CN210621923U - 一种基于相变墙体的装配式混凝土框架结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，包括梁柱框架、设置在梁柱框架中的墙体、连接框架柱与墙体的第一连接件以及连接框架梁与墙体的第二连接件；第一连接件为可变形构件；第二连接件刚性构件；所述的墙体内设置有能够产生蓄冷或者蓄热效果的相变构件。该种连接方案在提高结构及墙体的耗能能力的同时，也减小了墙体易发生平面外地震反应甚至倒塌现象。同时将墙体内的管道与太阳能集热系统连接，通过相变储能材料的蓄热蓄冷作用更好地减少了建筑运行能耗，从建筑取材的角度实现了建筑的节能运行，实现住宅用户的冬季采暖、夏季制冷的效果。

Description

一种基于相变墙体的装配式混凝土框架结构

技术领域

本实用新型属于混凝土框架结构抗震减灾技术领域，具体涉及一种基于相变墙体的装配式混凝土框架结构。

背景技术

装配式混凝土结构是指结构部分或全部构件提前预制，通过机械吊装和一定的连接手段，将结构各个部分连接成一个整体。装配式混凝土结构优点是质量好、生产效率高、工人劳动强度低且节能环保。但由于其抗震性能较差等原因，在一定程度上限制了该结构体系的推广应用。而其中框架-填充墙结构是建筑工程中广泛使用的一种结构体系。其中框架结构为主结构，而填充墙作为非承重构件主要起围护功能，在墙体未破坏之前与主结构共同参与工作，一旦破坏即退出工作。由于考虑到填充墙在地震作用下破坏后对结构的副作用，因此在我国现行规范中，并未考虑到填充墙在未破坏状态时对结构的有利影响。而框架-填充墙抗震减震性能主要通过构件之间的连接实现，包括梁柱连接及墙框连接，其中墙框连接分为墙柱连接与墙梁连接。而在实际施工过程中，为了保证墙体的稳定性与便于施工，一般采用使墙体与框架梁柱周边嵌实的做法，或者通过拉结筋等加强构件之间的连接，也称之为“刚性连接”。刚性连接能够在一定程度上保证墙体的整体稳定性，同时也具有隔音隔热等优点。但是从整体结构上来看，该种做法使得墙体吸收了较大的地震能量，而墙体的刚度较框架梁柱刚度较低，因此在地震作用下墙体更易于破坏，继而导致对主结构的破坏。与此对应的柔性连接能够增大主次结构的耗能能力，但是存在结构承载力较差及墙体平面外地震反应较大。

随着经济的发展和社会的进步，能耗生产总量出现了持续增长，但我国可持续能源利用率低，在资源和环境的双重压力下，节能已成为亟需解决的问题。建筑能耗在社会总能耗中占比较大，且已经成为继工业能耗、交通能耗后第三大社会能耗消耗主体，相变材料由于具有巨大的蓄热性能，能储存多余的热量，并在需要时释放出来，降低了建筑物的运行能耗。将相变储能材料应用与建筑结构中，同时结合利用太阳能能源，研制适应季节性的相变墙体以此更好的减少建筑能耗，从而实现节能的目标，同时也为相变储能材料与建筑的结合使用提供了一定的思路。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，满足建筑结构抗震减灾的同时将相变材料与建筑结构结合实现绿色节能建筑。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，包括梁柱框架、设置在梁柱框架中的墙体、连接框架柱与墙体的第一连接件以及连接框架梁与墙体的第二连接件；所述的第一连接件为可变形构件；所述的第二连接件刚性构件；所述的墙体内设置有能够产生蓄冷或者蓄热效果的相变构件。

具体的，所述的第一连接件包括板式弹簧、第一连接件和第二连接件，所述的第一连接件为槽形体，且在槽口处设置有外凸缘；所述的板式弹簧上设置有供第一连接件的两侧部穿过的第一通孔和供第二连接件穿过的第二通孔；所述的第一连接件的凸缘部与墙体连接，另一端通过所述的第一通孔与板式弹簧连接；所述的第二连接件一端预埋在框架柱中，另一端通过所述的第二通孔与板式弹簧连接。

