專利名稱：摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗震建筑結(jié)構(gòu)。
建筑結(jié)構(gòu)的抗震通常是增強(qiáng)建筑物的整體性，依靠結(jié)構(gòu)材料的內(nèi)摩擦，主要是塑性變形產(chǎn)生阻尼來消耗地震能，也就是說依靠主體結(jié)構(gòu)的永久性損傷、甚至破壞來耗散地震能。這種方法存在的問題是1.主體結(jié)構(gòu)既承擔(dān)垂直荷載，又肩負(fù)消耗地震能的功能，尤其是豎向承載構(gòu)件，因塑性變形使水平變位過大，大震時(shí)容易由P-△效應(yīng)引起建筑物倒塌。
2.地震時(shí)，結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性工作狀態(tài)起步較晚，即主要耗能機(jī)制起作用較晚，建筑物的固有頻率又很難避開地震頻率，往往產(chǎn)生共振，致使結(jié)構(gòu)承受巨大的地震力，為抵抗地震力需消耗大量的結(jié)構(gòu)材料。
3.結(jié)構(gòu)大量耗能時(shí)處于塑性工作狀態(tài)，因此變形很大，則建筑物的非結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，而且地震之后，結(jié)構(gòu)的殘余變形較大。
4.大震之后，結(jié)構(gòu)雖然可以避免倒塌，但損傷嚴(yán)重，難以修復(fù)。
目前，建筑結(jié)構(gòu)的抗震還有在建筑物主體與基礎(chǔ)連接處采取活動(dòng)支座的方法，以削減地震產(chǎn)生的剪切力，但也存在一些問題，例如，活動(dòng)支座采用橡膠墊，不能適用于高層建筑;還有在屋頂加質(zhì)量塊的方法，但需電腦控制，經(jīng)常檢修，而且可靠性較差，造價(jià)較高;在基礎(chǔ)上加隔震減震裝置，多為較復(fù)雜的機(jī)具和彈簧等。
本發(fā)明的目的是將整體結(jié)構(gòu)或某局部建筑構(gòu)件分離，依靠其相對滑移，產(chǎn)生摩擦耗能來達(dá)到減震。
本發(fā)明的摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)是將建筑物的整體結(jié)構(gòu)沿豎直方向或水平方向分成兩個(gè)以上部分，或者將局部結(jié)構(gòu)與整體結(jié)構(gòu)分離，其間設(shè)抗震縫，縫內(nèi)設(shè)滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)，由滑動(dòng)阻尼器連接。
滑動(dòng)阻尼器固定在兩側(cè)構(gòu)件上，由至少一對摩擦片和高強(qiáng)螺栓組成，其中一個(gè)摩擦片上設(shè)有長孔，另一摩擦片上設(shè)有圓孔，兩摩擦片用高強(qiáng)螺栓連接，可沿長孔相對滑動(dòng)，兩對以上摩擦片可以組合連接，摩擦片上的長孔可水平單向、水平雙向或空間三向設(shè)置。
上述整體結(jié)構(gòu)可以是框剪結(jié)構(gòu)，抗震縫將其豎向分割，其滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)在剪力墻與框架柱、梁之間。
上述整體結(jié)構(gòu)也可以是剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震縫將其豎向分割，滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)在墻與墻之間。
整體結(jié)構(gòu)可以是外框內(nèi)筒結(jié)構(gòu)，抗震縫將其豎向分割，滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)在內(nèi)筒與框架交界處。
整體結(jié)構(gòu)還可以是束筒結(jié)構(gòu)，抗震縫將其豎向分割，滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)在筒與筒交界處。
抗震縫可將整體結(jié)構(gòu)水平方向分割，滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)可設(shè)在建筑物頂層與下層之間。
當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，建筑物的各分離部分沿滑動(dòng)阻尼器的長孔方向產(chǎn)生有限的滑動(dòng)和摩擦，從而消耗了地震能，減小了地震振幅，使結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)，抗震能力大大提高。
地震過后，結(jié)構(gòu)的抗力變成彈性恢復(fù)力，只要?jiǎng)幽Σ亮π∮趶椥曰謴?fù)力，結(jié)構(gòu)變位會大部分恢復(fù)，其殘余變形大小與滑動(dòng)摩擦力大小有關(guān)，為消除殘余變形，只需在滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)處松開高強(qiáng)螺栓，完全恢復(fù)變形后，再行擰緊，則結(jié)構(gòu)與地震前的狀態(tài)無異。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)處處耗能變?yōu)榛瑒?dòng)阻尼器集中耗能，以保障主體結(jié)構(gòu)不受或少受損傷?；瑒?dòng)節(jié)點(diǎn)起開關(guān)作用，當(dāng)結(jié)構(gòu)在一般風(fēng)載和較小地震作用下，節(jié)點(diǎn)不滑動(dòng)，結(jié)構(gòu)整體工作，同普通結(jié)構(gòu)一樣;當(dāng)?shù)卣鹆哟蟮揭欢ǔ潭群?，滑?dòng)節(jié)點(diǎn)自行啟動(dòng)，開始滑移，摩擦構(gòu)件耗能。通過合理設(shè)計(jì)摩擦力的大小，完全可以使結(jié)構(gòu)在彈性工作狀態(tài)，就受到很大阻尼作用，降低地震反應(yīng)。
