本发明涉及建筑消能减震技术领域，具体地说，涉及一种消能装置和消能墙面。
背景技术：
随着经济建设的不断发展，城市中出现越来越多的高层建筑物。由于建筑物可能遭受地震、强风或其他附加作用力的作用，例如，在地震发生时，会有连续性的震源能源加诸于建筑物的结构体上，若建筑物本身的结构强度不足或使用的建材有瑕疵时，易导致建筑物在地震中遭受破坏，并给人们的生命财产安全带来极大的危害。为避免或减少这些危害，通常在建筑物中设计增加消能减震装置，消能减震装置通过增加阻尼，消耗建筑物传递的能量，从而达到消能减震的目的。
现有的消能减震装置往往通过连接墙段或者支撑安装于建筑物的结构中，当震动发生时，这种构造的消能减震装置需要承受较大的竖向荷载，但是当其承受较大的竖向荷载时，会使得消能减震装置具有不利于发挥其性能的初始受力状态，这种初始受力状态会影响消能减震装置的耗能性能，使其达不到预期的消能减震效果。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明一方面提供一种消能装置，包括：
至少两个沿第一方向排列，并在第二方向上延展的消能柱，所述第一方向和所述第二方向垂直；
至少一个消能部，所述消能部沿所述第二方向排列，并在所述第一方向上延展，所述消能部的两端分别连接相邻的两个所述消能柱，所述消能柱的材料的屈服强度大于等于所述消能部的材料的屈服强度。
优选地，所述消能装置还包括至少四个连接部，分别位于所述至少两个消能柱的两端，所述连接部连接所述消能柱和墙面。
优选地，所述消能部为剪切受力消能构件或弯曲受力消能构件。
优选地，所述消能柱的沿所述第一方向的截面形状为h型、口字型或王字型。
优选地，所述消能装置包括多个消能部，所述多个消能部沿所述第二方向排列设置于相邻的两个所述消能柱之间。
优选地，所述消能部可拆卸地连接至所述消能柱。
优选地，所述连接部为具有安装孔的铰接座。
优选地，每个所述连接部包括两个并排设置的具有安装孔的u型销轴连接座。
优选地，所述连接部的材料的屈服强度大于等于所述消能部的材料的屈服强度。
优选地，所述消能部的材料为q235、ly225、ly160或ly100型号的钢材。
优选地，所述消能柱上设置有至少一个沿所述第二方向排列，并沿所述第一方向延展的加强筋。
优选地，所述加强筋在所述消能柱上的位置与所述消能柱、消能部之间的连接位置相对应。
本发明另一方面提供一种消能墙面，包括：墙面和内嵌于所述墙面内的如上所述的消能装置。
优选地，所述至少两个消能柱所在的平面平行于所述墙面。
与现有技术相比，本发明提供的消能装置和消能墙面至少具有以下有益效果：
本发明的消能装置，构造简单，概念清晰，消能柱主要用于承受墙面或墙体的竖向荷载，而不会对位于相邻的两个消能柱之间的消能部产生不利影响，消能部作为消能装置的核心消能部件，能够通过计算得出消能装置的疲劳性能，同时，该消能装置安装于建筑物的墙面中，能够有效防止结构发生层屈服破坏现象。
附图说明
图1a为本发明实施例1的消能装置的主视图。
图1b为图1a的消能装置沿a-a′线的剖视图。
图1c为图1a的消能装置沿b-b′线的剖视图。
图1d为图1a的消能装置沿c-c′线的剖视图。
图1e为图1a的消能装置受力变形后的示意图。
图2a为本发明实施例2的消能装置的主视图。
图2b为图2a的消能装置沿d-d′线的剖视图。
图2c为图2a的消能装置沿e-e′线的剖视图。
图3a为本发明实施例3的消能装置的主视图。
图3b为图3a的消能装置沿f-f′线的剖视图。
图4a为本发明实施例4的消能装置的主视图。
图4b为图4a的消能装置沿g-g′线的剖视图。
其中，附图标记说明如下：
10、20、30、40：消能装置
11、21、31、41：消能柱
12、22、32、42：消能部
13、23、33、43：连接部
111、211：加强筋
131：安装孔
p：移动方向
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。本发明的附图仅用于示意相对位置关系，某些部位的层厚采用了夸示的绘图方式以便于理解，附图中的层厚并不代表实际层厚的比例关系。
实施例1
图1a为本发明实施例1的消能装置的主视图，图1b为图1a的消能装置沿a-a′线的剖视图，图1c为图1a的消能装置沿b-b′线的剖视图。结合图1a、图1b和图1c，本实施例的消能装置10包括消能柱11和消能部12。
