一种用于框架结构带滑移层的填充墙板的制作方法

1.本实用新型涉及建筑结构的填充墙技术领域，尤其涉及一种用于框架结构带滑移层的填充墙板。


背景技术：

2.框架结构因其具有平面布置灵活、室内空间大等优点，而广泛用于多层住宅、房、商店、办公楼、医院、教学楼及宾馆等建筑中，框架结构一般用于对砌筑填充墙进行功能分割和外部围护。在地震作用下，由于填充墙的刚度较大，填充墙承受较大的地震作用，墙体破坏严重。现有的填充墙由于墙体刚度大，砌块和砂浆的抗拉强度不高，砂浆与砌块交界面的粘结强度较低，再加之框架填充墙中的空心砖因其孔洞率大、强度较低等在地震作用下易于破坏，当地震发生时，填充墙的破坏较为严重，无法起到减震的作用。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种用于框架结构带滑移层的填充墙板，以解决现有的填充墙刚度大而导致填充墙体结构地震破坏严重，无法起到减震的问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
5.一种用于框架结构带滑移层的填充墙板，包括：框架梁、框架柱、水平滑移层及砌体，所述砌体设置在所述框架梁和框架柱围成的空间内，所述砌体内设有至少一层水平滑移层，所述水平滑移层与所述框架梁平行。
6.进一步地，所述砌体内还设有至少一层竖向滑移层，所述竖向滑移层与所述框架柱平行。
7.进一步地，所述水平滑移层和竖向滑移层均为苯乙烯类热塑性弹性体、sbs改性沥青、软钢中的一种，厚度为3
‑
5mm。
8.进一步地，所述框架梁和框架柱的混凝土强度等级为c30
‑
c50，砂浆强度为5.0mpa
‑
7.0mpa。
9.进一步地，所述砌体内还设有若干个拉结筋，相邻的拉结筋间隔相同的距离。
10.进一步地，所述框架梁和框架柱内均设有箍筋，所述箍筋的直径为8
‑
10mm。
11.本实用新型设计的用于框架结构带滑移层的填充墙板，砌体内设有的滑移层将填充墙板分成了若干个小填充区域，在地震发生时，填充墙在地震作用下产生区域间变形，应力和变形集中在刚度较小的滑移层，从而起到保护墙体的作用，带滑移层的填充墙具有较小的抗侧刚度，能够减弱地震的影响，起到减震的作用。
附图说明
12.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提
下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1为本实用新型框架结构的带水平滑移层填充墙板的结构示意图；
14.图2为框架结构的带竖向滑移层填充墙板的结构示意图；
15.图3为竖向滑移层的剖视图；
16.图4为试件fiw
‑
1的结构示意图；
17.图5为试件fiw
‑
2的结构示意图；
18.图6为试件fiw
‑
1的滞回曲线；
19.图7为试件fiw
‑
2的滞回曲线；
20.图8为结构残余变形图；
21.图9为填充墙破坏率p的变化曲线；
22.图10为m1的数值分析模型；
23.图11为m2的数值分析模型；
24.图12为位移加载曲线；
25.图13为普通钢框架填充墙m1的应力云图；
26.图14为软钢的钢框架填充墙m2应力云图；
27.图15为骨架曲线；
28.图16为等效粘滞阻尼系数曲线。
29.图中，1、框架梁，2、框架柱，3、水平滑移层，4、砌体，5、竖向滑移层，6、h型软钢。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.如图1和2所示为用于框架结构带滑移层的填充墙板，包括：框架梁1、框架柱2、水平滑移层3及砌体4，所述砌体4设置在所述框架梁1和框架柱2围成的空间内，所述砌体4内设有至少一层水平滑移层3，所述水平滑移层3与所述框架梁1平行。
32.如图3所示，进一步地，所述砌体4内还设有至少一层竖向滑移层5，所述竖向滑移层5与所述框架柱2平行。进一步地，所述水平滑移层3和竖向滑移层5均为苯乙烯类热塑性弹性体、sbs改性沥青、软钢中的一种，厚度为3
‑
5mm。在本实施例中，优选的，当水平滑移层3和竖向滑移层5的材质为h型软钢6时，当墙体长度小于3米时，可以不加竖向的软钢滑移层，只加水平的软钢滑移层，h型软钢两侧与结构框架的框架梁1和框架柱2焊接；软钢由于有明显的屈服点，产生塑性破坏，所以能够在地震时，消减结构能量，在大地震时，它较硬钢框架先破坏，减小对周边框架柱2的破坏。
