具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系

摘要

本发明公开了一种具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系，该结构体系包括第一道抗震防线点接触式X型填充砌块、第二道抗震防线钢筋混凝土密肋框格单元、第三道抗震防线钢筋混凝土隐形外框架、现浇钢筋混凝土楼板。其中点接触式X型填充砌块与混凝土框格在四个角部接触，中间用柔性材料填充，密肋框格单元侧面和外框柱之间设有10～50mm缝隙，密肋框格单元与外框梁顶面、底面通过肋柱纵向钢筋锚固到框架梁内实现刚性连接。结构体系具有明确的三道抗震、耗能防线，各道防线在不同等级地震下依次发挥主导防御作用，达到分阶段耗散地震能量、减弱地震反应的目的；荷载传递路径清晰，力学模型简单直观，便于实现密肋复合墙结构的精细化设计。

权利要求

1.一种具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系，由第一道抗震防线点接触式X型填充砌块(1)、第二道抗震防线钢筋混凝土密肋框格单元(2)、第三道抗震防线钢筋混凝土隐形外框架(3)、楼板(4)组成，其特征是：钢筋混凝土密肋框格单元(2)四边设置钢筋混凝土隐形外框架(3)，钢筋混凝土密肋框格单元(2)外侧与框架柱之间留有间隙，在钢筋混凝土密肋框格单元(2)的每个单元格内安装点接触式X型填充砌块(1)，钢筋混凝土隐形外框架(3)与楼板(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系，其特征是：

所述第三道抗震防线钢筋混凝土隐形外框架(3)是由隐形框架柱、联系柱和隐形框架梁组成。

3.根据权利要求1所述的一种具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系，其特征是：

所述点接触式X型填充砌块(1)的外轮廓尺寸为500～800mm，长度和宽度尺寸相差在

200mm之内，其角部与框格接触的长度(L1)为1/4倍的边长，凹槽长度(L2)为1/2倍的边长，凹槽深度(L3)为1/15～1/20倍的同方向边长，砌块材料为加气混凝土砌块、加气硅酸盐砌块；

点接触式X型填充砌块(1)的凹槽部位采用圆弧过渡方式，或采用棱角过渡方式，棱角过渡方式中，棱角(θ)的最优角度为120°～150°。

4.根据权利要求1所述的一种具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系，其特征是：

所述点接触式X型填充砌块(1)的凹槽处用柔性材料粘贴，形成规则的长方体试块；柔性材料是泡沫混凝土、聚苯乙烯泡沫塑料板、或橡胶板。

5.根据权利要求1所述的一种具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系，其特征是：

所述钢筋混凝土密肋框格单元(2)的截面厚度为100～200mm，框格净间距为500～800mm，框格纵向受力钢筋为4Φ6、4Φ8、4Φ10，箍筋为Φ4，箍筋间距为100～200mm，其中肋柱纵筋直径比肋梁纵筋直径大2mm。

6.根据权利要求1或2所述的一种具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系，其特征是：所述密肋框格单元(2)外侧与框架柱之间的间隙大小为10～50mm，用泡沫混凝土、聚苯乙烯泡沫塑料板、或橡胶板填充，密肋框格单元(2)施工后，在墙板外侧相应位置设置填充材料，然后再进行外框架柱的施工；

密肋框格顶部、底部肋柱与框架梁采用刚接方式连接，肋柱钢筋伸入框架梁内并满足锚固长度要求，肋柱纵筋在本层以下框架梁混凝土浇注前预留。

说明书

具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系，属于建筑结构抗震减震技术领域。

背景技术

[0002] 地震是一种危及人民生命财产安全以及破坏性、危害性极大的突发性自然灾害，尤其在人口密集、工业发达的城市和地区，造成的损失更为惨重。目前为止，人们对地震的认识和研究还在不断进行中。由于建筑结构的复杂性、地震动的不确定性、人们对地震认识的局限性与模糊性、结构计算尤其是抗震分析计算的精确程度、材料性能与施工安装时的变异性以及其他不可预测的因素，使得计算结果尤其是经过实用简化后的结果可能与实际相差较大，很多作用效应至今尚无法定量计算出来。因此，在抗震设计中，结构的概念设计是非常重要的一点，而概念设计的基本要求之一即是结构应具有多道抵抗地震作用力、消耗地震能量的抗震防线。