更具体的，所述的板式弹簧由多片钢板叠合连接而成，钢板的直径从底层至顶层逐渐增加，所述的第一通孔设置在多层钢板的中心并贯通每层钢板，所述的第二通孔设置在最底层钢板的边缘处；所有的钢板的横截面均为弧度一致的弧形；所述的第二连接件为螺栓。

具体的，所述的第一连接件包括橡胶垫、波形弹簧以及预制墙体时预留的水平拉结筋，水平拉结筋与框架柱中的钢筋笼连接；所述的橡胶垫上设置有供水平拉结筋穿过的开孔；所述的波形弹簧和橡胶垫设置在框架柱与墙体之间，波形弹簧固定在橡胶垫上。

具体的，所述的第二连接件为角钢，角钢的两个面上均设置有长圆形螺栓孔。

具体的，所述的第二连接件为竖向拉结筋，竖向拉结筋的一端设置在墙体中，另一端与框架梁连接。

具体的，位于墙体与底梁或楼板之间的第二连接件包括橡胶垫、波形弹簧以及预制墙体时预留竖向拉结筋，竖向拉结筋与底梁或楼板中的钢筋笼连接；所述的波形弹簧和橡胶垫设置在底梁或楼板与墙体之间，其中，波形弹簧固定在橡胶垫上。

优选的，梁柱框架与墙体连接的墙角处设置有橡胶垫。

具体的，所述的墙体为预制式相变墙体，所述的墙体内部设置有放置相变构件的孔洞，所述的相变构件包括内部管道和包覆在管道外的相变材料，相变构件的外部轮廓形状与孔洞的形状匹配。

更具体的，所述的墙体由多个墙体单元拼接而成，每两个相邻墙体单元之间通过矩形箍筋连接，其中，每个墙体单元的两侧设置有延伸至其外部的水平筋，相邻墙体单元的水平筋固定在矩形箍筋上，并在相邻墙体单元之间浇筑有混凝土。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型中墙柱连接采用柔性连接方案，墙梁连接采用刚性(半刚性)连接方案。框架柱、框架梁及预制墙体通过墙框连接件使结构并联成整体，结构设置成三道抗震防线，即墙框连接件——次结构(即预制墙体)——主结构(即框架梁柱)，通过多道抗震防线，三者均参与工作，该种连接方案在提高结构及墙体的耗能能力的同时，也减小了墙体易发生平面外地震反应甚至倒塌现象。

(2)本实用新型将墙体设置为相变墙体，墙体内的管道可与太阳能集热系统连接，通过相变储能材料的蓄热蓄冷作用更好地减少了建筑运行能耗，从建筑取材的角度实现了建筑的节能运行，实现住宅用户的冬季采暖、夏季制冷的效果。

(3)本实用新型通过预制空心钢筋混凝土墙体及预制相变构件实现建筑装配化，构件可大量标准化大量生产，几乎不受天气情况等影响，减少施工现场的建筑垃圾，节能环保，缩短工期以及节约人力等优点，能够更广泛地适用于不同地区不同工况下建筑内外墙的拼接安装。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的装配式混凝土框架体系示意图。