33.进一步地，所述框架梁1和框架柱2的混凝土强度等级为c30
‑
c50，砂浆强度为5.0mpa
‑
7.0mpa。
34.进一步地，所述砌体4内还设有若干个拉结筋，相邻的拉结筋间隔相同的距离。
35.进一步地，所述框架梁1和框架柱2内均设有箍筋，所述箍筋的直径为8
‑
10mm。
36.验证本实用新型设计的用于框架结构带滑移层的填充墙板的实验情况如下：
37.1.试验设计：
38.基于滑移开裂的破坏模式，仅在空心砖填充墙水平砖缝中水平铺设薄层柔性材料，墙体其它构造均与常见的构造保持相同，如填充墙与主体结构连接为传统刚接连接等。试验时薄层柔性材料为3mm厚改性沥青防水卷材，为减少尺寸效应影响，试验采用1：1足尺比例。
39.1.1试验模型
40.试验设计了两组试件，一组为传统刚性连接的页岩空心砖填充框架试件，一组为铺设了两层3mm厚的sbs改性沥青防水卷材作为薄层滑移层的页岩空心砖填充墙框架试件，分别命名为fiw
‑
1和fiw
‑
2，如图4和5所示。
41.两组试件的受力框架的混凝土等级为c30，砂浆强度为5.0mpa，空心砖抗压强度为mu3.5mpa。框架柱为边长400mm的方形截面；上部框架梁为宽200mm高450mm的矩形截面；填充墙板的宽度(含框架梁宽)为1000mm，厚度为100mm；底部框架梁凸出的两端的的尺寸为500mm宽，高为600mm。框架梁、框架柱、基础配置hrb335采用直径为16mm纵筋及hpb300直径8mm的箍筋。其中，纵筋是顺着框架柱的钢筋，箍筋是框架柱的横截面的钢筋，拉结筋就是砌体里面的钢筋，试验轴压比均为0.25。试验中采用的砌体填充材料为240
×
200
×
110mm的轻质页岩空心砖，砌筑墙体时所采用的砂浆为混合砂浆，两组试件均在同一批次施工浇筑。填充墙体与框架柱之间采用hpb300的拉结筋按照竖向每隔500mm的间距进行布置。fiw
‑
1和fiw
‑
2试件的相关参数如下表1和表2所示。
42.表1：配筋信息
[0043][0044]
表2：试件材料信息
[0045][0046]
1.2加载信息
[0047]
两组试件基础锚固于地面，水平力通过水平液压千斤顶施加于顶部框架梁端处。轴向压力通过竖向千斤顶施加于框架柱上，在水平加载过程中，竖向千斤顶保持恒定压力，竖向千斤顶与支部钢梁间设有可滚动滑轮，保证试件受到水平侧向力时可沿水平方向滑动。
[0048]
试验采用拟静力加载，试验力加载至试件出现裂缝，然后采用位移加载，按层间位
移角进行控制，位移级数共12级，每级位移循环3次，位移加载从层间位移角r＝0.25％开始，每级增加0.25％直至层间位移角达到2％，超过2％以后，以0.5％为增量增加。当试件加载至层间位移角4％或不能够承受竖向荷载或其它不安全现象出现时，加载停止。
[0049]
2试验结果
[0050]
2.1试验现象描述
[0051]
试验加载初期，试件fiw
‑
1在试验加载第一级时就出现了肉眼可见的裂缝，首条裂缝出现在框架柱上部框架梁交接角处的填充墙砂浆灰缝处，随着加载的不断增加，裂缝数量增加明显，试件fiw
‑
1出现的裂缝沿灰缝产生并以对角裂缝形式向外展开，延伸至墙顶或底部，相交于墙体中部，呈
‘
x’状。试件fiw
‑
2在力加载三级后才产生首条裂缝，首条裂缝出现在水平薄层柔性材料滑移层处，开裂位移角为0.25％，试件fiw
‑
2上的裂缝主要沿水平滑移层处开展和延伸，最后裂缝形成水平贯通缝，将整个墙体水平分割成3个部分，每部分墙体局部近柱端出现部分水平裂缝，主要是由于填充墙受到柱水平侧力所致。两者比较，试件fiw
‑
2墙体整体裂缝较少。
[0052]
两者在加载后期墙体剥落压碎方面也存在差异。随着加载的层间位移角不断增大，填充墙开始出现墙面剥落和压碎的现象，当层间位移角达到0.25％时，试件fiw
‑
1填充墙出现首块空心砖表面剥落和压碎的现象；而当层间位移角达到0.75％时试件fiw
‑
2才出现首块空心砖表面剥落；两组试件的剥落形态以及剥落部位也不尽相同，试件fiw
‑
1的剥落部位主要位于墙体中部，并表现出不断向角部延伸的趋势，破坏呈“x”状，剥落面积较大；试件fiw
