一种附加抗侧耗能装置的震后可恢复功能框架支撑体系的制作方法

本专利涉及一种附加抗侧耗能装置的震后可恢复功能框架支撑体系，属于结构工程技术领域。

背景技术：

工业化装配式钢结构是未来高层钢结构住宅发展的必然趋势，是我国实现建筑产业化的必由之路。建筑装配化，能规范化各构件，工厂统一规格生产，现场螺栓精准装配，避免由于施工误差引起的建筑材料的消耗，且相对于其他结构形式减轻自重、简化设计从而降低造价；工程的高度组织化，使得机械化作业很大程度替代手工劳动，更能减少相关费用。

目前常见的钢结构底柱柱脚与基础的连接有两种形式，一种是刚接，一种是铰接，但这两种形式都存在严重的问题。若底柱与基础刚接，则在地震作用下柱脚处会产生极大的弯矩，使柱脚发生破坏，且震后极难修复或替换；若底柱与基础铰接，柱脚不承受弯矩，虽然可以保证柱不受弯破坏，但由于柱无法抵抗侧向荷载，使得结构整体刚度严重不足，无法满足建筑需求。

为克服上述问题，本发明提出了一种附加抗侧耗能装置的震后可恢复功能框架支撑体系。该体系柱脚形式将原本柱所受轴力与剪力分离，使柱主要承受轴力，抗侧耗能装置主要抵抗侧向荷载，同时引进斜撑耗能段进一步提高结构耗能属性，既能保护柱不被破坏，整体的抗侧向能力也不弱于传统的刚接柱。同时震后仅需更换钢管混凝土构件即可使整体结构恢复功能，极大地降低了震后修复的难度与成本。

本发明体系采用常见板件通过合理布置即可实现柱脚节点震后功能的可修复，同时将损伤控制、耗能元件可更换、弯矩调幅及竖向承载和水平抗侧分离抗等理念引入柱脚节点领域，整体构造巧妙且传力清晰合理，特别适用于钢框架结构住宅，在保证建筑安全性的同时，又能大大提高其经济性，可为住宅产业化、建筑装配化提供技术参考。

技术实现要素：

本发明提出一种附加抗侧耗能装置的震后可恢复功能框架支撑体系，旨在解决在现有的装配式钢结构体系中底柱震后损伤较大以及震后修复困难等弊端，避免钢材浪费，延长节点使用寿命，提高经济效益，同时也为装配式底柱柱脚节点提供了更多的选择范围。

该体系创新点在于柱脚采用十字型铰底座和可更换抗侧耗能装置，该可抗弯铰接柱脚是基于损伤控制、耗能元件可更换、弯矩调幅及水平抗侧分离等设计理念提出来的，旨在实现在大转角下，柱脚域各构件分离承力，既能提供足够的侧向刚度，又能将塑性损伤集中于可更换的抗侧耗能装置上，达到震后只需更换抗侧耗能装置即可恢复柱脚节点使用功能的目的；该可抗弯铰接柱脚避免了传统抗弯刚接柱脚节点在大层间位移角下柱脚严重塑性损伤且不易更换，传统铰接柱脚节点可实现大转角但不可承受弯矩等突出问题；所述的十字型铰底座由十字型短柱和端底板焊接而成；所述的方形钢柱底端开槽，槽口宽度与十字型短柱相匹配，槽口深度小于十字型短柱的长度；所述的方形钢柱开槽处与十字型铰底座拼接后在对接处进行焊接，此时方形钢柱柱底与十字型铰底座的端底板存在一定距离；方形钢柱与十字型铰底座焊接后形成的柱脚具有较高的转动能力，可视为铰接柱脚；所述的可更换抗侧耗能装置由抗侧剪力墙、水平连接段、竖向端板及基础底板焊接而成；抗侧耗能装置与方形钢柱通过高强螺栓连接，实现弯矩调幅和水平抗侧分离的目的；基础底板固接于基础，使该装置具备抗侧能力；遵循“强连接、弱构件”的设计理念，在连接件上设有竖向加劲肋，抗侧剪力墙的钢板上设有局部削弱，避免塑性破坏发生在节点连接处。

所述的十字型短柱的材料为形状记忆合金，利用形状记忆合金的超弹性可以有效减少甚至消除地震力对于十字型铰底座的损坏，从而提高了结构的使用寿命，在安全性、适用性、经济性上有了很大的提升。

带法兰盘的方形钢中柱通过十字型铰底座及高强螺栓群与基础固接相连，可更换抗侧耗能装置通过基础底板及高强螺栓与基础固接相连，进而可以抵抗平面内弯矩，并实现弯矩调幅，解决了铰接柱脚抗侧向能力不足的问题。

所述的抗侧剪力墙主体部分设局部削弱，削弱形式可为狗骨削弱或开孔削弱，以避免塑性破坏发生在节点连接处，实现塑性损伤控制。

本专利的优点主要表现在以下几个方面：

(1)弯矩调幅及竖向承载和水平抗侧分离。底柱柱脚与基础通过十字型铰底座连接，可视为铰接柱脚，在地震作用下柱主要承受轴力，释放弯矩；主要的水平抗侧工作由抗侧耗能装置承担。

