CN101230599B - 竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙 - Google Patents

Abstract

本发明属于结构工程技术领域，具体涉及一种竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙，由端板、橡胶垫、钢柱、钢板剪力墙、铸铁块组成，钢板剪力墙两侧分别设有一根钢柱，第一钢柱柱脚通过端板固定于基础上方，第一钢柱在靠近顶部的部位分割成两段，在分割处，上下两段柱分别在顶部和底部设有端板，端板上开有圆孔，哑铃状的铸铁块嵌入圆孔中，将上下两段柱连成一个整体，即第一钢柱。第二钢柱在靠近柱脚的部位分割成两段，在分割处，上下两段柱分别在顶部和底部设有端板，端板上开有圆孔，哑铃状的铸铁块嵌入圆孔中，将上下两段柱连成一个整体，即第二钢柱。第二钢柱的柱脚通过端板利用基础预埋件固定于基础上。本发明具有无残余变形，冲击效应小等优点，并拥有良好的抗震性能、延性和滞回耗能能力。

Description

竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，具体涉及一种新型的跷动减震构件，进一步是指竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙，该结构适用于多高层建筑结构。

背景技术

跷动(rocking)减震是一种很新颖的减震设计概念，传统的抗震设计概念中，上部结构与下部基础紧固，结构不能与基础脱离，地震力主要靠抗侧力构件(支撑，剪力墙等)来抵抗。传统的隔震技术通过在建筑物中某层设置侧向刚度较小但变形能力大的隔震装置，来减小地震对上部楼层的能量输入，从而减少上部楼层的地震响应。

跷动结构在小震和中震的情况下和常规结构的地震反应基本相同，在大震下，跷动减震技术允许结构的上部结构和基础脱离，利用结构上部结构抬起来耗散地震能量。并且可以隔断强烈地震在上部结构中的传递，保证上部结构处于弹性，从而可以大大减少上部结构的抗侧力构件和上部结构构件的冗余度，此举可以节省材料，降低造价。另一方面，结构和基础的脱离使得结构的边柱或墙体不会产生竖向的拔力，从而防止基础和底层结构在大震下发生严重破坏。并可以简化基础构造，节省基础造价，经济效益明显。

目前日本的竹中工务店已经将跷动减震技术用于建筑结构，采用了“插销式”跷动减震支座，但是此种支座没有采用耗能措施，因此有待于进一步改进。新西兰的一座桥梁也采用了提升式跷动减震支座置于桥墩底部用于桥墩的减震，但是此种跷动减震支座在建筑结构上的应用还有一段距离。美国学者将屈曲约束支撑用于桥墩的改进上，允许桥墩跷动，但是屈曲约束支撑的耗能能力没有钢板剪力墙优越，所以有待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙。

本发明提出的竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙，由端板1、橡胶垫2、钢柱、钢板剪力墙4、梁5、基础6、铸铁块7组成，其中：钢柱为2根，第一钢柱3位于钢板剪力墙4一侧，第二钢柱8位于钢板剪力墙4另一侧，第一钢柱3的柱脚通过端板1由基础预埋件固定于基础6上方，第一钢柱3在靠近柱顶的部位横向分割，将第一钢柱3分割成上、下两段，位于上段的底端与位于下段的顶端分别设有端板，端板上均开有圆孔，铸铁块7呈哑铃状，哑铃状铸铁块7的两端嵌入圆孔内，将第一钢柱3的上、下两段连成一个整体；第一钢柱3柱顶通过端板1利用螺栓固定于梁5下方；第二钢柱8的顶部通过端板1由螺栓固定于梁5下方，第二钢柱8在靠近柱底的部位横向分割，将第二钢柱8分割成上、下两段，位于上段的底端与位于下段的顶端分别设有端板，端板上开有圆孔，哑铃状铸铁块7的两端嵌入圆孔内，将第二钢柱8的上、下两段连成一个整体；第二钢柱8底部通过端板1利用基础预埋件固定于基础6上方、第一钢柱3和第二钢柱8的上、下两段接触面和铸铁块7接触面之间均设有橡胶垫2。

