钢结构装配式粘滞阻尼墙及其安装方法与流程

该发明涉及钢结构装配式建筑技术领域，尤其是一种耗能型的阻尼墙建筑构件。

背景技术：

粘滞阻尼墙是一种速度型阻尼器，在结构上，内钢板固定在上层楼面，两块外板固定在下层楼板。当结构受到地震或风作用时，上下楼面的运动速度不同，导致内钢板和外钢板产生相对速度。内外钢板之间的速度梯度使得粘滞材料产生阻尼，从而使得结构的阻尼增大，降低结构的动力反应。这种常规的粘滞阻尼墙，可以对风震和地震产生有效的抗震效果，而且无需保养。该类阻尼墙结构简单、安装方便。

传统的内外钢板之间是均匀的间距，且钢板的表面是平整的，这种结构的阻尼墙的不足之处是，该类阻尼墙的总粘滞阻尼力F为:式中：A为钢板面积，L为粘滞材料的粘度，dv是内外钢板的相对速度，dy是内外钢板的间距，D是内外钢板的相对位移，a、b是修正系数常数，从该式可以看出：在阻尼墙结构尺寸一定时，粘滞材料的粘度L是影响阻尼墙力学性能和减振效果的主要因素，然而现阶段采用的高粘滞材料(如硅油等)的粘度在工作过程中是不可变的，使其无法在各种震动条件下达到最佳减振效果。

经过申请人分析，现在市场上的粘滞材料的性能都是一定的，短期内，材料方面不会有大的改进，因此，本发明的思想在于，通过结构方面的改进，通过引入第二种阻尼效果，使得阻尼效果产生叠加效应，使得阻尼墙的阻尼效果增加。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种钢结构装配式粘滞阻尼墙及其安装方法，在安装体积不变的情况下，增加阻尼效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

钢结构装配式粘滞阻尼墙，包括内部钢板、外部钢箱、内衬板和粘滞材料，其特征在于，

所述部箱体下部为固定部，上部为插接腔，所述插接腔内充满粘滞材料；

两块内衬板左、右各一固定在外部钢箱内部两侧侧壁上，且在两块内衬板之间的空间设置内部钢板，所述内部钢板上端为悬挂部，

所述内衬板的内侧设置有扰动块，所述扰动块设置为多个，所述内部钢板的两侧面上对称设置有若干肋条，所述肋条纵横交错形成若干矩形凹槽或者方形凹槽，所述矩形凹槽或者方形凹槽按照下列的规律进行布置：上部布置的密集，下部布置的稀疏；且每个扰动块对应的插入到矩形凹槽或者方形凹槽中，所述扰动块与矩形凹槽或者方形凹槽形成滑动配合，且内部充满粘滞材料。

在所述矩形凹槽或者方形凹槽的肋条侧楞处设置小孔。

所述外部钢箱采用钢板焊接成型，并进行表面防腐处理。

所述外部钢箱顶部设有观察槽结构。

所述内衬板为“工”字形的轮廓。

所述内衬板与外部钢箱内壁之间为平面配合，并在两者之间设置密封垫片。

钢结构装配式粘滞阻尼墙的安装方法，其特征在于，安装方法如下：

首先，在地面处，将两个内衬板对应的贴合在内部钢板的两侧，并使得对应的扰动块插入对应的矩形凹槽或者方形凹槽中，然后将内衬板和内部钢板整体插入到外部钢箱中，使用高强度螺栓将内衬板和外部钢箱进行锁紧固定；