[0003] 目前在我国广大乡村城镇地区，居民住宅建筑经常采用砌体结构形式。同混凝土结构相比，砌体结构抗震性能较差，抗震防线单一，历次大震证明，采用砌体结构的房屋建筑，其倒塌率远远高于采用混凝土框架、混凝土框架-剪力墙等双重和多重抗侧力体系建筑的倒塌率。同时，传统砌体结构使用烧结粘土砖时需要大量挖土毁田，消耗了土地、煤炭等不可再生资源，加上未能充分利用而排放掉的工业废渣所占用的土地，已经越来越不适合可持续发展的要求。针对传统粘土砖砌体结构浪费资源、抗震防线单一等缺点，中国发明专利公开号为200610001006.6的专利申请文本公开了一种名称为“密肋结构体系及其连接施工工艺方法”的结构形式，其中的主要受力构件墙板是钢筋混凝土和轻质材料复合而成的网格状建筑构件，用截面较小的钢筋混凝土梁柱即肋梁肋柱进行划分，并在格子中嵌入长方体的轻质材料填充块而形成。

[0004] 但是，上述结构体系存在以下不足：

[0005] (1)填充砌块与肋梁、肋柱、外框架的接触长度不明确，导致受力模型不清晰，荷载传递途径不直观，砌块在抗震过程中所发挥的作用无法准确预计；

[0006] (2)在外力作用下，由于砌块与框格的面接触，导致砌块的破坏形式多样，可能发生剪切破坏，也可能发生受压破坏，或者先发生一定程度剪切破坏然后转为受压破坏，且砌块破 坏次序不稳定；

[0007] (3)由于砌块与肋柱的面接触，导致肋柱的受力机制转变，由合理的压弯破坏形式转变为压剪破坏形式，肋柱破坏带有脆性性质；

[0008] (4)密肋复合墙板与外框架柱通过肋梁联系在一起，是现阶段本领域技术人员的通用做法，而这造成外框架与密肋复合墙板各自需要发挥的的抗震作用及破坏的先后顺序无法区分开，很多情况下墙板与外框架同时发生破坏，导致“先墙板后框架”的延性破坏顺序不能实现，结构实际上只表现出两道抗震防线。

发明内容

[0009] 针对既有密肋复合墙结构体系的缺陷，发明人提供了一种具有明确的三道抗震防线的密肋复合墙结构体系。

[0010] 本发明的目的是：通过改变填充砌块与框格单元、密肋复合墙板与外框架的接触形式，明确将填充砌块、密肋复合墙板、外框架作为结构的第一道、第二道、第三道抗震防线，使之能够在小震、中震和大震作用下，依次发挥抗震耗能的主导作用，达到准确预测各道防线的破坏顺序，区分破坏对象的精细化设计。

[0011] 本发明由第一道抗震防线点接触式X型填充砌块1、第二道抗震防线钢筋混凝土密肋框格单元2、第三道抗震防线钢筋混凝土隐形外框架3、楼板4组成，其特征是：钢筋混凝土密肋框格单元2四边设置钢筋混凝土隐形外框架3，钢筋混凝土密肋框格单元2外侧与框架柱之间留有间隙，在钢筋混凝土密肋墙板框格单元2的每个单元格内安装点接触式X型填充砌块1，钢筋混凝土隐形外框架3与楼板4连接。其中第三道抗震防线钢筋混凝土隐形外框架3是由隐形框架柱、联系柱和隐形框架梁组成。

[0012] 所述点接触式X型填充砌块1的外轮廓尺寸为500～800mm，长度和宽度尺寸相差在200mm之内，其角部与框格接触的长度L1为1/4倍的边长，凹槽长度L2为1/2倍的边长，凹槽深度L3为1/15～1/20倍的同方向边长，砌块材料为加气混凝土砌块、加气硅酸盐砌块；点接触式X型填充砌块1的凹槽部位采用圆弧过渡方式，或采用棱角过渡方式，棱角过渡方式中，棱角θ的最优角度为120°～150°；X型填充砌块的四个角部平面保证一定的粗糙度。

[0013] 所述点接触式X型填充砌块1的凹槽处用柔性材料粘贴，形成规则的长方体试块。柔性材料是泡沫混凝土、聚苯乙烯泡沫塑料板、或橡胶板。

[0014] 所述钢筋混凝土密肋框格单元2的截面宽度为100～200mm，框格净间距为500～800mm，框格纵向受力钢筋为4Φ6、4Φ8或4Φ10，箍筋为Φ4，箍筋间距为100～200mm，其中肋柱纵筋直径比肋梁纵筋直径大2mm；密肋复合墙板采用工厂预制或施工现场手工砌筑现浇形成，墙板厚度取150～300mm。