‑
2剥落的部位主要位于被滑移层水平分割的三块墙体的端角部，剥落面积较小。
[0053]
试件fiw
‑
2中被水平分割的三块墙体在加载时呈明显的相互错动，当层间位移角r＝2％时，位于上部两块墙体相互错动的距离达50mm。当外界荷载卸载时，墙体相互错动的距离又逐渐减小，墙体随框架变形自我恢复，墙体整体破坏很小。
[0054]
2.2滞回曲线
[0055]
试件fiw
‑
1、fiw
‑
2的滞回曲线如下图6和7所示。
[0056]
由图7可得，试件fiw
‑
2滞回曲线直至层间位移角3％以后承载力才有下降的趋势。总体来讲，试件fiw
‑
2在不断加载的过程当中，表现出了较为良好的抗震性能，具有较好的延性。
[0057]
如图6和7所示，对比两组试件的滞回曲线，试件fiw
‑
2相较于fiw
‑
1的最大承载力有所降低，主要原因为试件fiw
‑
2中水平滑移层的存在削弱了原本整片墙体的斜支撑作用，同时也是由于水平滑移层的存在使得试件fiw
‑
2的分块墙体在试验中能相对滑动，从而起到耗散地震能量的作用，最终造成试件fiw
‑
2滞回曲线比试件fiw
‑
1饱满的结果。
[0058]
2.3残余变形
[0059]
结构残余变形如图8所示。
[0060]
由图8中可得，各级加载阶段试件fiw
‑
2残余变形在绝大多数加载阶段中均小于试件fiw
‑
1；当层间位移角达到4％时，试件fiw
‑
1、fiw
‑
2，最大残余变形与高度的比值分别为2.77％、2.01％，试件fiw
‑
2相比试件fiw
‑
1下降了27％，表明试件fiw
‑
2具有更优良的可恢复性能，能够在一定强度地震作用后变形快速恢复。
[0061]
3试验结果分析
[0062]
为了衡量填充墙的破坏程度，采用表面剥落、压碎或塌落砌块的竖向表面积百分
率定义填充墙破坏率ρ，即
[0063]
ρ＝a
cp
/a
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0064]
式中：
[0065]
a
cp
为任一侧填充墙体中表面剥落、压碎或塌落砌块的竖向表面积的和。当砌块两侧均出现破坏时仅计一侧的面积；
[0066]
a为填充墙一侧的竖向表面积；
[0067]
利用式(1)计算两试件在不同加载阶段的填充墙破坏率，如图9所示。
[0068]
对比两组试件填充墙破坏率，试件fiw
‑
2内部填充墙破坏率远小于传统刚性连接的填充墙试件fiw
‑
1，完全可满足无须修理或仅小修后可继续使用的要求。
[0069]
4结论
[0070]
通过对按传统刚性连接的填充墙和带有水平滑移层的新型填充墙进行拟静力试验研究，观察记录了两组试件的破坏过程及数值模拟分析，得到以下结论：
[0071]
(1)水平滑移层的设置改变了墙体的破坏模式，墙体破坏由对角破坏向为滑移破坏发生转变，破坏范围由集中破坏转向点状破坏，结构的耗能能力更优。
[0072]
(2)轻质空心砖填充墙体中铺设水平滑移层是一种非常有效的减轻填充墙地震破坏的措施，地震作用下填充墙体的破坏程度明显减小，填充墙的破坏率约为3％以下，与传统刚性连接填充墙相比，墙体的破坏率降低达93％以上。
[0073]
(3)带水平滑层移的填充墙体可作为可恢复框架结构填充墙体，能提高结构的变形可恢复能力，残余变形小，最大残余变形下降了约27％，可使主体结构具有更优良的可恢复性能。
[0074]
用数值分析方法验证本实用新型设计的用于框架结构带滑移层的填充墙板的情况如下：
[0075]
1.计算模型
[0076]
1.1计算模型
[0077]
采用数值分析方法仿真分析填充墙体在地震作用下的力学性能。
[0078]
如图10和11所示为设计了材料相同的普通钢框架填充墙和带h型软钢的钢框架填充墙，分别命名为m1和m2。填充墙高为3000mm，长为4000mm，厚度200mm。钢框架梁和框架柱截面为h形，尺寸为400mm
×
400mm
×
13mm
×
21mm，q420钢材，屈服强度为420mpa，极限强度为700mpa；软钢截面为h形，尺寸为225mm
×
200mm
×
8mm
×
12mm，屈服强度100mpa，极限强度120mpa。填充墙体填充材料为轻质页岩空心砖，长宽高尺寸为240mm