然后，将装配好的外部钢箱安装在下层楼板或者横梁上，同时将内部钢板上端的安装部通过橡胶垫块和高强度螺栓连接在上层楼板或者横梁上。

最后，将外部钢箱内灌装粘滞材料。

本发明的有益效果是：

1、在不改变现有粘滞材料的情况下，通过结构改进，使得耗能效果得到有效提升。

2、内部钢板和内衬板之间形成局部的蜂窝结构，具有缓冲的作用，可以有效的提高缓冲效果，形成柔性连接，具体的技术原理和技术效果参考具体实施例部分的详细说明。

附图说明

图1为现有粘滞阻尼墙的原理图之一。

图2为现有粘滞阻尼墙的原理图之二。

图3为本发明阻尼墙的安装立体图。

图4为阻尼墙局部全剖视图。

图5为隐藏部分外部钢箱后的立体图。

图6为扰动板在矩形凹槽或方形凹槽内的配合示意图。

图7为外部钢箱的局部剖视图。

图8为内部钢板的立体图。

图9为内衬板的立体图。

图10为扰动板与矩形凹槽之间的运动关系示意图。

图11为实施例二的示意图。

图12为实施例三的示意图。

图中：100内部钢板，110肋条，120矩形凹槽或者方形凹槽，121小孔，130悬挂部，

200外部钢箱，210固定部，220螺栓孔，230观察槽结构，

300内衬板，310螺纹孔，320扰动块，

400密封圈，

500高强度螺栓，

600粘滞材料，

700钢球，

800垂直钢板，

002下层楼板，001上层楼板。

具体实施方式

参考图1和图2，粘滞阻尼墙的组成通常包括：

内部钢板，固定在上层楼面上，连接强度足够，其作用在于：当阻尼墙工作时，内部钢板在粘滞材料中做剪切运动，类似于往复活动的活塞。

外部钢箱，固定在下层楼面上，箱体内的容器内充满粘滞阻尼材料。

粘滞阻尼材料，位于内部钢板和外部钢箱之间，材料性能是耗能能力大小的关键,主要作用点在于两侧和底部，其原理在于，通过粘滞材料的剪切变形耗散外部输入的能量。本文中的粘滞阻尼材料以日本OILES公司生产的粘滞阻尼材料为第一选择。

本发明以单层型阻尼墙为例进行说明。

实施例一

参考图3至图10，本发明中，内部钢板100上端为悬挂部130，上端通过悬挂的方式固定安装在上楼板001上，悬挂采用半刚性连接，采用高强度螺栓和橡胶垫块结合的方式，即，在上部通过多个高强度螺栓进行连接。在内部钢板100的两侧面对称的设置有若干肋条110，肋条110纵横交错，形成若干大小不一的矩形凹槽或者方形凹槽120，矩形凹槽或者方形凹槽按照下列的规律进行布置：

凹槽在上部布置的密集，下部布置的稀疏，参考图8，也就是说，在同样的面积条件下，上部形成密集的矩形凹槽或者方形凹槽120，下部形成稀疏的矩形凹槽或者方形凹槽。参考图8，也就是说，上部的矩形凹槽或者方形凹槽是尺寸较小，为小规格，下部的矩形凹槽或者方形凹槽尺寸大。

外部钢箱200结构同现有技术中的外部钢箱构造，整体采用钢板焊接成型，并进行防腐处理，下部为固定部210，与下部的楼板面或者横梁固定连接，改进之处在于，在外部钢箱200的侧壁上开设有螺栓孔220，允许高强度螺栓穿过。为便于观察，将外部钢箱顶部设计成开口的观察槽结构230，并方便添加粘滞材料，通常粘滞材料为流态。

内衬板300，左右各一共两块，分别通过高强度螺栓安装在外部钢箱内部的两侧侧壁上，对应的，在内衬板300上设置的与高强度螺栓连接的孔为螺纹孔310。

为便于内衬板300与外部钢箱200内壁之间的配合，将内衬板300设计共“工”字形的轮廓。

内衬板300与外部钢箱200内壁之间为平面配合，并在两者之间选择性的使用密封垫片，其中，为达到较好的效果，在内衬板300螺纹孔的周围设置密封凹槽，凹槽内设置密封圈400，形成局部密封，且上述的密封圈设置在于箱体内壁接触的内衬板上，形成局部密封，作用在于，防止内部的粘滞材料自内衬板和箱体内壁之间渗出。

在内衬板300的内侧设置有扰动块320，扰动块320设置为多个，具体的每个矩形凹槽或者方形凹槽对应一个扰动块320，每一个扰动块，对应的插入到矩形凹槽或者方形凹槽中，每一个扰动块320上下两端与矩形凹槽或者方形凹槽120滑动配合，且扰动块320将对应的矩形凹槽或者方形凹槽分割为左右两个子空腔，静止状态下，子空腔内充满粘滞材料，形成多个密集的蜂槽结构，地震作用下，内部钢板100相对内衬板水平移动，两侧的子空腔的体积发生变小和变大，迫使粘滞材料通过扰动块320和矩形凹槽或者方形凹槽之间的间隙，通常该间隙的设置尺寸小于1毫米，由于粘滞材料的粘滞效果很好，粘滞材料通过间隙时，发生剪切效应，参考图10，相对于传统的平板之间配合样式，本发明中形成众多蜂槽，且具有一定的独立性，本发明中的剪切效应更加明显，可以消耗更多的震动能量。在内衬板300和内部钢板100之间形成微小的缝隙，外侧的粘滞材料可以对矩形凹槽或者方形凹槽中的粘滞材料进行自行补充。