2.滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)后，發(fā)生變頻，使結(jié)構(gòu)喪失固有頻率，自動(dòng)避免共振。
3.對于豎直分割的結(jié)構(gòu)，由于摩擦耗能構(gòu)件與垂直荷載傳遞路線無關(guān)，因此豎向承載構(gòu)件不受塑性變形耗能的影響，增強(qiáng)了穩(wěn)定性。另一方面可以對滑動(dòng)阻尼器進(jìn)行人工設(shè)計(jì)，以抵抗很大地震力。
4.大震時(shí)，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，或進(jìn)入塑性工作狀態(tài)較淺，既可使主體結(jié)構(gòu)避免損傷，又可在地震之后恢復(fù)大部分變形，殘余變形較小，對于豎直分割的結(jié)構(gòu)，如想消除殘余變形，措施也簡單易行。下一次地震時(shí)，結(jié)構(gòu)仍處于原來的工作狀態(tài)。
5.由于大震時(shí)結(jié)構(gòu)分離，剛度驟減，承受地震力較小，可節(jié)約大量結(jié)構(gòu)材料。
6.由于結(jié)構(gòu)變形較小，可減輕非結(jié)構(gòu)性損傷。
7.滑動(dòng)阻尼器構(gòu)造簡單、實(shí)用、可靠、時(shí)效很小，造價(jià)便宜，便于推廣。
以下結(jié)合附圖、實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明

圖1是框剪抗震結(jié)構(gòu)中滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置圖。
圖2是滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖。
圖3是圖2的1-1剖面圖。
如圖1、2、3所示，框剪抗震結(jié)構(gòu)是將剪力墻與框架部分分離，其間設(shè)抗震縫2，縫寬視控制位移而定，內(nèi)填松軟材料或強(qiáng)度很低的材料，留作位移間隙。框架梁與剪力墻面平接，設(shè)隔離縫7，能相互錯(cuò)動(dòng)即可?；瑒?dòng)節(jié)點(diǎn)1設(shè)在隔離縫上，采用有一對摩擦片的板式滑動(dòng)阻尼器。摩擦片3用高強(qiáng)螺栓4連接，由預(yù)埋件6固定在框架梁和剪力墻上，其中一個(gè)摩擦片開橢圓長孔，孔長視滑動(dòng)位移而定，孔端設(shè)橡膠墊5，以減緩沖擊，另一個(gè)摩擦片開螺栓圓孔，用高強(qiáng)螺栓將摩擦片壓緊，高強(qiáng)螺栓的直徑、數(shù)量視需要的摩擦力大小而定，摩擦片要求具有耐腐蝕性，幾十年內(nèi)不銹蝕，并要求具有耐磨性，經(jīng)數(shù)百次乃至上千次摩擦受力，其摩擦系數(shù)變化不大，可選用不銹鋼、球磨鑄鐵制作。為使滑動(dòng)阻尼器正常工作又不妨礙建筑物的使用，可將滑動(dòng)阻尼器設(shè)置在剪力墻的孔洞內(nèi)。為保證安裝精度，可將滑動(dòng)阻尼器事先組裝好，施工時(shí)再行埋設(shè)。
圖4是剪力墻抗震結(jié)構(gòu)滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置圖。
圖5是剪力墻抗震結(jié)構(gòu)滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖。
圖6是圖5的2-2剖面圖。
圖7是摩擦片長孔水平雙向設(shè)置的盒式滑動(dòng)阻尼器結(jié)構(gòu)圖。
如圖4所示，在剪力墻摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)中，將結(jié)構(gòu)沿豎直方向分成兩個(gè)以上部分，使各部分自振周期不同，差距越大越好，忌成整數(shù)倍，其間設(shè)置抗震縫2，抗震縫處設(shè)雙墻或單墻均可。在抗震縫內(nèi)樓層位置的剪力墻上設(shè)滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)，如圖5所示。滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)由具有四對摩擦片組成的滑動(dòng)阻尼器8將相鄰兩部分結(jié)構(gòu)連接起來，如圖7所示。這種有四對摩擦片和底板組成的滑動(dòng)阻尼器呈盒式，四面長孔雙向水平設(shè)置，孔的兩端設(shè)橡膠墊，起緩沖作用。它的四對摩擦片互相組合連接成摩擦件9、10和11，摩擦片11由預(yù)埋件6固定在兩側(cè)的建筑構(gòu)件上?；瑒?dòng)阻尼器在工作預(yù)制、組裝，設(shè)在設(shè)計(jì)位置的剪力墻預(yù)留洞內(nèi)，滑動(dòng)阻尼器兩個(gè)方向摩擦力如需不同，可以通過調(diào)整高強(qiáng)螺栓的松緊程度或高強(qiáng)螺栓的數(shù)量、直徑。
如考慮結(jié)構(gòu)彎曲型振動(dòng)和垂直振動(dòng)，可采用在垂直方向上也能滑動(dòng)的三向滑動(dòng)阻尼器，即將圖7中摩擦件9的左側(cè)面或摩擦件10的右側(cè)面的水平方向長孔改成豎直方向長孔，相應(yīng)地將另一摩擦件的兩圓孔水平向布置，就成為在空間三個(gè)方向均可移動(dòng)的滑動(dòng)阻尼器。
