建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支撐的製作方法

2023-05-08 12:11:41 1

專利名稱：建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支撐的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種建築結構構件，特別涉及一種適用於高層小開間建築的建築節能 與結構一體化牆板式屈曲約束支撐。
背景技術：
1、屈曲約束支撐現代的建築結構都要考慮結構的抗震，尤其是建於地震區的建築，此外結構的設 計還需要考慮抗風性能，鋼結構由於良好的材料性能，被廣泛用於土木工程中。隨著經濟的 發展和城市化進程的加快，高層建築物的數量在不斷地增加，而其中又以鋼結構和鋼與混 凝土組合結構所佔比例最大。現有建築結構系統大多採用抗彎鋼框架體系、支撐框架結構 以及雙重結構體系，而其中以抗彎框架體系最為常用。但是對於抗彎框架體系的高層建築 而言，由於建築的高度而使其結構相對變柔，結構的變形往往超過規範規定的側移限值，因 此結構就需要提高整體的剛度。另外，在大地震的作用下，結構會產生過大的非線性變形， 往往造成震後結構修復困難或者修復成本過高，因而不符合經濟要求。支撐框架結構具有 較好的經濟性，但是由於傳統的支撐鋼結構體系在支撐受壓時會產生屈曲，故往往需要加 大支撐的斷面以符合設計需求，從而又降低了其經濟性，即便如此，仍然不能保證在強震動 下避免屈曲的發生。有鑑於此，國外一些研究者開發出一種受壓時沒有屈曲發生的構件，稱 為屈曲約束支撐(Buckling-Restrained Braces)或者屈曲約束支撐，把它們作為阻尼器使 用在高層建築結構中。目前，屈曲約束支撐已在日本、美國、加拿大等國家得到了廣泛應用。普通的支撐在承受軸向壓力達到一定極限的時候就會發生屈曲現象，當屈曲發生 後，支撐就失去了承載能力，屈曲約束支撐能夠在承受軸向壓力時不發生屈曲，而是與受拉 一樣發生屈服，從而能夠大量吸收輸入整個體系的能量，因此可以用作為一個阻尼裝置。屈曲約束支撐一般由以下三個基本部分組成軸力構件單元，屈曲約束單元和連 接單元。軸力構件單元位於軸心，屈曲約束單元環包在它的周圍，連接單元在軸力構件單元 的二端。當軸力構件單元受壓時，由於受到外部的屈曲約束單元的約束，使軸力構件單元 不會發生屈曲。當壓力達到某極限時，軸力構件單元會發生屈服從而耗散輸入體系的能量。 屈曲約束支撐一般是以軸心支撐的形式連接在鋼結構框架的梁柱節點上的，它主要用作為 結構的抗水平力(風或地震)構件。在水平荷載作用下，只要支撐不發生屈曲，它就可以吸 收輸入系統的能量。目前屈曲約束支撐有兩種形式管式屈曲約束支撐和牆板式屈曲約束支撐。1.1管式屈曲約束支撐1988年，日本建築學會構造論文集第34B冊上登載的論文《由屈曲約束混凝土 和鋼管約束包裹的無粘接支撐的研究》(A study on the unbonded brance encased in buckling—restraining concrete and steel tube)中提出了一禾中現今 艮常見的屈曲約束 支撐，其結構和安裝見圖1。圖中所示的屈曲約束支撐由鋼板構成的軸力構件單元1、屈曲約束單元2、化學材料構成的脫粘接單元3和連接單元4組成，其中屈曲約束單元2由外包 方鋼管8和混凝土的填充單元9構成，屈曲約束支撐一端連接在鋼結構的柱6和梁7的節 點上，其另一端連接在該鋼框架的另一節點上。鋼板製成的軸力構件單元承受軸力荷載；方 鋼管8和混凝土填充單元9組成的屈曲約束單元2從周圍對軸力構件單元1形成約束，以 防止軸力構件單元1在承載到一定極限時發生屈曲；脫粘接單元3可以隔斷軸力構件單元 1和混凝土填充單元9，以便軸力構件單元1受壓時能自由伸縮滑動並在屈服時發生變形； 軸力構件單元1延伸出方鋼管8的外部，並在其端部垂直地焊有直立的加勁鋼板10，以防止 沒有外部約束而可能產生的屈曲。