自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系的製作方法

2024-01-25 00:43:15

自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種自復位梁-格柵式摩擦牆結構抗震體系，屬於結構工程抗震【技術領域】。格柵金屬結構（7）固定在由復位梁（1）和搖擺柱（2）組成的框架單元中，格柵金屬結構（7）的外側是兩個砌體牆（3）；自復位梁（1）通過角鋼（16）與搖擺柱（2）固定連接，預應力鋼筋（17）採用後張法預埋在自復位梁（1）中，其兩端通過錨具（5）錨固在搖擺柱（2）的外側。搖擺柱（2）放到基礎底座（4）上，在柱腳與基礎底座（4）接觸處鋪設一定厚度的橡膠墊（6）。在地震作用下，搖擺柱（2）和自復位梁（1）發生轉動，帶動格柵金屬結構（7）變形，三者協同工作，分步耗能，以達到減小結構的水平位移、增強結構的消能減震能力的目的。
【專利說明】自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及土木工程抗震【技術領域】，是一種自復位梁-格柵式摩擦牆結構抗震體系O
【背景技術】
[0002]目前，在自復位梁和摩擦牆體方面，國外學者已經開展了一系列的研究，並取得了一定的研究進展。
[0003]在自復位技術方面。所謂「自復位」是指放鬆約束的結構在地震作用下首先發生一定的彎曲變形，超過一定限值後發生搖擺，通過預應力使結構回復到原來的位置。自復位技術能夠有效的消除結構的殘餘變形，使結構在地震作用後經過簡單的修復繼續使用，節約了生產成本。「自復位」的思想最早來源於預製無粘結預應力混凝土框架的研究。通過預應力鋼索，可以很好的控制結構的變形，並且具有良好的自復位能力。鑑於自復位技術的上述優點，自復位技術在很多方面得到了應用，如梁柱節點、鋼結構以及新興的搖擺結構體系
坐寸ο
[0004]在耗能牆體方面。牆體是建築結構中基本構件之一，因為牆體(主要是剪力牆)具有增強結構的抗剪強度的功能，在許多超高層、大跨度等大型複雜結構中的電梯間、消防通道等部位常設置剪力牆，而填充牆由於其結構形式的靈活性，使其成為分割建築空間的最為常用構件。然而，剪力牆雖然具有較大的側向剛度，但是其變形能力和耗能能力較差；填充牆體可提高建築使用功能以及具備一定的初始剛度等優點，但是，其承載能力低，延性差。為此，近年來以牆體為研究對象的消能減震技術不斷發展，研究主要集中在以下幾個方面:阻尼牆體、帶縫剪力牆、新型鋼板剪力牆。
[0005]傳統的抗震理念是一般通過新材料、新體系來增強結構的剛度，這種結構在地震作用時導致相對薄弱的環節破壞。而如果能夠通過降低某些部位的剛度，如放鬆某些部位的約束等，並在這些部位引入耗能裝置，如加耗能牆體等，實現消震與隔震的聯合應用，必能有效防止結構在地震中的破壞，從而達到變被動型抗震為主動性防震的目的。

【發明內容】

[0006]針對以上問題，本發明提出了一種自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系，由自復位梁、搖擺柱和格柵式摩擦牆組成；多個自復位梁由下而上地固定在其兩側的搖擺柱上，用橡膠板將兩根搖擺柱與基礎底面隔開，使其在水平力作用下能夠發生搖擺；自復位梁與搖擺柱之間用角鋼和螺栓固定連接；預應力鋼筋採用後張法埋在自復位梁中，其兩端穿過搖擺柱的預留孔洞，通過錨具錨固在搖擺柱的外側；格柵式摩擦牆是自復位梁和搖擺柱組成的框架單元中的三層牆體，中間為格柵金屬結構、外側為兩個砌體牆；格柵金屬結構的頂端和底端的外水平杆件長度等於柱間距，位于格柵金屬結構中間的內水平杆件的長度略小於柱間距；用角鋼和螺栓將格柵金屬結構頂端和底端的外水平杆件分別固定於上層自復位梁和下層自復位梁上；在格柵金屬結構的四角，外水平杆件與搖擺柱接觸部位用角鋼和螺栓將外水平杆件和搖擺柱固定連接；外側兩個砌體牆主體由砌塊砌制而成，其四周包裹足夠厚度的橡膠板，使其與搖擺柱、自復位梁隔離開，形成獨立的個體。