(2)损伤控制。实现弯矩调幅及竖向承载和水平抗侧分离后，可以避免柱脚受弯破坏；抗侧耗能装置与柱的连接处加肋加强，保护节点处不过早发生破坏，以充分发挥抗侧剪力墙优秀的抗弯抗剪能力。使用形状记忆合金作为十字型铰底座的材料，其超弹性可以有效减少甚至消除地震力对于十字型铰底座的损坏。

(3)耗能元件可更换。由于实现了内力分离抵抗与损伤控制，震后柱的功能完好，无需替换，损伤的抗侧剪力墙与柱之间通过螺栓连接，拆卸方便，直接更换抗侧剪力墙后柱脚节点整体的功能恢复，完成震后恢复工作。

(4)所述的柱脚节点设计融合了传统铰接柱与传统刚接柱的优点，柱底与基础铰接释放弯矩，对柱形成有效保护，使用抗侧剪力墙抗侧，从而提高侧向刚度，使得该节点设计在实际应用中可以达到传统刚接柱的效果，且震后柱脚区域不发生塑性破坏，仍具备良好的承载能力，仅需更换抗侧剪力墙构件即可恢复功能。

(5)斜撑位置处设有耗能元件，斜撑受力时耗能元件通过自身内部屈曲变形吸收能量，使斜撑承载力提升，防止斜撑发生失稳破坏，提高抗弯铰接柱脚框支体系稳定性。

附图说明

图1为一种附加抗侧耗能装置的震后可恢复功能框架支撑体系的三维图；

图2为一种附加抗侧耗能装置的震后可恢复功能框架支撑体系的拆分图；

图3为一种附加抗侧耗能装置的震后可恢复功能框架支撑体系的正视图；

图4为一种附加抗侧耗能装置的震后可恢复功能框架支撑体系的侧视图；

图5为一种附加抗侧耗能装置的震后可恢复功能框架支撑体系的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图1～5，详细说明本专利的实施方式。

如图1～5所示，一种附加抗侧耗能装置的震后可恢复功能框架支撑体系包括以下部件：

1——十字型铰底座；

2——可更换抗侧耗能装置；

3——带法兰盘的方钢管中柱；

4——带悬臂梁段的方钢管上柱；

5——斜撑耗能段；

6——中间基础支座；

7——工字梁段；

8——第一连接装置；

9——第二连接装置。

如图1-5所示，一种附加抗侧耗能装置的震后可恢复功能框架支撑体系包括两个带法兰盘的方钢管中柱(3)、两个十字型铰底座(1)、两个可更换抗侧耗能装置(2)、两个带悬臂梁段的方钢管上柱(4)、两个斜撑耗能段(5)、一个中间基础支座(6)、一个工字梁段(7)、两组第一连接装置(8)和两组第二连接装置(9)；所述的一个带法兰盘的方钢管中柱(3)包括一个法兰盘和一个方钢管柱，法兰盘焊接在方钢管柱上端；所述的一个十字型铰底座(1)由一个十字型短柱和一个端底板焊接而成；所述的一个可更换抗侧耗能装置(2)由一个抗侧剪力墙、一个水平连接段、两个水平连接段竖向端板、一个抗侧剪力墙基础底板及一个上端板组成，水平连接段设置加劲肋板，水平连接段两端各焊接一块竖向端板，抗侧剪力墙上端与上端板下侧焊接，并用高强螺栓把上端板与水平连接段下侧连接，抗侧剪力墙下端与基础底板焊接，基础底板通过高强螺栓与基础固接，水平连接段一端的竖向端板通过高强螺栓群和带悬臂梁段的方钢管中柱连接(3)；所述的一个带悬臂梁段的方钢管上柱(4)包括一个悬臂梁段和一个和悬臂梁段等高的方钢管柱，二者焊接组成；所述的第一连接装置(8)为高强螺栓群；所述的一组第二连接装置(9)包括两个上翼缘盖板、两个上翼缘垫板、一个下翼缘盖板、两个腹板剪切板和高强螺栓群。

如图1、2所示，所述的两个斜撑耗能段(5)焊接在一个中间支座的两侧，未连接的一端焊接在带法兰盘的方钢管中柱(3)和带悬臂梁段的方钢管上柱(4)连接处；所述的一个带法兰盘的方钢管中柱(3)上端通过一组第一连接装置(8)与一个带悬臂梁段的方钢管上柱(4)连接，方钢管中柱下端开槽，槽口宽度与十字型短柱的柱身单板厚度相同，槽口深度小于十字型短柱的长度，其差值取柱高的1/300～1/60；所述的十字型铰底座(1)中的十字型短柱与方钢管中柱下端槽口焊接；所述的带悬臂梁段的方钢管上柱(4)通过一组第二连接装置(9)与工字梁段。