這樣軸力構件單元1的延伸端部與加勁鋼板10就形成 了 「 + 」字形的斷面(A-A剖面)從而構成連接單元4，該連接單元4與鋼結構節點上伸出的 由鋼板構成的二相互垂直的連接板通過連接綴板和螺栓連接起來。1.2牆板式屈曲約束支撐 由於上述的管式屈曲約束支撐的截面一般比較大，大多數的截面高度大於350毫 米，所以主要適用於鋼結構的大開間建築。但是對於高層的小開間建築，特別是高層的旅館 酒店等，其結構梁柱的布置經常也同建築要求一樣為小開間，它們不僅需要框架支撐而且 還需要大量的牆板來分隔空間，因此在這種場合下使用現有的屈曲約束支撐就顯得既不經 濟也不合理了。我國的謝強與趙亮獲得了中國授權的使用新型專利《牆板式屈曲約束支撐》(專利 號ZL2005200402487)很好地解決了上述問題，這種支撐在承受水平荷載的同時，又利用 外部的約束牆板有效地分隔了空間，結構既合理又經濟，具有承受水平荷載和分隔空間的 雙重功能。其結構和安裝如圖2所示，此種牆板式屈曲約束支撐，包括有軸力構件單元1、屈 曲約束單元2、連接單元4和脫粘接單元3。其中軸力構件單元1由鋼板構成；屈曲約束單 元2由混凝土牆板構成；在屈曲約束單元2和軸力構件單元1之間設置有脫粘接單元3 ；連 接單元4是由軸力構件單元1的鋼板伸出在屈曲約束單元2以外的端部部分構成，其截面 大於軸力構件單元1的鋼板的截面；牆板式屈曲約束支撐的連接單元4分別焊接或固定連 接在高層小開間建築結構框架的梁7與柱6結合的節點上或者梁7上。2、建築節能所謂建築節能，就是在滿足居住舒適性要求的前提下，在建築中使用隔熱保溫的 新型牆體材料和高能效比的採暖空調設備，達到節約能源、減少能耗、提高能源利用率的目 的。我國人口眾多，能源資源相對缺乏，人均能源佔有量僅為世界平均水平的40 %。但 是能源消費總量卻很高，已達世界第二。就建築節能來說，建築既是人類活動的基本場所， 也是大量消耗能源、資源的重要環節。目前我國每年新建築中，只有10% 15%達到國家 制定的強制性節能標準，80%以上為高耗能建築；既有的400億m2建築中，95%以上是高能 耗建築，這即對社會造成了沉重的能源負擔和嚴重的環境汙染，也制約了我國的可持續發 展。嚴峻的能源和能耗試試告訴我們，中國要走可持續發展道路，發展節能與濾色建築已刻 不容緩。而隨著我國經濟持續快速穩定地增長，建築事業的迅速發展，人均建築面積將會不 斷提高，對住宅的舒適度要求也會越來越高，採暖和空調設施將會快速增長，因而建築能耗 將會大幅度增加，建築能耗佔總能耗的比重也會越來越大。
鑑於我國建築能耗的嚴峻形勢，國家建設部通過頒布各項管理條例，對我國民用 建築節能進行了嚴格的規定。規定中的民用建築節能是指民用建築在規劃、設計、建造和使 用過程中，通過採用新型牆體材料，執行建築節能標準，加強建築物用能設備的運行管理， 合理設計建築維護結構的熱工性能，提高採暖、製冷、照明、通風、給排水和通道系統的運行 效率，以及利用可再生能源，在保證建築物使用功能和室內熱環境質量的前提下，降低建築 能源消耗，合理、有效地利用能源的活動。
3、膨脹聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)為確保建築絕熱工程的節能效果，應選用高效優質的保溫隔熱材料。一般將導熱 係數小於或等於0.05W/(m· 的稱為高效保溫隔熱材料。而聚苯乙烯泡沫塑料在此範圍 內，它是最常用的建築保溫隔熱材料之一。聚苯乙烯泡沫塑料板通常簡稱聚苯板，作為建築保溫隔熱用途的聚苯板一般有兩 類，一類是膨脹聚苯板，也成模塑聚苯板，簡稱EPS ；—類是擠塑聚苯板，簡稱XPS。在建築保 溫隔熱中，前者主要用於外牆外保溫的場合，後者主要應用於屋面保溫及其他場合的保溫 隔熱。EPS由完全封閉的多面體形蜂窩構成，蜂窩內的空氣是一種熱的不良導體，這決定了 EPS具有非常優良的絕熱性。

發明內容