本发明中，所述第一钢柱3，第二钢柱8均可采用普通的H型钢，要求具有足够的竖向承载力和足够的局部稳定承载力来避免因钢板墙存在产生的侧向稳定问题。

本发明中，所述钢板剪力墙4两侧通过焊接分别连接第一钢柱3和第二钢柱8的翼缘。

本发明中，所述钢板剪力墙4可以采用开缝或者普通钢板剪力墙。

本发明中，所述铸铁块7应当有足够的加工精度，并采取有效措施保证铸铁块不发生滑落或者锈蚀。

本发明通过钢柱的跷动，使钢板剪力墙4产生竖向剪切变形，来耗散地震输入的能量。第一钢柱3和第二钢柱8有足够的大的承载力承受竖向荷载，并且在第一钢柱3靠近顶部的一端和与第二钢柱8靠近底部的一端设有可跷动的装置，该装置是通过中间的哑铃状的铸铁7将两段钢柱连接起来，哑铃状的铸铁块7允许两根钢柱之间分离一段间隙，从而使跷动能够发生；哑铃状的铸铁块7的两头是限位装置，能够限制钢柱抬起的距离，从而防止倾覆；中间垫有橡胶垫2，能够消除钢柱回落时的冲击效应。通过哑铃状铸铁块7的连接使得钢柱能够发生跷动，并有限位功能，橡胶垫2的存在能够消除冲击效应。由于此种跷动装置分别设置在一根钢柱的靠近柱顶处和另一根钢柱的靠近柱脚处，所以整个钢柱剪力墙体系可以发生竖向的抬起，产生跷动效应。由于跷动的发生，能隔断地震能量的输入，同时，柱跷动产生的错动使得钢板剪力墙发生较大的竖向剪切变形，由于钢板剪力墙优异的耗能能力，地震输入的能量将有相当大的部分被钢板剪力墙耗散掉。

本发明允许跷动的发生，并提供稳定的滞回耗能性能，避免了残余变形、冲击效应的发生，是一种颇具前景的跷动构件形式。

本发明中，由于钢板剪力墙4的剪切变形会对钢柱产生一个向内侧的拉力，因此为了不使钢柱产生侧向位移，应当保证哑铃状铸铁块7能和钢柱紧密接触。

本发明中，钢柱的柱脚回落后和地面接触，由于钢柱较大的竖向刚度，使得钢柱不再向下产生位移，这样防止了残余变形的产生。钢板剪力墙4和橡胶垫2能提供一个回复力抵消了一部冲击荷载，能有效地防止冲击效应。钢柱在本装置中，既能承受轴向，剪切，也能承受弯矩。钢板剪力墙4只是作为耗能构件。钢柱剪力墙体系在一根钢柱靠近柱脚和另一根钢柱靠近柱顶的位置设有可跷动的装置，大震时允许柱脚抬起，并具有一定的耗能能力。竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙中的各项部件分工清晰，受力明确，并有良好稳定的滞回性能。在跷动发生后，传入上部结构的地震力有较大的折减，实际上使得结构的位移中刚体位移占较大的比例，结构的弹塑性变形比较小，所以对比常规结构，顶层位移并不一定会有大幅度的增加。然而上部结构的抗侧力构件数量明显减少，因此抵御地震力产生的弹塑性变形也大幅减小，这样结构的破坏减轻，震后不用大量的修复即可直接入住，经济效益明显。

本发明由于在大震下上部结构和基础脱离，在抬起钢柱中的拉力被限制在跷动支座的屈服力水平上，从而使柱中的拉力显著减小，这样减轻了基础的负担；由于跷动柱的拉力减小了，在跷动产生的另一侧，不跷动柱中的压力也相应的减小了，这样也减轻了基础的负担，防止了基础和底层柱的严重破坏，保证结构安全的同时，也降低了基础的造价。

本发明消除了已有跷动支座的缺点，改善了结构的延性，此种支座本质上是一种隔震措施，在阻隔了地震能量输入的同时，很好地体现了能力设计的思想，让跷动体系先于上部结构发生跷动，哑铃状铸铁将抬起位移限制在有限范围内，从而保证了上部结构的安全，是一种先进的设计理念。