图2是实施例1中第一连接件的结构示意图。

图3是图2的正面示意图。

图4是实施例1中预制柱和预制墙的连接示意图。

图5是实施例2中第一连接件的结构示意图。

图6是实施例2中现浇柱和预制墙的连接示意图。

图7是实施例3中第二连接件结构示意图。

图8是实施例3中预制梁和预制墙的连接示意图。

图9是实施例4中现浇梁和预制墙的连接示意图。

图10是实施例5中底梁或楼板梁和预制墙的连接示意图。

图11是本实用新型的相变墙体的结构示意图。

图12是本实用新型相变构件结构示意图。

图中各标号表示为：

1-梁柱框架，2-墙体，3-第一连接件，4-第二连接件，5-相变构件，6-橡胶垫，7-波形弹簧；

11-框架柱，12-框架梁；

21-水平拉结筋，22-竖向拉结筋，23-孔洞，24-墙体单元，25-矩形箍筋；

241-马牙槽；

31-板式弹簧，32-第一连接体，33-第二连接体；

311-第一通孔，312-第二通孔，313-钢板；321-外凸缘；341-第三通孔；

41-角钢，411-长圆形螺栓孔；

51-管道，52-相变材料；

61-橡胶层，62-纤维层。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1至图4所示，本实施例公开了一种基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，主要包括梁柱框架1、设置在梁柱框架中的墙体2、连接框架柱11与墙体2的第一连接件3以及连接框架梁12与墙体2的第二连接件4。本实施例中，墙体2为预制墙体，梁柱框架中的柱体为预制柱体。

其中，第一连接件3为可变形柔性构件，具体的，如图2所示，本实施例中第一连接件3包括板式弹簧31、第一连接体32和第二连接体33，第一连接体32为槽形体，且在槽口处设置有外凸缘321，整体为Ω型结构体。板式弹簧31上设置有供第一连接件32的两侧部穿过的第一通孔311和供第二连接体33穿过的第二通孔312；第一连接件32的凸缘部与墙体2连接，另一端通过第一通孔311与板式弹簧31连接。第二连接体33为螺栓，第二连接体33一端预埋在框架柱11中，另一端通过第二通孔312与板式弹簧31连接。在完成第一连接件的连接之后，将墙体2与框架柱11之间的缝隙用填缝材料填充，并用建筑密封胶封缝，填缝材料可选用聚苯乙烯泡沫塑料板条或聚氨酯发泡材料等；所述的建筑专业密封胶可选用改性硅酮胶或其他弹性密封材料封缝。

其中，板式弹簧31由多片钢板313叠合连接而成，板式弹簧的总厚度大约为20mm。钢板313的直径从底层至顶层逐渐增加，第一通孔311设置在多层钢板的中心并贯通每层钢板313，第二通孔312设置在最底层钢板的边缘处，如图3所示。钢板313的横截面均为弧度一致的弧形，增加板式弹簧31的弹性，增加框架结构的抗力。

第二连接件4为刚性构件或者半刚性构件，当墙梁连接为刚性连接方式，且墙体2为预制墙体，梁柱框架中的梁为预制梁时。如图7和图8所示，本实施例中第二连接件4为角钢41，角钢41的两个面上均设置有长圆形螺栓孔411。角钢41的两个面分别通过螺栓固定在框架梁12与墙体2上，其中长圆形螺栓孔411沿角钢的短边方向，使得墙梁能够产生一定的微位移。墙梁连接采用刚性连接较墙柱刚性连接更易减少墙体平面外地震反应，且耗能能力更强，角钢41的使用不仅能够在一定程度上保证预制墙体不易发生平面外倒塌，同时避免结构发生扭转破坏。同时为避免螺栓孔附近容易因为应力集中使得连接件发生破坏，在角钢螺栓孔内沿孔布置橡胶垫圈。

当墙梁连接为刚性连接方式，且墙体2为预制墙体，梁柱框架中的梁为现浇梁时。将预制墙体2时候预留的竖向拉结筋22作为第二连接件4，如图9所示，预留外部的竖向拉结筋22再与现浇梁12连接。

当墙梁连接为半刚性连接方式，且墙体2为预制墙体，梁柱框架中的梁为底梁或楼板时，如图10所示，第二连接件4包括橡胶垫6、波形弹簧7以及预制墙体2时预留竖向拉结筋22，竖向拉结筋22与底梁或楼板中的钢筋笼绑扎或焊接。波形弹簧7和橡胶垫6设置在底梁或楼板与墙体2之间，其中，波形弹簧7固定在橡胶垫6上，橡胶垫6位于楼板侧，波形弹簧7位于墙体侧。波形弹簧与普通弹簧相比，能够在具有相同力值的前提下降低弹簧高度，更多地节省空间。波形弹簧7为金属薄圆环上具有若干峰谷的弹性元件，波形弹簧7与橡胶垫6为点式布置方式，点支撑橡胶垫较线支撑、面支撑，结构的固有频率最低，隔震效果相对较好，同时从节省能源角度考虑，点式布置将减少橡胶垫及波形弹簧的使用量。