本發明的目的在於提供一種建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支撐。本發明提出的建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支撐，由軸力構件單元1、屈 曲約束單元2、脫粘接單元3、連接單元4和保溫隔熱單元5組成，其中所述軸力構件單元 1由鋼板構成，其數量和位置可根據需要設置；屈曲約束單元2由混凝土牆板構成，軸力構 件單元1外包裹有脫粘接單元3，脫粘接單元3之外包裹了屈曲約束單元2，所述連接單元4 由軸力構件單元1兩端伸出在屈曲約束單元2以外的端部部分構成，其截面大於軸力構件 單元1的鋼板的截面以增加承載力，從而避免在失去屈曲約束單元2的約束條件下該部位 過早地發生屈曲；所述連接單元5分別焊接或錨固連接在框架結構的梁7與柱6結合的節 點上或者梁7上；所述保溫隔熱單元5採用輔有抹灰牆體保溫層，保溫隔熱單元5包覆於屈 曲約束單元2前、後兩側。本發明中，所述屈曲約束單元2的混凝土牆板可由鋼筋混凝土或纖維混凝土製 成。本發明中，所述保溫隔熱單元5的材料為膨脹聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)。本發明中，所述脫粘接單元3由矽膠組成。本發明中，所述保溫隔熱單元5由膠粘劑11、聚苯板12、錨固件13、網格布14和加 強層15依次安裝組成。本發明的優點在於，一方面它將建築牆板與屈曲約束支撐結合在一個構件中，起 到了既分隔建築空間又增強結構抗側剛度的雙重作用；另一方面採用了 EPS材料製成的牆 體保溫層，這大幅提高了建築物牆體的保溫隔熱性能。


圖1是傳統管式屈曲約束支撐的結構和安裝示意圖。其中(a)為整體結構圖示，(b)為A-A剖視圖，(c)為B-B剖視圖，(d)為C-C剖視圖。圖2是牆板式屈曲約束支撐的結構和安裝示意圖。其中(a)為整體結構圖示，(b) 為D-D剖視圖，(c)為E-E剖視圖。圖3是本發明建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支撐的結構和安 裝示意圖。 其中(a)為結構安裝流程圖示，(b)為整體結構圖示，(c)為結構三維剖視圖。圖4是本發明保溫隔熱單元的結構與安裝示意圖。其中(a)為保溫隔熱層結構 剖面圖示，(b)為整體結構圖示。圖中標號1為軸力構件單元，2為屈曲約束單元，3為脫粘接單元，4為連接單元， 5為保溫隔熱單元，6為柱，7為梁，8為外包方鋼管，9為混凝土填充單元，10為加勁鋼板，11 為膠粘劑，12為聚苯板，13為錨固件，14為網格布，15為加強層。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。參閱附圖3，圖中所示的建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支撐由軸力構件 單元1、屈曲約束單元2、脫粘接單元3、連接單元4和保溫隔熱單元5組成。所述軸力構件 單元1由鋼板構成，其數量和位置可根據需要設置；屈曲約束單元2由混凝土牆板構成，該 混凝土牆板可由鋼筋混凝土製成，也可以由纖維混凝土製成；在上述屈曲約束單元2和軸 力構件單元1之間設置有脫粘接單元3，該脫粘接單元3由矽膠組成；所述連接單元4是由 軸力構件單元1的鋼板伸出在屈曲約束單元2以外的端部部分構成，其截面大於軸力構件 單元1的鋼板的截面以增加承載力，從而避免在失去屈曲約束單元2的約束的條件下該部 位過早地發生屈曲。上述牆板式屈曲約束支撐的連接單元4分別焊接或錨固連接在框架結構的梁7與 柱6結合的節點上或者梁7上。本發明在製造時，首先將軸力構件單元1的鋼板用矽膠包裹，從而形成脫粘接單 元3，然後再澆注鋼筋混凝土或纖維混凝土形成牆板作為屈曲約束單元2，在混凝土達到預 期的強度後，再將整體的牆板式屈曲約束支撐進行安裝。安裝後的牆板式屈曲約束支撐既 承受了水平荷載又起到了分隔空間的作用。