一种延性连梁摇摆钢框架体系的制作方法

本发明属于土木工程抗震结构体系技术领域，具体涉及一种延性连梁摇摆钢框架结构体系。

背景技术：

近年来，地球部分地区进入了地震活跃期，全球多个地方都发生较大震级的地震，地震震害的新倾向是灾害所导致的经济损失异常巨大，灾害发生后巨大的重建和修复成本，使得“韧性防灾”成为目前新的防灾研究动向。面向“韧性”的防灾设计就是通过提升工程结构的防灾能力，或者控制工程结构灾害的恢复难度，从而达到降低地震损失和恢复时间的目标。

现有的钢框架结构体系在地震作用下的损伤模式和耗能部位控制难度较大，“强柱弱梁”的整体失效模式难于保障，且灾后构件损伤严重、残余变形大，修复困难。摇摆结构体系作为具有可恢复功能的结构体系之一，通过结构整体性摇摆防止出现薄弱层，使结构各层层间变形趋于一致，从而减小残余变形及主体结构构件的损伤，实现“韧性防灾”的需求。

因此，本发明通过将传统钢框架结构体系的承载功能与耗能功能分离，结合摇摆结构、自复位结构以及消能减震的技术理念，旨在设计一种可实现震后快速恢复使用功能的新型结构体系。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种延性连梁摇摆钢框架结构体系，该体系通过两侧钢支撑框架提供侧向刚度和回复能力，可更换连梁和摇摆式柱脚耗散地震能量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种延性连梁摇摆钢框架体系，主要由多个钢支撑框架组成，钢支撑框架间通过可更换连梁4和耗能型梁柱节点5配合，实现连接；钢支撑框架底部的框架柱2连接有摇摆式柱脚6，通过摇摆式柱脚6实现钢支撑框架的抬升和回位；

所述的钢支撑框架主要由框架梁1、框架柱2和钢支撑3组成，用于承受竖向荷载，并提供侧向刚度，在地震作用下通过允许钢支撑框架底部发生抬升而始终保持弹性；钢支撑框架间通过可更换连梁4和耗能型梁柱节点5配合连接组成延性连梁摇摆钢框架体系，当该延性连梁摇摆钢框架体系遭受地震作用时，由可更换连梁4和摇摆式柱脚6耗散地震能量，保护两侧钢支撑框架不发生破坏。

所述的框架梁1、框架柱2和钢支撑3为工字型截面或方钢管截面的钢构件截面形式；框架梁1焊接在两框架柱2之间，组成多个基本框架，钢支撑3通过节点板7分别焊接在框架梁1、框架柱2端部，位于基本框架内对角线处。

所述的可更换连梁4和框架柱2通过高强螺栓53连接，采用耗能型梁柱节点5，该节点采用摩擦型消能器、剪切型消能器或黏滞消能器。所述的可更换连梁4上翼缘与框架柱2通过t形板51采用高强螺栓53连接，可更换连梁4下翼缘与框架柱2通过摩擦消能器52采用高强螺栓53连接，其中摩擦消能器52开长孔，所述可更换连梁4下翼缘与摩擦消能器52之间设置黄铜片54。

本发明以摩擦型消能器为例进行介绍该耗能型梁柱节点5在本发明所述结构体系中所起的作用。通过设计耗能型梁柱节点5处的摩擦消能器52弱于框架梁1和框架柱2，从而当该结构体系遭遇地震作用时，利用节点处的转动摩擦耗能。设防地震作用下，摩擦消能器52不产生滑动，依靠静摩擦力来抵抗；罕遇地震作用下开始滑动，利用摩擦耗能。震后通过适当调节摩擦消能器52处高强螺栓53的预紧力、更换摩擦消能器52，从而达到震后快速恢复使用功能的目的。

任意同时具备摇摆能力和耗能能力柱脚节点形式均可作为所述摇摆式柱脚6。

所述的摇摆式柱脚6主要由框架柱2、薄底板61、厚底板62、外锚栓63、内锚栓64、砂浆垫层65和混凝土基础66组成；其中，所述薄底板61为中空结构，与厚底板62焊接连接，内锚栓64穿过厚底板62与砂浆垫层65预埋于混凝土基础66中，外锚栓63穿过薄底板61与砂浆垫层65预埋于混凝土基础66中，框架柱2与厚底板62焊接连接。

所述的摇摆式柱脚6为一种双屈服机制外露式钢柱脚，通过设置两层钢底板，其中厚底板62与内锚栓64共同工作，形成锚栓屈服机制，保持普通外露式柱脚的自复位能力；薄底板61屈服耗能，形成底板屈服机制，提高普通外露式柱脚的耗能能力；在多遇地震和设防地震作用下，摇摆式柱脚6一直保持弹性，主要为结构提供抬升和回位的能力；在罕遇地震作用下，发生屈服，开始耗散地震能量；同时在极大地震作用下薄底板61依然能够起到作用，从而防止结构发生倒塌。

