一种弹簧保险丝式框架填充墙及其设计方法

本申请涉及建筑结构抗震，具体涉及一种弹簧保险丝式框架填充墙及其设计方法。

背景技术：

1、填充墙是框架结构中不可缺少的非结构构件，通常起分隔和围护作用，现行《砌体结构设计规范》（gb 50003-2011）规定，有抗震设防要求时，填充墙与框架宜采用脱开的柔性连接方式，但这使填充墙在框架结构体系中无法发挥抗力作用，也增加了填充墙面外倒塌的风险。

2、目前，针对上述问题，有两种突破方案；一种是使用脆性材料连接框架和填充墙（如“填充墙mtmd耗能钢框架结构振动台试验研究[j].振动与冲击,2014,33(11):200-207.”中，石河子大学何明胜团队通过脆性牺牲块连接框架与填充墙），但脆性块破坏瞬间，框架受到的冲击荷载是同阶段地震荷载的数倍，这将导致框架在达到设计值之前发生破坏；另一种是使用延性材料连接框架和填充墙（如“一种保险丝式框架填充墙板及其设计方法”，申请号：201810009670.8，使用屈服强度低的钢板连接框架与填充墙），但由于填充墙的抗拉强度远低于抗压强度，延性材料在屈服破坏过程中产生的拉力，会导致填充墙在达到设计值之前受拉开裂破坏，且这两种突破方案，都需要额外的构造措施来预防填充墙发生面外倒塌，增加了施工的难度和复杂程度。所以，工程上急需施工简单且不发生脆性破坏、不对填充墙产生拉力的连接装置，来优化填充墙与框架的连接。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种弹簧保险丝式框架填充墙，在框架结构弹性变形区间内，保证填充墙不先于框架破坏的前提下，利用填充墙的抗力提高框架结构抵抗水平地震力的能力，并提高填充墙面外抗倒塌能力，且基本不改变传统框架填充墙结构的建造方式，设计简单，易于施工和维护。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种弹簧保险丝式框架填充墙采用如下技术方案：

3、一种弹簧保险丝式框架填充墙，其特征在于：包括框架、填充墙、弹簧保险丝、安装槽、柔性填充材料，所述框架与填充墙之间设置竖向间隙和水平间隙，间隙均用柔性填充材料填充，所述柔性填充材料优选岩棉，所述安装槽开设在填充墙两侧顶角处，所述弹簧保险丝设置在安装槽内部，通过框架连接件与框架连接，通过填充墙连接件与填充墙连接。

4、优选的，一种弹簧保险丝式框架填充墙，其特征在于：所述弹簧保险丝包括框架连接件、填充墙连接件、螺旋弹簧和螺栓，所述框架连接件通过螺栓与框架连接，所述填充墙连接件通过螺栓与填充墙连接，所述螺旋弹簧与填充墙连接件底板内侧焊接，与框架连接件底板内侧接触但不连接。

5、优选的，一种弹簧保险丝式框架填充墙，其特征在于：所述框架连接件及填充墙连接件均由一块底板和两块侧板焊接而成，所述框架连接件的侧板与填充墙连接件的侧板在整个受力过程中始终存在搭接且留有缝隙。

6、优选的，一种弹簧保险丝式框架填充墙，其特征在于：所述螺旋弹簧与框架连接件底板内侧允许接触后分离，以及再接触。

7、一种弹簧保险丝式框架填充墙设计方法，其特征在于：首先，根据现行规范设计出框架和填充墙；其次，根据设计出的框架和填充墙确定框架与填充墙之间的竖向间隙、水平间隙，框架与填充墙之间的竖向间隙，其宽度应等于框架达到弹性极限承载力时的水平位移与所填充柔性材料最大压缩量的和，框架与填充墙之间的水平间隙，其宽度应满足框架和填充墙在弹性变形区间内自由变形的需求，大于框架梁在弹性变形区间内的竖向位移与所填充柔性材料最大压缩量的和，其中，框架达到弹性极限承载力时的水平位移、框架梁在弹性变形区间内的竖向位移，可根据现行荷载规范统计的框架承受的最大荷载确定；然后，设计弹簧保险丝及相应连接，弹簧保险丝应具有抵抗填充墙面外倒塌的能力，弹簧保险丝与框架及填充墙的连接，在整个受力过程中保持完好；最后，设计安装槽，安装槽应满足弹簧保险丝的安装需求，其开设尺寸可以根据弹簧保险丝的尺寸确定。

8、本发明包括以下至少一种有益效果：

9、1.通过安装弹簧保险丝，优化填充墙与框架结构的连接，在框架结构弹性变形区间内，利用填充墙的抗力提高框架结构抵抗水平地震力的能力，且安装弹簧保险丝不会对填充墙产生拉力，使填充墙在达到设计值之前不发生受拉开裂破坏；