本发明的消能装置10包括至少两个沿第一方向(x方向)排列，并在第二方向(y方向)上延展的消能柱11，x方向和y方向垂直。消能柱11是消能装置10的主体构件，在将消能装置10安装于建筑物的结构中时，主要用于承受墙面或墙体的竖向荷载，而不会对位于相邻的两个消能柱11之间的消能部12产生不利影响，因此消能柱11需要具有较高的屈服强度。
图1d为图1a的消能装置沿c-c′线的剖视图，从图1d可以看出，本实施例的消能装置10沿c-c′线的剖视图为h型(或工字型)，即消能柱11的沿第一方向的截面形状(沿垂直于消能柱11长度方向的截面形状)为h型，h型结构的消能柱11具有较高的承载能力，使其能够更好地发挥支撑作用。可选地，消能柱11上设置有至少一个沿第二方向排列，并沿第一方向延展的加强筋111，以进一步加强消能柱11的屈服强度和抗弯曲能力，本实施例中，加强筋111设置于h型消能柱11的凹部中。
本发明的消能装置10包括至少一个消能部12，该消能部12沿第二方向排列，并在第一方向上延展，消能部12的两端分别连接相邻的两个消能柱11，从而将相邻的两个消能柱11连接在一起。消能部12是消能装置10的核心消能部件，本发明中，消能柱11的材料的屈服强度大于等于消能部12的材料的屈服强度，使得消能装置10承受载荷时，消能柱11能够具有足够的强度支撑墙面或墙体而不发生变形，消能部12能够先于消能柱11发生剪切变形或弯曲变形，起到消能、减震作用，而消能柱11和连接部13仍然保持原有形状和弹性。
可选地，消能部12为剪切受力消能构件或弯曲受力消能构件，具体地说，消能部12能够通过沿第二方向的剪切变形消耗消能装置10承受的能量，或者，消能部12通过弯曲变形消耗消能装置10承受的能量。考虑到消能装置10的外观具有较大的限制，与消能装置10连接的墙的刚度较大，作为优选方案，消能部12为剪切受力消能构件。
参照图1c，本实施例中，消能部12沿第二方向的截面形状为h型，在其他实施例中，消能部12的截面形状还可以是口字型、王字型或其他不规则形状。
可选地，加强筋111在h型消能柱11上的位置与消能柱11、消能部12之间的连接位置相对应，在消能柱11将消能装置10承受的载荷向消能部12传递时，消能柱11与消能部12之间的连接处承受较大的作用力，在此位置设置加强筋，增强消能柱11的支撑能力，能够防止消能柱11先于消能部12发生变形或屈服，使其保持弹性。
作为优选方案，消能装置10包括多个消能部12，该多个消能部12沿第二方向排列设置于相邻的两个消能柱11之间，沿第二方向排列设置的相邻两个消能部12可以具有相同的间距，使得消能柱11具有均衡的受力，本实施例中，相邻两个消能柱11之间沿第二方向排列设置有两个消能部12。
消能部12可通过焊接方式与相邻的两个消能柱11固定连接，作为优选方案，消能部12可拆卸地连接至消能柱11，在消能装置10承受载荷时，塑性损伤集中在消能部12，损伤后，通过更换消能部12可以使消能装置10重新具有消能、减震能力。作为示例，消能部12通过铰接、枢接等方式与消能柱11连接在一起。
在一较佳实施例中，消能装置10还包括至少四个用于连接消能柱11和墙面或墙体(未示出)的连接部13，该至少四个连接部13分别位于至少两个消能柱11的两端，换言之，每个消能柱11的两端均设置有一个连接部13。在将消能装置10安装于建筑物的墙面或墙体中时，连接部13用于与墙面或墙体连接在一起，增强消能装置10与墙面或墙体的连接强度，并构成墙面或墙体的一部分，消能装置10承受墙面或墙体的载荷时，连接部13能够将承受的载荷传递至消能柱11和消能部12。
可选地，连接部13为具有安装孔131的铰接座，消能装置10安装于墙面或墙体中时，墙面或墙体上设置有与铰接座的安装孔131相配合的铰接轴，通过铰接座和铰接轴相配合实现消能装置10与墙面或墙体的连接。进一步地，本实施例中，每个连接部13包括两个并排设置的具有安装孔131的u型销轴连接座，在其他实施例中，每个连接部13可以包括一个或三个等具有安装孔131的u型销轴连接座，其个数可以根据需要进行设置。