附图说明

图1为本发明的竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙的平面示意图。

图2为本发明铸铁块7的结构图示。

图中标号：1为端板，2为橡胶垫，3为第一钢柱，4为钢板剪力墙，5为梁，6为基础，7为铸铁块，8为第二钢柱。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：如图1-图2所示，本发明的竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙由端板1、橡胶垫2、钢柱、钢板剪力墙4、梁5、基础6、铸铁块7组成，其中：钢板剪力墙4采用普通钢板剪力墙，钢柱为2根，分别为第一钢柱3、第二钢柱8，均采用H型钢制成。第一钢柱3位于钢板剪力墙4一侧，钢板剪力墙4通过焊接固定于第一钢柱3的翼缘上，第二钢柱8位于钢板剪力墙4另一侧，钢板剪力墙4通过焊接固定于第二钢柱8的翼缘上；第一钢柱3的柱脚通过端板1由基础预埋件固定于基础6上，柱顶通过端板利用螺栓固定于梁5。第一钢柱3在靠近顶部的部位分割成两段，在分割处，分别在上下两段柱的顶部和底部设有端板，端板上开有圆孔，利用哑铃状的铸铁块将上下两段柱连成一个整体，形成第一钢柱3，在上下两段柱的接触面和铸铁与上下柱的接触面上设有橡胶垫；第二钢柱8位于钢板剪力墙的另外一侧，第二钢柱8的顶部通过端板1由螺栓固定于梁5下方，底部通过端板利用基础预埋件固定于基础上，第二钢柱8在靠近柱底的部位分割为两段，在分割处，上下两段柱分别在顶端和底端设有端板，端板上开有圆孔，通过嵌入圆孔的哑铃状铸铁块将上下两段柱连成一个整体，组成第二钢柱8。在上下两段柱的接触面和铸铁块与上下柱的接触面上设有橡胶垫。

Claims (4)

1.一种竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙，由端板(1)、橡胶垫(2)、钢柱、钢板剪力墙(4)、梁(5)、基础(6)、铸铁块(7)组成，其特征在于钢柱为2根，第一钢柱(3)位于钢板剪力墙(4)一侧，第二钢柱(8)位于钢板剪力墙(4)另一侧，第一钢柱(3)的柱脚通过端板(1)由基础预埋件固定于基础(6)上方，第一钢柱(3)在靠近柱顶的部位横向分割，将第一钢柱(3)分割成上、下两段，位于上段的底端与位于下段的顶端分别设有端板，端板上均开有圆孔，铸铁块(7)呈哑铃状，哑铃状铸铁块(7)的两端嵌入圆孔内，将第一钢柱(3)的上、下两段连成一个整体；第一钢柱(3)柱顶通过端板(1)利用螺栓固定于梁(5)下方；第二钢柱(8)的顶部通过端板(1)由螺栓固定于梁(5)下方，第二钢柱(8)在靠近柱底的部位横向分割，将第二钢柱(8)分割成上、下两段，位于上段的底端与位于下段的顶端分别设有端板，端板上开有圆孔，哑铃状铸铁块(7)的两端嵌入圆孔内，将第二钢柱(8)的上、下两段连成一个整体；第二钢柱(8)底部通过端板(1)利用基础预埋件固定于基础(6)上方、第一钢柱(3)和第二钢柱(8)的上、下两段接触面和铸铁块(7)接触面之间均设有橡胶垫(2)。

2.根据权利要求1所述的竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙，其特征在于所述第一钢柱(3)、第二钢柱(8)均采用H型钢。

3.根据权利要求1所述的竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙，其特征在于所述钢板剪力墙(4)两侧通过焊接分别连接第一钢柱(3)和第二钢柱(8)的翼缘。

4.根据权利要求1所述的竖向抗剪跷动减震钢板剪力墙，其特征在于所述钢板剪力墙(4)采用开缝或者普通钢板剪力墙。

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