其中，如图5所示，橡胶垫6由外部两层橡胶层61与夹层纤维层62制成。纤维层的布置主要是由于考虑目前橡胶垫存在易老化、撕裂现象等问题，同时进行柔性连接时仅仅使用橡胶垫使得结构的隔音防水效果较差，因此纤维层同时能够提高结构的隔音防水效果。

在本实施例中，墙体2内设置有能够产生蓄冷或者蓄热效果的相变构件5。具体的，如图11所示，墙体2为预制式相变墙体，墙体2内部设置有放置相变构件5的孔洞23。如图12所示，相变构件5包括内部管道51和包覆在管道51外的相变材料52，相变构件5的外部轮廓形状与孔洞23的形状匹配。管道51可与室内的制冷采暖系统连接，通过相变储能材料的蓄热蓄冷作用更好地减少了建筑运行能耗，从建筑取材的角度实现了建筑的节能运行，实现住宅用户的冬季采暖、夏季制冷的效果。另外，在墙体2的上下侧均预留凹槽，用于放置管道51。

本实施例的墙体优选预制墙体，在本实施例中，预制墙体是由多个标准预制墙体单元24通过现场浇筑混凝土水平拼接形成，每两个相邻墙体单元24之间通过矩形箍筋25连接，其中，每个墙体单元24的两侧设置有延伸至其外部的水平拉结筋21，相邻墙体单元的水平拉结筋21固定在矩形箍筋25上，并在相邻墙体单元之间浇筑有混凝土。另外，相变构件5也可预制为标准件。本实用新型通过预制空心钢筋混凝土墙体及预制相变构件实现建筑装配化，构件可大量标准化大量生产，几乎不受天气情况等影响，减少施工现场的建筑垃圾，节能环保，缩短工期以及节约人力等优点，能够更广泛地适用于不同地区不同工况下建筑内外墙的拼接安装。

最好的，在墙体单元24的两侧设置马牙槽241，增加墙体的整体性和稳定性，使得水平拼接的预制空心模板连接更为紧密，且受力也较为均匀。

在本实用新型中，预制墙体2作为预损伤部位，即为次结构，次结构损伤前对结构整体的抗侧刚度有较大贡献，损伤后对结构竖向承载力影响不大。框架柱11、框架梁12及预制墙体2通过墙框连接件使结构并联成整体，结构设置成三道抗震防线，即墙框连接件——次结构(即预制墙体)——主结构(即框架梁柱)，通过多道抗震防线，三者均参与工作，但每个工作阶段中主要起作用的构件分别为连接件、次结构、主结构。

作为本实施例的一个优选方案，梁柱框架与墙体连接的墙角处设置有橡胶垫6，橡胶垫6的厚度应保证结构位移角达到1/50。以此减少墙体或主框架运动过程中对墙角的损伤，避免墙体因墙角的破坏及其裂缝的发展。。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中的墙体2为预制墙体，梁柱框架中的柱体为现浇柱体，第一连接件3的结构与实施例1不同。

如图6所示，本实施例的第一连接件3包括橡胶垫6、波形弹簧7，以及预制墙体2时预留的水平拉结筋21，水平拉结筋21与框架柱11中的钢筋笼绑扎或焊接；橡胶垫6上设置有供水平拉结筋21穿过的第三通孔341；波形弹簧7和橡胶垫6设置在框架柱11与墙体2之间，波形弹簧7固定在橡胶垫6上，并使用填缝材料将缝隙封闭。其结构和连接与实施例1中预制墙体与底梁或楼板连接时的第二连接件类似。