作为优选方案，连接部13的材料的屈服强度大于等于消能部12的材料的屈服强度，使得消能装置10承受载荷时，消能柱11和连接部13能够具有足够的强度支撑墙面或墙体而不发生变形，消能部12能够先于消能柱11和连接部13发生剪切变形或弯曲变形，起到消能、减震作用，而消能柱11和连接部13仍然保持原有形状和弹性。可选地，消能部12的材料为q235、ly225、ly160或ly100型号的钢材，该型号的消能部12能够做到遭受小的震动时发生弹性变形，遭受大的震动时发生屈服，消能柱11和连接部13采用屈服强度大于等于上述型号钢材的材料，包括但不限于q345、q390与q420，45号钢、35crmo或40cr等型号的钢材。
上述由消能柱11、消能部12和连接部13组成的消能装置10安装于建筑物的墙面或墙体中，能够有效防止结构发生层屈服破坏现象，同时承受的载荷由消能部12通过变形消耗掉，消能柱11作为主体框架保持弹性。
具体地说，参照图1e，消能装置10安装时，消能柱11通过连接部13沿第二方向安装于墙面或墙体中，消能装置10承受的载荷加大时，消能柱11的一端(例如上端)沿第一方向发生移动，如图1e中箭头p所示，消能部12将发生剪切变形，通过变形或损伤消耗消能装置10承受的能量，消能柱11结构不变，保持弹性，该消能部12能够做到遭受小的震动时发生弹性变形，遭受大的震动时发生屈服。
本实施例的消能装置10构造简单，概念清晰，消能部12作为消能装置10的核心消能部件，能够通过计算得出消能装置10的疲劳性能。
具体地说，首先，根据大量的优化设计与试验经验，可以得到效能部的疲劳性能，并通过疲劳曲线“ε1-n”描述(其中塑性ε1为应变幅，n为循环次数)；而后，由于消能部12以外的部分均通过合理设计而保持弹性，可进行理论计算当消能装置10发生变形时消能部12的对应变形关系，得到当消能装置10的变形为ε2时消能部12的对应ε1，从而得消能装置10整体的疲劳曲线“ε2-n”描述。
实施例2
图2a为本发明实施例2的消能装置的主视图，图2b为图2a的消能装置沿d-d′线的剖视图，图2c为图2a的消能装置沿e-e′线的剖视图。结合图2a、图2b和图2c，本实施例的消能装置20与实施例1的消能装置10的结构基本相同，包括消能柱21、消能部22，进一步包括连接部23，其区别在于，消能柱21沿第一方向的截面形状为口字型。截面形状为口字型的消能柱21与截面形状为h型的消能柱11相比，在第一方向上具有四条边，因此，具有更高的竖向承载能力。
可选地，消能柱21包括至少一个加强筋211，该加强筋211沿第二方向排列设置于该口字型消能柱21的内部。进一步地，加强筋211在消能柱21上的位置与消能柱21、消能部22之间的连接位置相对应，在消能柱21将消能装置20承受的载荷向消能部22传递时，消能柱21与消能部22之间的连接处承受较大的作用力，在此位置设置加强筋，能够防止消能柱21发生变形或屈服。
在其他实施例中，消能柱21的沿垂直于消能柱21长度方向的截面形状还可以是其他形状，例如王字型或其他不规则形状。
实施例3
图3a为本发明实施例3的消能装置的主视图，图3b为图3a的消能装置沿f-f′线的剖视图。本实施例的消能装置30与实施例1的消能装置10的结构基本相同，包括消能柱31、消能部32，进一步包括连接部23，消能柱31的沿第一方向的截面形状为h型，其区别在于，本实施例的消能装置30包括三个沿第一方向排列设置的消能柱31，每个消能柱31的两端均设置有一个连接部23，相邻两个消能柱31之间设置有四个消能部32，从而具有更大支撑和消能能力。需要说明的是，本发明不限制相邻两个消能柱31之间设置的消能部32的个数，其个数可以根据需要进行设置，作为示例，相邻两个消能柱31之间可以设置有两个至五十个消能部32。
实施例4
图4a为本发明实施例4的消能装置的主视图，图4b为图4a的消能装置沿g-g′线的剖视图。本实施例的消能装置40与实施例2的消能装置20的结构基本相同，包括消能柱41、消能部42，进一步包括连接部43，消能柱41的沿第一方向的截面形状为口字型，其区别在于，本实施例的消能装置40包括三个沿一方向排列设置的消能柱41，每个消能柱41的两端均设置有一个连接部43，相邻两个消能柱41之间设置有四个消能部42，从而具有更大支撑和消能能力。需要说明的是，本发明不限制沿一方向排列设置的消能柱41的个数，其个数可以根据需要进行设置，作为示例，本发明的消能装置40中包括两个至十个沿一方向排列设置的消能柱41。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。