×
200mm
×
110mm，强度为mu3.5mpa，空洞率约为48％；砂浆强度为5.0mpa。
[0079]
1.2荷载施加
[0080]
地震作用采用低周往复加载来模拟。加载以位移加载对计算模型进行施加，位移级数为12级，每级位移循环1次，从层间位移角r＝0.25％开始记录，每级增加0.25％直至层间位移角达到2％，超过2％以后，以0.5％为增量增加。低周往复加载图如图12所示。
[0081]
对柱顶部施加竖向荷载，考虑柱轴压比的影响，柱轴压比为0.15。
[0082]
2.计算结果
[0083]
2.1墙体破坏率的对比
[0084]
数值分析中，当填充墙体的应力超过空心砖抗压强度3.5mpa时，就判断该块砖出
现压碎。模拟过程中两组模型依次呈现单块填充墙砖剥落压碎逐渐发展为大面积的墙砖出现压碎。
[0085]
为了衡量填充墙的破坏程度，定义填充墙破坏率ρ为：
[0086][0087]
式中：acp为任一侧填充墙体中压碎或塌落砌块的竖向表面积的和；a为填充墙一侧的竖向表面积。
[0088]
数值分析中通过计算累积的超过抗压强度3.5mpa的砖的面积和作为acp的值，经计算，两模型在不同加载阶段的填充墙破坏率ρ的变化如表3所示。
[0089]
残余变形可反应构件可恢复能力，m1和m2在各级层间位移角下的残余变形计算结果如表4所示。
[0090]
表3 填充墙破坏率
[0091][0092]
表4 残余变形计算结果
[0093][0094][0095]
上述模型结果表明：与普通钢框架填充墙相比，软钢的钢框架填充墙破坏率降低了87.0％以上。残余变形在层间位移角大于0.5％时，残余变形降低了18.9％以上。这是由于本专利设置软钢的钢框架填充墙在水平地震作用下，十字形的软钢将填充墙分割成四块墙体，在加载时横向软钢上下的墙体呈明显的相互滑动，可自适应框架变形，当外界荷载卸
载时，墙体随框架变形自我恢复，结构整体破坏非常小。
[0096]
2.2墙体应力的对比
[0097]
相同层间位移角时的两模型m1和m2的应力云图分别如图13和14所示。对比两者的应力云图可以看出，普通钢框架填充墙m1的云图分布如斜杆一样，出现了明显的斜撑作用，而本专利设置了软钢的钢框架填充墙m2的云图分布，则出现较为散乱的分布，并且所示的最大压应力1.682mpa小于m1的4.81mpa。这是由于竖向十字型软钢能够将内部砌体分区，从而使得内部分隔的砌体能够沿水平h型软钢表面滑动，产生滑移，减小斜撑作用。
[0098]
可见本发明能能够减小填充墙在地震作用下的斜撑作用，降低墙体内的应力，从而达到减小填充墙破坏程度的目的。
[0099]
2.3墙体耗能能力对比
[0100]
层间位移角约小于1％时，通钢框架填充墙的同等位移对应的荷载大于设置了软钢的钢框架填充墙，因为此阶段内通钢框架填充墙提供了较强的支撑作用，使得通钢框架填充墙的荷载大于设置了软钢的钢框架填充墙的荷载值。随着层间位移角的增大，通钢框架填充墙因破坏不断加重，荷载值不断降低，低于设置了软钢的钢框架填充墙的荷载值。因加载和结构对称，取正向加载时的骨架曲线，如图15所示。
[0101]
两组模型随层间位移角而变化的等效粘滞阻尼系数如图16所示。当位移角小于2％时，模型m2的等效粘滞阻尼系数大于模型m1的；位移角大于2％时两者大致趋于一致，可见，总体上模型m2的耗能能力是大于模型m1的，主要是由于模型m2中水平滑移层和软钢的存在，通过它们的变形消耗了地震能量，促使耗能能力的提高。
[0102]
本实用新型设计的钢框架结构内部填充砌体强度低，通常抗压强度低于3.5mpa，易于在地震作用下填充墙体发生破坏，影响使用和造成后期维修困难。填充砌体h型软钢将填充墙分为多个区域，由于软钢表面较为光滑，能够让上下两部分墙体发生相对滑移，从而适应外部结构的变形，减小结构的斜撑作用，减小内部空心砌体填充墙的破坏程度；在填充墙高厚比较大的时，水平h型软钢能够作为结构的细梁，减小墙体高厚比；软钢由于有明显的屈服点，产生塑性破坏，所以能够在地震时，消减结构能量，在大地震时，减小对周边框架梁和框架柱的破坏。
[0103]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。