左侧柱(22)为左侧钢框架柱，右侧柱(23)为右侧钢框架柱。
10.权利要求2-6任一项所述墙体框架的建造方法，其特征在于包括以下建造步骤：
步骤一：将直锚筋(1)焊接在矩形锚板(2)上，将直锚筋和矩形锚板预先埋置在底部梁(21)中；然后，将设有圆形孔的V形支座钢板(3)焊接在矩形锚板(2)上的安装位置；
步骤二：组装阻尼器，首先安装阻尼器的圆柱形缸筒(34)下方的连接法兰(33)；然后，将阻尼器的圆柱形活塞(32)和活塞杆(31)连接到一起，并从圆柱形缸筒(34)上方塞入圆柱形缸筒，保证活塞杆(31)从连接法兰(33)的中间孔穿出；最后，在圆柱形缸筒中充填耗能材料(36)，安装圆柱形缸筒上方的圆形盖板(35)；
步骤三：安装阻尼器，首先按设计长度截取高强钢丝绳(6)，采用高强钢丝绳(6)将两个阻尼器下端的活塞杆(31)连接在一起；然后，将两个阻尼器放置在V形支座钢板(3)两侧顶部，并将阻尼器的连接法兰(33)与V形支座钢板(3)顶部固结；
步骤四：安装定滑轮，首先将高强钢丝绳(6)放置在将定滑轮(5)下方凹槽内；然后，将定滑轮(5)的中心孔和前、后V形支座钢板(3)的圆形孔对齐；最后，将定滑轮轴(4)分别穿过前方V形支座钢板(3)的圆形孔和定滑轮(5)的中心孔，并从后方V形支座钢板(3)的圆形孔穿出；
步骤五：按设计长度截取钢绞线(7)，将钢绞线(7)的下端与阻尼器活塞杆(31)相连，左、右钢绞线(7)的上端通过施加大小相等的预应力锚固在梁、柱的节点处。
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