[0007]格柵金屬結構包括四條外水平杆件、多條內水平杆件、多條豎直杆件和多條長短不一的斜支撐杆件；外水平杆件長度等於柱間距，內水平杆件的長度略小於柱間距；格柵金屬結構的豎直杆件長度略小於層淨高；四條外水平杆件的兩條並列位于格柵金屬結構的頂端，另兩條並列位于格柵金屬結構的底端；將外水平杆件、內水平杆件和豎直杆件按照在框架單元牆體均布的形式相互連接，形成包括內節點和外節點的多層多列的矩形杆件框架結構；第一組相互平行的多個斜支撐杆件斜向連接相應斜度的內節點和外節點；第二組相互平行的斜支撐杆件與第一組交叉斜向連接相應斜度的內節點和外節點。在外水平杆件、內水平杆件和豎直杆件的節點處留有圓形孔洞，第一組斜支撐杆件和第二組斜支撐杆件的節點處開有軸向滑槽，槽寬略大於節點緊固螺栓直徑；格柵金屬結構的頂端和底端外節點的杆件疊加順序為:用節點緊固螺栓順序穿過一側外水平杆件的節點圓形孔洞、第一組斜支撐杆件滑槽、豎直杆件的節點圓形孔洞、第二組斜支撐杆件滑槽和另一側外水平杆件的節點圓形孔洞，所有杆件在節點處均用節點摩擦墊片相互間隔，用節點螺母擰緊固定；其他節點只布置單層內水平杆件，其節點杆件疊加順序為:用節點緊固螺栓順序穿過第一組斜支撐杆件滑槽、豎直杆件的節點圓形孔洞、第二組斜支撐杆件滑槽和內水平杆件的節點圓形孔洞，所有杆件節點處也均用節點摩擦墊片相互間隔，並用節點螺母擰緊固定。
[0008]在自復位梁和搖擺柱的接觸面加設摩擦墊板。
[0009]摩擦墊板和節點摩擦墊片可採用不鏽鋼製成，且表面經磨砂處理。
[0010]根據牆體空間的大小，格柵金屬結構可以在水平方向和豎直方向增加或減少相應杆件的數目。
[0011]外水平杆件的寬度是內水平杆件寬度的1.5倍，豎直杆件和斜支撐杆件的寬度與內水平杆件的寬度相同。
[0012]本發明具有以下特點:(1)與阻尼牆相比，儘管阻尼牆可以為結構提供足夠的附加阻尼，且具有足夠的耗能能力，但從力學角度並未體現「牆體構件」剛度大的優勢，僅在形式上和外觀上佔據牆體空間，本說明提出的格柵式摩擦牆在正常使用條件下具備足夠的側向剛度；(2)與已有的摩擦阻尼裝置相比，本說明提出的格柵式摩擦牆充分利用摩擦特性，實現多點摩擦，多機構耗能，耗能與隔能相結合，耗能能力強，杆件易於更換，並且與自復位梁協同工作可實現震後的有效自復位；(3)自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系構造簡單，方便靈活，構件易於更換。總之，自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系實現了自復位技術與摩擦耗能技術的完美融合，體現了消震與隔震思想在實踐中的有效運用，是結構工程抗震領域的一種新型結構體系。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發明正視圖。
[0014]圖2是本發明內部結構示意圖。
[0015]圖3是格柵金屬結構示意圖。
[0016]圖4是自復位梁與搖擺柱連接示意圖。
[0017]圖5是格柵金屬結構上端外節點連接示意圖。[0018]圖中，I自復位梁，2搖擺柱，3砌體牆，4基礎底座，5錨具，6橡膠板，7格柵金屬結構，8螺栓，9豎直杆件，10外水平杆件，11內水平杆件，12斜支撐杆件，13外節點，14內節點，15墊板，16角鋼，17預應力鋼筋，18節點緊固螺栓，19節點摩擦墊片，20節點螺母，21滑槽。
【具體實施方式】
[0019]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的【具體實施方式】:
[0020]自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系，由自復位梁1、搖擺柱2和格柵式摩擦牆組成；多個自復位梁I由下而上地固定在其兩側的搖擺柱2上，用橡膠板6將兩根搖擺柱2與基礎底面4隔開，使其在水平力作用下能夠發生搖擺；自復位梁I與搖擺柱2之間用角鋼16和螺栓8固定連接；預應力鋼筋17採用後張法埋在自復位梁I中，其兩端穿過搖擺柱2的預留孔洞，通過錨具5錨固在搖擺柱2的外側；格柵式摩擦牆是自復位梁I和搖擺柱2組成的框架單元中的三層牆體，中間為格柵金屬結構7、外側為兩個砌體牆3 ;格柵金屬結構7的頂端和底端的外水平杆件10長度等於柱間距，位于格柵金屬結構7中間的內水平杆件11的長度略小於柱間距；用角鋼16和螺栓8將格柵金屬結構7頂端和底端的外水平杆件10分別固定於上層自復位梁I和下層自復位梁I上；在格柵金屬結構7的四角，外水平杆件10與搖擺柱2接觸部位用角鋼16和螺栓8將外水平杆件10和搖擺柱2固定連接；外側兩個砌體牆3主體由砌塊砌制而成，其四周包裹足夠厚度的橡膠板6，使其與搖擺柱2、自復位梁I隔離開，形成獨立的個體。