[0015] 所述密肋框格单元(2)外侧与框架柱之间留有间隙，间隙大小为10～50mm，用泡沫混凝土、聚苯乙烯泡沫塑料板、或橡胶板填充，密肋复合墙板施工后，在墙板外侧相应位置设置填充材料，然后再进行外框架柱的施工；密肋墙板顶部、底部肋柱与框架梁采用刚接方式连接，肋柱钢筋伸入框架梁内并满足锚固长度要求，肋柱纵筋在本层以下框架梁混凝土浇注前预留。

[0016] 与既有密肋结构体系相比，本发明具有的优点是：

[0017] (1)采用X型填充砌块，砌块角部与框格接触的长度L1为1/4倍的边长，明确了填充砌块与肋梁、肋柱、外框架的接触长度，框格单元与填充砌块类似框-斜撑作用机制，荷载传递路径清晰直观，荷载作用下砌块单轴受压，破坏的形式也是受压破坏，因此其破坏形式合理，承载能力较为稳定；

[0018] (2)X型填充砌块与肋柱的点接触方式，使肋柱由不合理的压剪破坏形式转变为合理的压弯破坏形式，避免了肋柱脆性破坏性质；

[0019] (3)采用缝隙将密肋复合墙板与外框架柱分割开来，避免了墙板与框架柱之间在受力和变形方面的相互影响；在墙板抗侧刚度远大于框架柱抗侧刚度的情况下，墙板承担大部分地震力，将先于框架柱达到承载力极限状态发生破坏，而两者相对独立的状态决定了墙板的破坏不影响框架柱，即确保实现地震作用下“先墙板后框架”的延性破坏顺序； [0020] (4)结构体系具有明确的三道抗震、耗能防线：小震、中震和大震作用下，X型填充砌块、框格单元、外框架依次发挥抗震耗能的主导作用，具有非常明确的“填充砌块-框格-外框架”的延性破坏顺序；小震下密肋复合墙体中X型填充砌块由于受到框格单元的约束，可能没有裂缝或裂缝被限制在一定范围之内，微小裂缝在反向荷载作用时将趋于闭合，并能继续承受荷载，此时X型砌块是主要抗震构件，发挥其作为第一道抗震防线的作用；中震下，墙体内X型填充砌块由于强度较低，普遍开裂，致使X型砌块的刚度和承载力下降较快，而由框格和开裂砌块构成的刚架斜压杆受力体系，成为抵抗地震作用的主要构件，此时框格作为第二道抗震防线，与第一道防线X型填充砌块共同参与结构的抗震，保护主体外框架无明显破坏；大震下，众多X型填充砌块在约束条件下破坏严重、甚至剥落，使得墙体类似一耗能装置，一方面，可以积极耗散地震能量，另一方面，使结构从一种稳定体系过渡到另一种稳定体系，实现周期调整以避开地振动所引起的共振效应，而在X型填充砌块大量破坏的同时，作为第三道抗震防线的外框架开始发挥作用，保证结构主体具有足够的竖向承载力，避免倒塌破坏的发生；

[0021] (5)设计者可以准确预测各道防线的破坏顺序和破坏时间，实现基于性能的精细化抗震设计。

附图说明

[0022] 图1为本发明的具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系的整体示意图。 [0023] 图2为第一道抗震防线：棱角式X型填充砌块的结构示意图，

[0024] 图3为第一道抗震防线：圆弧式X型填充砌块的结构示意图，

[0025] 图4为第二道抗震防线：钢筋混凝土密肋框格单元结构示意图， [0026] 图5为第三道抗震防线：主体外框架结构示意图。

[0027] 图中标号：

[0028] 1-点接触式X型填充砌块；2-钢筋混凝土密肋框格单元；3-钢筋混凝土隐形外框架；4-楼板；5-肋柱；6-肋梁，7-肋柱上下两端胡子筋；L1-X型填充砌块与框格的接触长度；L2-X型填充砌块凹槽的长度；L3-X型填充砌块凹槽深度。