在外框內(nèi)筒摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)中，框架與筒體相接處另設(shè)框架柱(梁)，框架梁不搭接在筒壁上，使框架的垂直荷載不往筒體上傳遞，在框架與筒體相接處設(shè)抗震縫。在筒體角部樓層處的抗震縫內(nèi)設(shè)置滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)，將盒式兩向滑動(dòng)阻尼器伸入筒體墻內(nèi)的方洞，以免破壞柱的連續(xù)性。
在束筒摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)中，將抗震縫設(shè)在筒與筒交界處，可設(shè)單墻或雙墻，做法與剪力墻結(jié)構(gòu)相同。
圖8為在水平抗震縫中滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖。
圖9為摩擦片長孔水平兩向布置的角式滑動(dòng)阻尼器結(jié)構(gòu)圖。
對于剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)(尤其是框筒和筒中筒結(jié)構(gòu))也可以將其水平分割，在水平分割的摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)中，建筑物的頂層與下層之間設(shè)水平抗震縫，如圖8所示，在頂層結(jié)構(gòu)13各房間四角底部做成柱腳，其他部位墻身與下層樓板分開，設(shè)抗震縫2，由柱腳傳遞垂直荷載，并設(shè)置滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)，由滑動(dòng)阻尼器12通過預(yù)埋件11與下層結(jié)構(gòu)連接。該滑動(dòng)阻尼器的摩擦片有兩對摩擦片，其中一對摩擦片的長孔水平橫向布置，另一摩擦片上的長孔水平縱向布置，兩對摩擦片呈角形組合連接。可按需要調(diào)整螺栓，分別與二向摩擦力相匹配。這種滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)即可傳遞垂直荷載又可雙向滑動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)，包括主體結(jié)構(gòu)、抗震縫和減震裝置，其特征在于將建筑物的整體結(jié)構(gòu)沿豎直方向或水平方向分成兩個(gè)以上部分，或者將局部結(jié)構(gòu)與整體結(jié)構(gòu)分離，其間設(shè)抗震縫，縫內(nèi)設(shè)滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)，由滑動(dòng)阻尼器連接；滑動(dòng)阻尼器固定在兩側(cè)建筑構(gòu)件上，至少有一對摩擦片，其中一個(gè)摩擦片上設(shè)有長孔，另一個(gè)摩擦片上設(shè)有圓孔，兩摩擦片用高強(qiáng)螺栓連接，可沿長孔相對滑動(dòng)，兩對以上摩擦片可以組合連接，摩擦片上的長孔可水平單向、水平雙向或空間三向設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于所述整體結(jié)構(gòu)可以是框剪結(jié)構(gòu)，抗震縫將其豎向分割，其滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)在剪力墻與框架柱、梁之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于所述整體結(jié)構(gòu)也可以是剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震縫將其豎向分割，滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)在墻與墻之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于所述整體結(jié)構(gòu)可以是外框內(nèi)筒結(jié)構(gòu)，抗震縫將其豎向分割，滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)在內(nèi)筒與框架交界處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于所述整體結(jié)構(gòu)還可以是束筒結(jié)構(gòu)，抗震縫將其豎向分割，滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)在筒與筒交界處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于抗震縫將整體結(jié)構(gòu)水平方向分割，滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)可設(shè)在建筑物頂層與下層之間。
全文摘要
一種摩擦耗能抗震結(jié)構(gòu)，是將建筑物的整體結(jié)構(gòu)沿豎直方向或水平方向分成兩個(gè)以上部分，或者將局部結(jié)構(gòu)與整體結(jié)構(gòu)分離，其間設(shè)抗震縫，縫內(nèi)設(shè)滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)，由滑動(dòng)阻尼器連接，滑動(dòng)阻尼器固定在兩側(cè)建筑構(gòu)件上，至少有一對摩擦片，用高強(qiáng)螺栓連接，可沿水平單向、水平雙向或空間三向相對滑動(dòng)，適用于框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)。
文檔編號E04B1/98GK1048577SQ9010656
公開日1991年1月16日 申請日期1990年8月2日 優(yōu)先權(quán)日1990年8月2日
發(fā)明者魏慶禮, 楊世浩, 楊寶芬 申請人:魏慶禮, 楊世浩, 楊寶芬