[0021]格柵金屬結構7包括四條外水平杆件10、多條內水平杆件11、多條豎直杆件9和多條長短不一的斜支撐杆件12 ;外水平杆件10長度等於柱間距，內水平杆件11的長度略小於柱間距；格柵金屬結構7的豎直杆件9長度略小於層淨高；四條外水平杆件10的兩條並列位于格柵金屬結構7的頂端，另兩條並列位于格柵金屬結構7的底端；將外水平杆件
10、內水平杆件11和豎直杆件9按照在框架單元牆體均布的形式相互連接，形成包括內節點14和外節點13的多層多列的矩形杆件框架結構；第一組相互平行的多個斜支撐杆件12斜向連接相應斜度的內節點14和外節點13 ;第二組相互平行的斜支撐杆件12與第一組交叉斜向連接相應斜度的內節點14和外節點13 ;在外水平杆件10、內水平杆件11和豎直杆件9的節點處留有圓形孔洞，在第一組斜支撐杆件12和第二組斜支撐杆件12的節點處開有軸向滑槽21，槽寬略大於節點緊固螺栓18直徑；格柵金屬結構7的頂端和底端外節點13的杆件疊加順序為:用節點緊固螺栓18順序穿過一側外水平杆件10的節點圓形孔洞、第一組斜支撐杆件滑槽21、豎直杆件9的節點圓形孔洞、第二組斜支撐杆件滑槽21和另一側外水平杆件10的節點圓形孔洞，所有杆件在節點處均用節點摩擦墊片19相互間隔，用節點螺母20擰緊固定；其他節點只布置單層內水平杆件11，其節點杆件疊加順序為:用節點緊固螺栓18順序穿過第一組斜支撐杆件滑槽21、豎直杆件9的節點圓形孔洞、第二組斜支撐杆件滑槽21和內水平杆件11的節點圓形孔洞，所有杆件節點處也均用節點摩擦墊片19相互間隔，並用節點螺母20擰緊固定。
[0022]在自復位梁I和搖擺柱2的接觸面加設摩擦墊板15。
[0023]摩擦墊板15和節點摩擦墊片19採用不鏽鋼製成，且表面經磨砂處理。
[0024]根據牆體空間的大小，格柵金屬結構7可以在水平方向和豎直方向增加或減少相應杆件的數目。
[0025]外水平杆件10的寬度是內水平杆件11寬度的1.5倍，豎直杆件9和斜支撐杆件12的寬度與內水平杆件11的寬度相同。
[0026]具體的實施過程為:
[0027]1.根據擬建自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系的基本參數，選取結構中的某跨作為搖擺跨。
[0028]2.安裝格柵金屬結構7，將所有連杆通過節點緊固螺栓18和節點摩擦墊片19順序連接。結合結構實際參數，通過調整節點緊固螺栓18的堅固程度來控制格格柵金屬結構7的先期摩擦力。
[0029]3製作基礎底面4，將工廠預製的框架柱2放到基礎底面4上，在放置柱子前，在柱腳與基礎底面4接觸處鋪置一定厚度的橡膠板6。
[0030]4.在工廠預製自復位梁I構件，在施工現場通過角鋼16、螺栓8、摩擦墊板15及預應力鋼筋17將自復位梁I與搖擺柱2連接，預應力鋼筋17採用後張法並根據結構參數調整張拉應力。
[0031]5.通過螺栓8及角鋼16將格柵金屬結構7和自復位梁I進行連接。在自復位梁I上砌制砌體牆3，在砌體牆3與自復位梁I和搖擺柱2的接觸面鋪設橡膠板6。
【權利要求】