在混凝土牆板式屈曲約束部件製造完成後，即可進行保溫隔熱單元5的製作與安 裝，參見圖4，其施工流程如下◎基層處理去除基層表面雜物，剔鑿修平屈曲約束單元2的混凝土面板；◎測量放線對需要開洞或其他需求的牆面進行放線定位；◎配製底層聚合物膠粘劑11 按照特定配合比配製底層聚合物水泥膠粘劑，攪拌 均勻待用；◎鋪設翻包網按照尺寸要求塗施膠粘劑11，布好網格布，清除多餘膠粘劑，保持 甩出部分網格布的清潔；◎粘貼聚苯板按特定施工工藝粘貼聚苯板12 ；◎安裝錨固件在粘貼聚苯板後二十四小時進行錨固件13的安裝，錨固件的數量 根據牆體高度和功能性質確定；◎牆板邊縫的施工對牆板支撐四邊的縫隙，根據已定尺寸，對中將將網格布壓入縫隙，表面塗抹抹面膠漿，再從兩面將塑料條壓入縫隙，使塑料條的邊緣與保溫板表面平 齊。兩邊網格布壓入抹面膠漿中，不允許有翹邊、皺褶等現象；◎粘貼網格布14 粘貼網格布，對側邊外露的翻包進行處理，並在表面抹面膠漿 處理，；◎加強層15施工為了保證2000MPa的抗衝擊要求，在標準外保溫基礎上加一層 網格布和抹一道抹面膠漿罩面，以提高抗衝擊強度。◎修理以及塗料施工。
保溫隔熱層完成後，也就完成了本發明建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支 撐的製造與安裝。
權利要求
一種建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支撐，由軸力構件單元(1)、屈曲約束單元(2)、脫粘接單元(3)、連接單元(4)和保溫隔熱單元(5)組成，其特徵在於所述軸力構件單元(1)由鋼板構成，其數量和位置可根據需要設置；屈曲約束單元(2)由混凝土牆板構成，軸力構件單元(1)外包裹有脫粘接單元(3)，脫粘接單元(3)外是屈曲約束單元(2)，所述連接單元(4)由軸力構件單元(1)兩端伸出在屈曲約束單元(2)以外的端部部分構成，其截面大於軸力構件單元(1)的鋼板的截面以增加承載力，從而避免在失去屈曲約束單元(2)的約束的條件下該部位過早地發生屈曲；所述連接單元(4)分別焊接或錨固連接在框架結構的梁(7)與柱(6)結合的節點上或者梁(7)上；所述保溫隔熱單元(5)採用輔有抹灰牆體保溫層，保溫隔熱單元(5)包覆於屈曲約束單元(2)前、後兩側。
2.根據權利要求1所述的建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支撐，其特徵在於所 述屈曲約束單元(2)的混凝土牆板可由鋼筋混凝土或纖維混凝土製成。
3.根據權利要求1所述的建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支撐，其特徵在於所 述保溫隔熱單元(5)的材料為膨脹聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)。
4.根據權利要求1所述的建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支撐，其特徵在於所 述脫粘接單元(3)由矽膠組成。
5.根據權利要求1所述的建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支撐，其特徵在於所 述保溫隔熱單元(5)由膠粘劑(11)、聚苯板(12)、錨固件(13)、網格布(14)和加強層(15) 依次安裝組成。
全文摘要
本發明涉及一種建築節能與結構一體化牆板式屈曲約束支撐，其組成包括軸力構件單元、屈曲約束單元、連接單元、脫粘接單元和保溫隔熱單元。所述軸力構件單元由鋼板製成，所述屈曲約束單元為混凝土牆板，由鋼筋混凝土或者纖維混凝土製成，所述保溫隔熱單元為輔有錨栓的薄抹灰牆體保溫層，其保溫隔熱材料選為膨脹聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)。本發明的優點在於，一方面它將建築牆板與屈曲約束支撐結合在一個構件中，起到了既分隔建築空間又增強結構抗側剛度的雙重作用；另一方面採用了EPS材料製成的牆體保溫層，這大幅提高了建築物牆體的保溫隔熱性能。
文檔編號E04B2/56GK101967854SQ20101029294
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者謝強 申請人:同濟大學