本发明的有益效果：

(1)本发明的结构体系构造简单，承载与耗能功能分离，作用机理明确，可更换连梁和摇摆式柱脚作为耗能元件通过螺栓与钢柱相连，在地震中耗散输入能量，并且在震后可以快速恢复使用功能。

(2)具有承载功能的钢支撑框架在地震作用下始终弹性并提供回复能力，促使层间位移角沿楼层高度均匀分布，避免出现薄弱层，并且震后无需更换钢支撑框架中的构件，能够保证结构体系的使用功能。

(3)作为一种高性能结构体系，具有多道抗震防线，可更换连梁作为第一道抗震防线，当结构遭受设防地震作用时开始屈服，耗散地震能量。摇摆式柱脚作为第二道防线，当结构遭受罕遇地震作用时开始屈服，使结构体系具有超预期的承载能力。

(4)利于实现结构的装配化施工，所有结构构件、可更换连梁耗能型节点及摇摆式柱脚节点均可在工厂中预制，运到现场进行拼装。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明的一种可更换连梁及耗能型梁柱节点的构造示意图。

图3为本发明的一种摇摆式柱脚节点的构造示意图。

图4为本发明的一种摇摆式柱脚节点的俯视示意图。

图中标号：1框架梁；2框架柱；3钢支撑；4可更换连梁；5耗能型梁柱节点；6摇摆式柱脚；7节点板；51t形板；52摩擦消能器；53高强螺栓；54黄铜片；61薄底板；62厚底板；63外锚栓；64内锚栓；65砂浆垫层；66混凝土基础。

具体实施方式

以下结合附图并结合实施例，对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：如图所示，本发明是一种延性连梁摇摆钢框架结构体系，主要由框架梁1、框架柱2、钢支撑3、可更换连梁4、耗能型梁柱节点5和摇摆式柱脚6组成。框架梁1、框架柱2和钢支撑3组成钢支撑框架，钢支撑3安装在每层两侧钢支撑框架的内对角线位置，通过可更换连梁4将左右两侧的钢支撑框架相连，可更换连梁4与框架柱2通过耗能型梁柱节点5相连，框架柱2底部采用摇摆式柱脚6。

所述的框架梁1为工字型截面或方钢管截面等钢构件截面形式。

所述的框架柱2为工字型截面或方钢管截面等钢构件截面形式。

所述的钢支撑3为工字型截面或方钢管截面等钢构件截面形式。

所述的可更换连梁4为工字型截面或方钢管截面等钢构件截面形式。

进一步的，如图1所示，所述框架梁1与所述框架柱2焊接连接，所述钢支撑3与所述节点板7焊接连接，所述节点板7与所述框架梁1和所述框架柱2焊接连接。

进一步的，如图2所示，所述可更换连梁4与所述框架柱2为螺栓连接，采用摩擦型梁柱节点5，所述可更换连梁4上翼缘所述框架柱2通过所述t形板51采用高强螺栓53连接，所述可更换连梁4下翼缘与所述框架柱2通过所述摩擦消能器52采用高强螺栓53连接，其中摩擦消能器52开长孔，所述可更换连梁4下翼缘与摩擦消能器52之间设置所述黄铜片54。

进一步的，如图3及图4所示，所述摇摆式柱脚6主要由框架柱2、薄底板61、厚底板62、外锚栓63、内锚栓64、砂浆垫层65和混凝土基础66组成。其中，所述薄底板61为中空结构，与所述厚底板62焊接连接，所述内锚栓64穿过所述厚底板62与所述砂浆垫层65预埋于所述混凝土基础66中，所述外锚栓63穿过所述薄底板61与所述砂浆垫层65预埋于所述混凝土基础66中，所述框架柱2与所述厚底板62焊接连接。

所述的新型延性连梁摇摆钢框架结构体系的所有组成构件均可实现工厂预制、现场拼装。

本发明通过可更换连梁和摇摆式柱脚耗散地震能量，震后通过更换消能装置，实现快速修复损伤构件的目标。其中摇摆式柱脚具有较好的自复位能力及耗能能力，残余变形小，通过钢支撑框架提供侧向刚度及回复力，使结构体系避免出现薄弱层，具有多道抗震防线，同时可实现结构体系在震后快速恢复使用功能的目标。本发明概念清晰，施工方便，造价合理，将广泛应用于高烈度地震区的重要建筑结构中。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。应当指出，对于熟悉本领域的技术人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构形式及实施例，都应该在本发明的保护范围之内，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。