一种低损伤填充墙板柔性连接体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及一种低损伤填充墙板柔性连接体系及其施工方法。

背景技术

预制预应力自复位结构体系历经二十多年的研究，迄今仍未走向大规模工程应用，除了需要进一步验证其在超大震情况下抗倒塌的可靠性外，实际工程应用中另一个制约因素是该体系中非结构构件的损伤控制问题。与传统的现浇梁柱节点结构相比，预制预应力自复位结构体系在地震中的变形更为显著。在这种水平层间变形的情况下，非结构构件，特别是填充墙，将面临更严重的损伤。尽管主体结构可以实现自复位，但填充墙等非结构构件的严重损伤却妨碍了结构的正常使用功能的恢复。

低损伤设计理念早在20世纪80年代就已经问世，其中隔震技术是该理念的典型代表，自80年代开始广泛应用于工程领域。2003年，杨迪雄等学者提出低损伤设计体现了“分灾”抗震结构设计理念，即通过预先设计的隔震基础支座来分担结构的抗震功能，使上部结构在大震中基本保持弹性状态。新西兰于2010年和2011年经历了坎特伯雷地震，此后“低损伤设计”在该国学术界和工程界备受重视。2011年，Buchanan等学者提出了基于建筑功能的新抗震设防目标，该目标强调结构抗震设计应确保建筑在罕遇地震后可迅速维修并恢复可使用的抗震水平。

在建筑结构中，填充墙作为一种常见的非结构构件，对提升建筑整体性能和抗震性能起着关键作用。然而，传统的砌体填充墙在地震中容易受到损坏，对建筑物的耐久性和安全性构成影响。为了改善填充墙的抗震性能，已经提出了多种改进方法。然而，这些方法仍存在一些问题，例如在结构整体变形下产生较大的损伤程度，以及耗能水平相对较低等方面。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种低损伤填充墙板柔性连接体系及其施工方法，降低填充墙在整体结构变形下的损伤程度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种低损伤填充墙板柔性连接体系，包括预应力预制混凝土梁、预应力预制混凝土柱、地基基础、预制填充墙板；

所述预应力预制混凝土梁、预应力预制混凝土柱和地基基础围成框架结构，所述预制填充墙板呈腰型结构，预制填充墙板设置在框架结构内并通过连接件与框架结构连接。

优选地，所述预制填充墙板包括由轻质材料浇筑成的腰型板和腰型板外边缘包裹的弹性材料。

进一步优选地，所述轻质材料包括蒸汽加压混凝土、轻质ECC混凝土、石膏板，质量轻、隔音隔热效果好。

进一步优选地，所述弹性材料包括橡胶、聚氨酯、弹簧胶，具有较高的弹性，隔音隔热效果。

优选地，所述预制填充墙板的厚度小于预应力预制混凝土梁和预应力预制混凝土柱。

优选地，所述预制填充墙板厚度为70～200mm。

优选地，所述预制填充墙板竖向设置(弧形部位于主体部上下两侧)，顶部通过连接件与预应力预制混凝土梁连接，底部通过带槽角钢限位器与地基基础连接。

进一步优选地，所述预制填充墙板正反两面顶部均通过对称设置的连接件与预应力预制混凝土梁连接。

进一步优选地，所述带槽角钢限位器包括带槽角钢，其中，角钢在与预制填充墙板连接端开设有U型槽，与地基基础连接端开设有螺栓孔，高强螺栓可拆卸安装在U型槽和螺栓孔中。所述U型槽用于搁置连接在预制填充墙板上高强螺栓杆。