1.自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系，其特徵在於由自復位梁(I)、搖擺柱(2)和格柵式摩擦牆組成；多個自復位梁(I)由下而上地固定在其兩側的搖擺柱(2)上，用橡膠板(6)將兩根搖擺柱(2)與基礎底面(4)隔開，使其在水平力作用下能夠發生搖擺；自復位梁(I)與搖擺柱(2)之間用角鋼(16)和螺栓(8)固定連接；預應力鋼筋(17)採用後張法埋在自復位梁(I)中，其兩端穿過搖擺柱(2)的預留孔洞，通過錨具(5)錨固在搖擺柱(2)的外側；格柵式摩擦牆是自復位梁(I)和搖擺柱(2)組成的框架單元中的三層牆體，中間為格柵金屬結構(7)、外側為兩個砌體牆(3);格柵金屬結構(7)的頂端和底端的外水平杆件(10)長度等於柱間距，位于格柵金屬結構(7)中間的內水平杆件(11)的長度略小於柱間距；用角鋼(16)和螺栓(8)將格柵金屬結構(7)頂端和底端的外水平杆件(10)分別固定於上層自復位梁(I)和下層自復位梁(I)上；在格柵金屬結構(7 )的四角，外水平杆件(10 )與搖擺柱(2 )接觸部位用角鋼(16)和螺栓(8)將外水平杆件(10)和搖擺柱(2)固定連接；外側兩個砌體牆(3)主體由砌塊砌制而成，其四周包裹足夠厚度的橡膠板(6)，使其與搖擺柱(2)、自復位梁(I)隔離開，形成獨立的個體。
2.根據權利要求1所述的自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系，其特徵在于格柵金屬結構(7)包括四條外水平杆件(10)、多條內水平杆件(11)、多條豎直杆件(9)和多條長短不一的斜支撐杆件(12);外水平杆件(10)長度等於柱間距，內水平杆件(11)的長度略小於柱間距；格柵金屬結構(7)的豎直杆件(9)長度略小於層淨高；四條外水平杆件(10)的兩條並列位于格柵金屬結構(7)的頂端，另兩條並列位于格柵金屬結構(7)的底端；將外水平杆件(10)、內水平杆件(11)和豎直杆件(9)按照在框架單元牆體均布的形式相互連接，形成包括內節點(14)和外節點(13)的多層多列的矩形杆件框架結構；第一組相互平行的多個斜支撐杆件(12)斜向連接相應斜度的內節點(14)和外節點(13);第二組相互平行的斜支撐杆件(12)與第一組交叉斜向連接相應斜度的內節點(14)和外節點(13);在外水平杆件(10)、內水平杆件(11)和豎直杆件(9)的節點處留有圓形孔洞，在第一組斜支撐杆件(12)和第二組斜支撐杆件(12 )的節點處開有軸向滑槽(21 )，槽寬略大於節點緊固螺栓(18 )直徑；格柵金屬結構(7)的頂端和底端外節點(13)的杆件疊加順序為:用節點緊固螺栓(18)順序穿過一側外水平杆件(10)的節點圓形孔洞、第一組斜支撐杆件滑槽(21)、豎直杆件(9)的節點圓形孔洞、第二組斜支撐杆件滑槽(21)和另一側外水平杆件(10)的節點圓形孔洞，所有杆件在節點處均用節點摩擦墊片(19)相互間隔，用節點螺母(20)擰緊固定；其他節點只布置單層內水平杆件(11)，其節點杆件疊加順序為:用節點緊固螺栓(18)順序穿過第一組斜支撐杆件滑槽(21)、豎直杆件(9)的節點圓形孔洞、第二組斜支撐杆件滑槽(21)和內水平杆件(11)的節點圓形孔洞，所有杆件節點處也均用節點摩擦墊片(19)相互間隔，並用節點螺母(20)擰緊固定。
3.根據權利要求1所述的自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系，其特徵在於在自復位梁(I)和搖擺柱(2)的接觸面加設摩擦墊板(15)。
4.根據權利要求2或3所述的自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系，其特徵在於摩擦墊板(15)和節點摩擦墊片(19)可採用不鏽鋼製成，且表面經磨砂處理。
5.根據權利要求1所述的自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系,其特徵在於根據牆體空間的大小，格柵金屬結構(7)可以在水平方向和豎直方向增加或減少相應杆件的數目。
6.根據權利要求1所述的自復位梁-格柵式摩擦牆結構體系，其特徵在於外水平杆件(10)的寬度是內水平杆件(11)寬度的1.5倍，豎直杆件(9)和斜支撐杆件(12)的寬度與內水平杆件(11)的寬度 相同。
【文檔編號】E04B1/98GK103628587SQ201310666462
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】李鋼, 朱立華, 李宏男 申請人:大連理工大學