进一步地，可以在矩形凹槽或者方形凹槽120的侧楞处设置小孔121，用于粘滞材料的流动，其中小孔的直径较小，在1毫米左右，实现粘滞材料在相邻之间的矩形凹槽或者方形凹槽进行流动。本处的小孔的流量截面远远小于扰动板和矩形凹槽之间的间隙和缝隙，所以大部分的粘滞材料剪切效应发生在间隙和缝隙处，销孔用于调节相邻矩形凹槽之间的粘滞材料，形成均衡的效果。

本发明安装方便，安装方法如下：

首先，在地面处，将两个内衬板300对应的贴合在内部钢板的两侧，并使得对应的扰动块插入对应的矩形凹槽或者方形凹槽中，然后将内衬板和内部钢板整体插入到外部钢箱中，使用高强度螺栓500将内衬板和外部钢箱进行锁紧固定。

将装配好的外部钢箱200安装在下层楼板002或者横梁上，同时将内部钢板上端的安装部通过橡胶垫块和高强度螺栓连接在上层楼板001或者横梁上。

最后，将外部钢箱内灌装粘滞材料600，粘滞材料灌满标准为，外部钢箱中的观察槽内充满液体状的粘滞材料600。

下面通过地震作用下内部钢板与内衬板之间的动作对本发明的原理和效果进行揭示。

在地震作用下，对建筑破坏最强的是横向波，也叫横向震动，本发明就是用于消耗横向震动能量，当地震发生时，内衬板300和内部钢板100之间发生相对运动，以内部钢板自左向右运动为例，参考图10，扰动块右侧为正压区，左侧为负压区，粘滞材料会通过扰动块和矩形凹槽之间的缝隙和间隙向负压区流动，在粘滞材料通过的过程中发生剪切和摩擦，实现耗能。同时，由于正压区位于右侧，会在内部钢板和内衬板之间形成弹性存在，具有缓冲的作用，起到阻尼的作用，阻尼产生热，具有二次耗能的作用。也就是说，本发明中，存在粘滞材料本身的粘滞性能而产生耗能，同时扰动块和内部钢板之间封闭空腔产生类似于阻尼气缸的作用，具有缓冲的功能，也具有一定的耗能效果，两种耗能效果的叠加，抗震性能优于传统的阻尼墙。容易理解，由于矩形凹槽四侧的凸起与内衬板之间形成一个相对独立的空间，在地震发生时，内部钢板快速的移动，会对右侧的子空腔产生压迫，右侧子空腔内粘滞材料瞬时密度大于左侧瞬时密度，产生阻尼，同时，扰动块和矩形凹槽内的间隙和缝隙，容易粘滞材料通过，产生缓慢泄压，实现粘滞材料的流动，实现粘滞材料的剪切效应，进一步地耗能。在传统的阻尼墙中，粘滞材料位于开放的外部钢箱内，所以没有形成局部封闭的腔室，不具有阻尼的作用，完全依靠粘滞材料本身的粘滞特性进行耗能。

在上述的描述中，仅仅是以内部钢板自左向右的移动过程描述的，同样的，当钢板自右向左运动过程中，存在反向的耗能效果，所以本发明具有双程耗能效果，本处所说的双程耗能效果是指，无论是自左向右还是自右向左都存在这种耗能情况。

本发明中，依靠粘滞材料本身发生剪切作用时耗能，和正压区阻尼的双重作用，实现耗能的目的，在同等体积和同样粘滞材料应用的情况下，抗震性能至少提高30％至50％左右。

实施例二

参考图11，作为进一步地方案，在扰动板和矩形凹槽或者方形凹槽配合处的接触面处设置有钢球700，具体地实现方式为，在扰动板的配合面处设置有钢球槽，在钢球槽内通过钢球保持架安装有钢球，钢球被限定在扰动板的配合面处，安装后，钢球与矩形凹槽之间形成滚动配合，活动更加灵活，同时，在钢球和钢球之间的间隙中，形成粘滞材料的流动通道。此方案优势在于，扰动板与矩形凹槽之间形成滚动配合，且钢球起到一定的支撑作用，所以效果更加突出。当然，相对来说制作工艺也更加复杂。

实施例三

参考图12，示意的为双层结构的阻尼效果，在该结构中，内部钢板为两块，平行设置，对应的在两个内部钢板之间的缝隙中形成一个夹层，夹层中设置有一个竖直设置的垂直钢板800，垂直钢板两侧与两个内部钢板之间是等间距的，在该间距空间内充满粘滞材料600，起到粘滞材料的增强效果。参考图12，两个内部钢板在顶部是合成一体的，即，通过一套悬挂系统进行悬挂。此方案对应的是双层阻尼结构。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书所确定的保护范围内。