更进一步优选地，所述带槽角钢限位器材质包括高强钢、钛合金，具有较高强度和韧性。

更进一步优选地，所述带槽角钢限位器厚度为8～12mm。

进一步优选地，所述预制填充墙板正反两面底部均通过对称设置的带槽角钢限位器限位。

优选地，所述框架结构内平行设置有多个预制填充墙板，位于边缘的预制填充墙板通过安装于预应力预制混凝土柱上的连接件限位。

进一步优选地，位于边缘的预制填充墙板正反两面均通过对称安装于预应力预制混凝土柱上的连接件限位。

优选地，所述预制填充墙板与预应力预制混凝土梁之间留有水平缝隙，预制填充墙板与预应力预制混凝土柱之间留有垂直缝隙，水平缝隙和垂直缝隙内填充有柔性材料。

进一步优选地，所述水平缝隙为10～20mm。

进一步优选地，所述垂直缝隙为10～20mm。

进一步优选地，所述柔性材料包括橡胶、聚氨酯泡沫塑料，具有较高的弹性，隔音隔热效果好。

进一步优选地，所述柔性材料粘结在缝隙中。

更进一步优选地，所述柔性材料外表面涂有防水抗裂砂浆。

优选地，相邻所述预制填充墙板主体部之间无缝隙，弧形部之间有缝隙，该缝隙处填充有柔性材料。

进一步优选地，所述柔性材料外表面涂有防水抗裂砂浆。

优选地，所述连接件包括带有螺栓孔的角钢，高强螺栓可拆卸安装在螺栓孔中。

进一步优选地，所述角钢材质包括高强钢、钛合金，具有较高强度和韧性。

进一步优选地，所述角钢厚度为8～12mm。

优选地，所述预应力预制混凝土梁与预应力预制混凝土柱垂直连接，预应力预制混凝土柱与地基基础垂直连接，预应力预制混凝土梁与预应力预制混凝土柱内均设有预应力钢筋。

进一步优选地，所述预应力钢筋张拉力范围1500-1900Mpa。

一种上述低损伤填充墙板柔性连接体系的施工方法，包括以下步骤：

S1：将预应力预制混凝土柱安装在地基基础上，并将预应力预制混凝土梁安装在预应力预制混凝土柱上；

S2：将多块预制填充墙板通过连接件和带槽角钢限位器安装在预应力预制混凝土梁、预应力预制混凝土柱和地基基础围成的框架结构内；

S3：相邻两块预制填充墙板弧形部之间的缝隙以及预制填充墙板与框架结构之间的水平和垂直缝隙采用柔性材料填充，形成所述低损伤填充墙板柔性连接体系。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明可降低砌块填充墙在整体结构变形下的损伤程度，提高结构耗能水平，提高抗震能力，为一种更具防震韧性的填充墙。

2.本发明提出的低损伤填充墙板与框架柔性连接结构采用预应力预制混凝土梁、柱和地基基础，结合灵活的连接结构，有效提高了整体结构的抗震性能。在地震发生时，该结构可以更好地分担地震作用，降低非结构构件的损伤。

3.本发明提出的新型低损伤填充墙板与框架柔性连接结构通过采用柔性连接结构、预制填充墙板的特殊设计以及水平、垂直缝隙的设置，有效减少了填充墙在结构整体变形下的损伤程度。这有助于提高建筑的耐久性和安全性，使结构更容易恢复正常使用功能。

4.本发明采用预应力预制混凝土梁和柱，以及角钢连接件等强度和韧性较高的材料，可以提高结构的耗能水平，使其更能吸收地震能量，减轻地震引起的破坏。

5.本发明通过采用预制构件和灵活的连接方式，减少了施工工序和施工难度。采用高强螺栓、角钢连接件等可靠的连接方式，简化了施工过程，提高了施工效率，且构件可更换，降低了维修成本。

6.本发明提出的新型低损伤填充墙板与框架柔性连接结构的施工方法相对简单，减少了施工工序和难度。这不仅提高了施工效率，还降低了施工成本，有助于项目的及时完成。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中预应力预制混凝土梁、预应力预制混凝土柱、地基基础连接结构示意图；

图3为本发明中预制填充墙板的结构示意图；

图4为图1中A处放大图；

图5为图1中B处放大图；

图6为图1中C处放大图；

图7为角钢连接件的结构示意图；

图8为带槽角钢限位器的结构示意图；

图9为实施例4低损伤填充墙板柔性连接体系的受压损伤图；

图10为实施例4低损伤填充墙板柔性连接体系的塑性应变图；

图中：1-预应力预制混凝土梁，2-预应力预制混凝土柱，3-地基基础，4-预制填充墙板，5-连接件，6-带槽角钢限位器，7-预应力钢筋，8-高强螺栓，9-柔性材料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种低损伤填充墙板柔性连接体系，包括预应力预制混凝土梁1、预应力预制混凝土柱2、地基基础3、预制填充墙板4和连接件5。

其中，预应力预制混凝土柱2通过预应力钢筋7竖直安装于地基基础3上，预应力预制混凝土梁1通过预应力钢筋7横向安装于预应力预制混凝土柱2上，预应力预制混凝土梁1、预应力预制混凝土柱2和地基基础3围成矩形框架结构，多个呈腰型结构的预制填充墙板4平行设置在框架结构内并通过连接件5与框架结构连接。

实施例2

一种低损伤填充墙板柔性连接体系，预制填充墙板4顶部通过角钢连接件5连接预应力预制混凝土梁1，底部通过带槽角钢限位器6连接地基基础3，且位于边缘位置的预制填充墙板4侧面通过安装于预应力预制混凝土柱2上的角钢连接件5限位，防止预制填充墙板4发生平面外偏转。

具体地，预制填充墙板4顶部的角钢连接件5上预留有用于连接预应力混凝土梁1和预制填充墙板4的高强螺栓孔，预制填充墙板4侧面的角钢连接件5只预留有用于连接预应力混凝土柱2的高强螺栓孔。其余与实施例1相同。

实施例3

一种低损伤填充墙板柔性连接体系，包括预应力预制混凝土梁1、预应力预制混凝土柱2、地基基础3、预制填充墙板4、角钢连接件5、带槽角钢限位器6、高强螺栓8，预应力预制混凝土梁1通过角钢连接件5、高强螺栓8与预制填充墙板4相铰接，预应力预制混凝土柱2通过角钢连接件5、高强螺栓8对预制填充墙板4进行限位，防止平面外发生偏转，地基基础3通过带槽角钢限位器6、高强螺栓8对预制填充墙板4进行限位，防止平面外发生偏转。