第二连接件的选择同实施例1。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，同样应当视其为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，包括梁柱框架(1)和设置在梁柱框架中的墙体(2)，其特征在于，还包括连接框架柱(11)与墙体(2)的第一连接件(3)以及连接框架梁(12)与墙体(2)的第二连接件(4)；

所述的第一连接件(3)为可变形构件；所述的第二连接件(4)为刚性构件；所述的墙体(2)内设置有能够产生蓄冷或者蓄热效果的相变构件(5)。

2.如权利要求1所述的基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，其特征在于，所述的第一连接件(3)包括板式弹簧(31)、第一连接体(32)和第二连接体(33)，所述的第一连接体(32)为槽形体，且在槽口处设置有外凸缘(321)；所述的板式弹簧(31)上设置有供第一连接体(32)的两侧部穿过的第一通孔(311)和供第二连接体(33)穿过的第二通孔(312)；所述的第一连接体(32)的凸缘部与墙体(2)连接，另一端通过所述的第一通孔(311)与板式弹簧(31)连接；所述的第二连接体(33)一端预埋在框架柱(11)中，另一端通过所述的第二通孔(312)与板式弹簧(31)连接。

3.如权利要求2所述的基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，其特征在于，所述的板式弹簧(31)由多片钢板(313)叠合连接而成，钢板(313)的直径从底层至顶层逐渐增加，所述的第一通孔(311)设置在多层钢板的中心并贯通每层钢板(313)，所述的第二通孔(312)设置在最底层钢板的边缘处；所有的钢板(313)的横截面均为弧度一致的弧形；所述的第二连接体(33)为螺栓。

4.如权利要求1所述的基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，其特征在于，所述的第一连接件(3)包括橡胶垫(6)、波形弹簧(7)以及预制墙体(2)时预留的水平拉结筋(21)，水平拉结筋(21)与框架柱(11)中的钢筋笼连接；所述的橡胶垫(6)上设置有供水平拉结筋(21)穿过的第三通孔(341)；所述的波形弹簧(7)和橡胶垫(6)设置在框架柱(11)与墙体(2)之间，波形弹簧(7)固定在橡胶垫(6)上。

5.如权利要求1所述的基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，其特征在于，所述的第二连接件(4)为角钢(41)，角钢(41)的两个面上均设置有长圆形螺栓孔(411)。

6.如权利要求1所述的基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，其特征在于，所述的第二连接件(4)为竖向拉结筋(22)，竖向拉结筋(22)的一端设置在墙体(2)中，另一端与框架梁(12)连接。

7.如权利要求1所述的基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，其特征在于，位于墙体(2)与底梁或楼板之间的第二连接件(4)包括橡胶垫(6)、波形弹簧(7)以及预制墙体(2)时预留竖向拉结筋(22)，竖向拉结筋(22)与底梁或楼板中的钢筋笼连接；所述的波形弹簧(7)和橡胶垫(6)设置在底梁或楼板与墙体(2)之间，其中，波形弹簧(7)固定在橡胶垫(6)上。

8.如权利要求1所述的基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，其特征在于，梁柱框架(1)与墙体(2)连接的墙角处设置有橡胶垫(6)。

9.如权利要求1所述的基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，其特征在于，所述的墙体(2)为预制式相变墙体，所述的墙体(2)内部设置有放置相变构件(5)的孔洞(23)，所述的相变构件(5)包括内部管道(51)和包覆在管道(51)外的相变材料(52)，相变构件(5)的外部轮廓形状与孔洞(23)的形状匹配。

10.如权利要求9所述的基于相变墙体的装配式混凝土框架结构，其特征在于，所述的墙体(2)由多个墙体单元(24)拼接而成，每两个相邻墙体单元(24)之间通过矩形箍筋(25)连接，其中，每个墙体单元(24)的两侧设置有延伸至其外部的水平拉结筋(21)，相邻墙体单元的水平拉结筋(21)固定在矩形箍筋(25)上，并在相邻墙体单元之间浇筑有混凝土。

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