具体实施方式

[0029] 本发明提供了一种具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。

[0030] 本发明的具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系由四部分组成，第一道抗震防线是点接触式X型填充砌块1，表现形式是加气混凝土砌块、EPS轻骨料混凝土、植物纤维水泥基块材以及小型阻尼器，通过点接触方式与框格相互作用，类似X型对角支撑装置，水平荷载作用下以承受压力为主，可以充分发挥砌块的抗压承载力，该防线主要在小震、中震下发挥作用；第二道抗震防线是钢筋混凝土密肋框格单元2，表现形式是钢筋混凝土框格结构、钢结构框格结构等，框格单元与外框架柱之间设置变形缝，框格在外力作用下的变形与破坏不直接影响外框架柱受力，该防线主要在中震、大震下发挥作用；第三道抗震防线是钢筋混凝土隐形外框架3，也就是主体框架结构，该防线主要是维护整个结构体系的各种正常使用功能，在大震下发挥作用；楼板4为现浇或预制混凝土楼板、现浇或预制密肋复合楼板等。

[0031] 采用的技术解决方案如下：

[0032] 第一道抗震防线——点接触式X型填充砌块1：X型填充砌块在工厂按照设计要求直接生产出各个形状的砌块，或在工地现场采用切、削等方法加工成X型填充砌块。其中，为了 保证砌块角部与肋梁、肋柱的有效结合，保证内力传递的可靠性，角部平面采用波纹形，以增大摩擦阻力和砌块与混凝土之间的粘结力。砌块材料为加气混凝土砌块、加气硅酸盐砌块、EPS轻骨料混凝土砌块、植物纤维水泥基块材砌块。

[0033] 砌块的长、宽均为600mm，厚度为200mm，砌块角部与框格接触的长度为150mm，凹槽深度为40mm，采用圆弧过渡方式。填充砌块表面保证一定的粗糙度，以利于砌块与混凝土之间的粘结。

[0034] 第二道抗震防线——钢筋混凝土密肋框格单元2：首先将柔性填充材料粘贴在X型填充砌块1的凹槽处，使之形成规则的长方体试块，然后按设计要求摆好填充砌块1，再配上钢筋龙骨，最后浇注混凝土形成密肋复合墙板。该复合墙板作为承重墙时，墙板厚度为240mm，钢筋混凝土框格的断面宽度为160mm，净间距为800mm，框格纵向受力钢筋为4Φ8，其中肋柱5纵筋直径比肋梁6纵筋直径宜大2mm，箍筋为Φ4，间距为150mm。 [0035] 密肋复合墙板外侧与框架柱之间留有间隙，间隙大小为50mm，用橡胶板填充。密肋复合墙板施工后，在墙板外侧相应位置设置填充材料，然后再进行外框架柱的施工。 [0036] 密肋墙板顶部、底部肋柱与框架梁采用刚接方式连接，肋柱上下两端胡子筋7必须伸入框架梁内并满足锚固长度要求，肋柱纵筋应在本层以下框架梁混凝土浇注前预留。 [0037] 第三道抗震防线——外框架3：墙板吊装就位后，采用专门卡具、钢丝绳等临时固定，并做水平位置及垂直度校，墙板两侧甩筋应逐一进行调直，并在端头做弯勾，与两侧框架柱钢筋相连，墙板上下外伸钢筋插入框架梁之中，并与框架梁钢筋绑扎，然后支模板，浇筑梁、柱、楼板混凝土，形成完整的具有三道抗震防线的密肋复合墙结构体系。 [0038] 进一步地，X型填充砌块材料可以采用钢纤维加气混凝土砌块、聚乙烯加气混凝土砌块等，以增大脆性的砌块材料抵抗裂缝开展的能力，防止砌块突然破坏，增大其韧性和延性。

[0039] 进一步地，X型填充砌块材料可以采用高阻尼耗能材料或小型内置式耗能装置，以增大单元格内部的耗能效果。如果采用小型内置式耗能装置，则需要周围填充泡沫混凝土，以实现对耗能装置的保护，以及隔音、分割空间等功能。

[0040] 进一步地，可对X型填充砌块的尺寸进行优化设计，通过调整尺寸大小来获得不同大小的抗侧刚度和耗能效果，以达到更好的吸收地震能量，提高框架结构的整体抗震能力。

[0041] 进一步地，密肋框格单元也可采用钢结构框格或型钢混凝土框格。 [0042] 进一步地，作为非承重耗能减震墙时，墙板厚度L1为150～250mm，钢筋混凝土框格的断面宽度L2为100～150mm，间距L3为500～800mm，框格纵向受力钢筋为4Φ6～4Φ8，箍筋为Φ4，箍筋间距为100～200mm。