实施例4

一种低损伤填充墙板柔性连接体系，如图1、图4、图5、图6所示，包括：预应力预制混凝土梁1、预应力预制混凝土柱2、地基基础3、预制填充墙板4、角钢连接件5、带槽角钢限位器6、高强螺栓8，所述预应力预制混凝土梁1通过角钢连接件5、高强螺栓8与所述预制填充墙板4相连接，所述预应力预制混凝土柱2通过角钢连接件5、高强螺栓8对预制填充墙板4进行限位，防止平面外发生偏转，所述地基基础3通过带槽角钢限位器6、高强螺栓8对预制填充墙板4进行限位，防止平面外发生偏转。

进一步地，在本实施例中，如图2所示，所述预应力预制混凝土梁1预留有用于连接预应力预制混凝土柱2的预应力钢筋7、预留有用于连接预制填充墙板4的高强螺栓套管，所述预应力预制混凝土柱2预留有用于连接地基基础3的预应力钢筋7、预留有用于连接预制填充墙板4的高强螺栓套管，所述地基基础3预留有用于连接带槽角钢限位器6的高强螺栓套管。

进一步地，在本实施例中，如图3所示，所述预制填充墙板4为腰形体结构，所述腰形体结构是由轻质材料浇筑成腰形体和其沿边缘外侧包裹一层弹性材料组合而成，所述轻质材料为蒸汽加压混凝土，所述弹性材料为橡胶，所述预制填充墙板4厚度为135mm，所述预制填充墙板4上预留有用于铰接预应力混凝土梁1和地基基础3与带槽角钢限位器6共同起限位作用的高强螺栓孔。

进一步地，在本实施例中，如图7所示，所述角钢连接件5分成两种，一种角钢连接件5如图7所示，其上预留有用于铰接预应力混凝土梁1和预制填充墙板4的高强螺栓孔，另一种角钢连接件5只预留有用于连接预应力混凝土柱2的高强螺栓孔，其作用在于对预制填充墙板4进行限位，防止平面外发生偏转，所述角钢连接件5的制作材料为钛合金，角钢连接件6厚度为10mm。

进一步地，在本实施例中，如图8所示，所述带槽角钢限位器6上预留有用于连接地基基础3的高强螺栓孔和预留有U形凹槽，其作用在于对预制填充墙板4进行限位，防止平面外发生偏转，所述带槽角钢限位器6的制作材料为钛合金，带槽角钢限位器7厚度为10mm。

一种上述低损伤填充墙板柔性连接体系的施工方法，具体步骤如下：

步骤一：首先进行放线、定位，将两个预应力预制混凝土柱2分别通过预应力钢筋7安装于地基上，同时将预应力混凝土梁1通过预应力钢筋7安装于两个预应力预制混凝土柱2之间。

步骤二：采用高强螺栓8、高强螺栓套管通过角钢连接件5预留的高强螺栓孔将两个角钢连接件5同时固定在预应力混凝土柱2的一侧，然后进行放线、定位，将第一块预制填充墙板4插入到两个角钢连接件5之间并充分接触，同时，采用角钢连接件5、高强螺栓8将预制填充墙板4、预应力预制混凝土梁1进行铰接，同时，采用带槽角钢限位器6、高强螺栓8、地基基础3对预制填充墙板4进行限位，防止平面外发生偏转。

步骤三：第一块预制填充墙板4安装完成后紧接着安装第二块预制填充墙板4，先进行放线、定位，将第二块预制填充墙板4搬运至指定位置，并使其一侧与第一块预制填充墙板4一侧充分接触(即主体部侧壁充分接触)，同时，采用角钢连接件5、高强螺栓8将预制填充墙板4和预应力预制混凝土梁1进行铰接，同时，采用带槽角钢限位器6、高强螺栓8、地基基础3对预制填充墙板4进行限位，防止平面外发生偏转。

步骤四：第二块预制填充墙板4安装完成后紧接着安装第三块预制填充墙板4，安装流程与第二块预制填充墙板4相同，第四、第五、第六、第七块预制填充墙板安装流程亦是如此；第八块预制填充墙板4与第一块预制填充墙板4安装流程相同。

步骤五：将相邻预制填充墙板4弧形部之间的缝隙采用柔性材料9填充，最后形成了一种新型低损伤填充墙板与框架柔性连接结构。

对本实施例低损伤填充墙板柔性连接体系进行仿真模拟，具体为：采用ABAQUS程序，建立低损伤填充墙板柔性连接体系的简化模型，轴压比设置为0.5，层间位移角设置为1/30，模拟低损伤填充墙板柔性连接体系中框架结构和各预制填充墙板的受压损伤和塑性应变。如图9～10所示，本实施例连接体系中，当框架结构在强震作用下出现损伤较大时，预制填充墙板只是轻微低损伤，改善了填充墙的抗震性能。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。