10、2.弹簧保险丝不会发生脆性破坏，从而避免冲击荷载的产生，使框架在达到设计值之前不发生破坏；

11、3.通过设计弹簧保险丝的压缩刚度，协调填充墙与框架结构的变形差异，使二者同时达到弹性极限，从而保证填充墙不先于框架破坏；

12、4.弹簧保险丝能提高填充墙面外抗倒塌能力，且结构构造简单，施工方便，适宜推广。

技术特征：

1.一种弹簧保险丝式框架填充墙，其特征在于：包括框架（1）、填充墙（2）、弹簧保险丝（3）、安装槽（4）、柔性填充材料（5），所述框架（1）与填充墙（2）之间设置竖向间隙和水平间隙，间隙均用柔性填充材料（5）填充，所述柔性填充材料（5）优选岩棉，所述安装槽（4）开设在填充墙（2）两侧顶角处，所述弹簧保险丝（3）设置在安装槽（4）内部，所述弹簧保险丝（3）通过框架连接件（31）与框架（1）连接，通过填充墙连接件（32）与填充墙（2）连接。

2.根据权利要求1所述的一种弹簧保险丝式框架填充墙，其特征在于：所述弹簧保险丝（3）包括框架连接件（31）、填充墙连接件（32）、螺旋弹簧（33）和螺栓（34），所述框架连接件（31）通过螺栓（34）与框架（1）连接，所述填充墙连接件（32）通过螺栓（34）与填充墙（2）连接，所述螺旋弹簧（33）与填充墙连接件（32）底板内侧焊接，与框架连接件（31）底板内侧接触但不连接。

3.根据权利要求1所述的一种弹簧保险丝式框架填充墙，其特征在于：所述框架连接件（31）及填充墙连接件（32）均由一块底板和两块侧板焊接而成，所述框架连接件（31）的侧板与填充墙连接件（32）的侧板在整个受力过程中始终存在搭接且留有缝隙。

4.根据权利要求1所述的一种弹簧保险丝式框架填充墙，其特征在于：所述螺旋弹簧（33）与框架连接件（31）底板内侧允许接触后分离，以及再接触。

5.一种弹簧保险丝式框架填充墙设计方法，其特征在于：首先，根据现行规范设计出框架和填充墙；其次，根据设计出的框架和填充墙确定框架与填充墙之间的竖向间隙、水平间隙；然后，设计弹簧保险丝及相应连接；最后，设计安装槽。

6.根据权利要求5所述的一种弹簧保险丝式框架填充墙设计方法，其特征在于：所述的框架与填充墙之间的竖向间隙，其宽度应等于框架达到弹性极限承载力时的水平位移与所填充柔性材料最大压缩量的和。

7.根据权利要求5所述的一种弹簧保险丝式框架填充墙设计方法，其特征在于：所述的框架与填充墙之间的水平间隙，其宽度应满足框架和填充墙在弹性变形区间内自由变形的需求，大于框架梁在弹性变形区间内的竖向位移与所填充柔性材料最大压缩量的和。

8.根据权利要求5所述的一种弹簧保险丝式框架填充墙设计方法，其特征在于：所述弹簧保险丝应具有抵抗填充墙面外倒塌的能力。

9.根据权利要求5所述的一种弹簧保险丝式框架填充墙设计方法，其特征在于：所述安装槽应满足弹簧保险丝的安装需求。

10.根据权利要求5所述的一种弹簧保险丝式框架填充墙设计方法，其特征在于：所述弹簧保险丝与框架及填充墙的连接，在整个受力过程中保持完好。

技术总结本发明涉及一种弹簧保险丝式框架填充墙及其设计方法，包括框架、填充墙、弹簧保险丝、安装槽、柔性填充材料，其中，框架与填充墙之间设置竖向间隙和水平间隙，均用柔性填充材料填充；填充墙的两侧顶角处设置安装槽，弹簧保险丝设置在安装槽内部；填充墙通过弹簧保险丝与框架连接。框架及填充墙按现行规范设计，之后，设计竖向间隙、水平间隙、弹簧保险丝、安装槽及相应连接。本发明的有益效果如下：其一，在框架结构弹性变形区间内，保证填充墙不先于框架破坏的前提下，利用填充墙的抗力提高框架结构抵抗水平地震力的能力；其二，提高填充墙面外抗倒塌能力，且基本不改变传统框架填充墙结构的建造方式，设计简单，易于施工和维护。技术研发人员：陈再现,王超,吴永福受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（威海）技术研发日：技术公布日：2024/6/5