一种装配式摇摆自复位钢支撑结构体系的制作方法

本实用新型属于土木工程抗震结构体系领域，具体涉及一种装配式摇摆自复位钢支撑结构体系。

背景技术：

地震是一种破坏性极强的突发性自然灾害，对人类社会构成严重威胁。我国是世界上地震灾害频发的地区之一，积极应对这些地震灾害是构建城乡防震减灾体系的重要工作。在土木工程领域，应对地震灾害的抗震理念经历了从增大截面的“抗震”、到附加耗散能量的“减震”和隔离地面振动的“隔震”的发展，近年来，又朝着“可恢复功能”的方向发展。由此产生了“自复位结构”和“摇摆结构”的概念。

一般的摇摆结构及自复位结构是指放松结构与基础间约束或构件间约束，使结构与基础或构件间接触面处仅有受压能力而无受拉能力，则结构在地震作用下发生摇摆，通过自重或预应力使结构复位。这为设计具有恢复功能的结构提供了一种新思路，基于这种思路人们先后开发了一些摇摆及自复位的结构体系：可自复位的球入式带翼摇摆隔震墩柱(CN 104278620 A)，自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系(CN 203583708 U)、带可更换连梁的自复位剪力墙(CN 203626080 U)、钢筋混凝土摇摆墙、摇摆墙组件及其制作方法(CN 101851965 B)、一种套筒式连接的钢筋混凝土摇摆墙组件(CN 104631616 A)、一种可恢复功能的叠合板式剪力墙(CN 203640084 U)等。这些体系多是利用混凝土材料设计的摇摆墙和构件，且多无法实现预制拼装功能；且利用剪力墙作为摇摆构件，为保证刚度，通常无法开设门、窗洞口，限制了其设置位置；同时，混凝土墙体在地震来临时，即使较小的变形也会产生一定的裂纹，后期修复需要更多的成本。

近年来，在国家的推动下，预制装配式建筑结构越来越受到重视，人们设计了多种预制装配式建筑，如一种全预制框架钢支撑结构(CN 203334474 U)、一种装配式组合钢板剪力墙(CN 204983239 U)、装配式双层钢板内填混凝土组合剪力墙结构体系(CN 204983269 U)等，但这些都不具备自复位的耗能功能。随着工业化研究的推进，也有将自复位概念引入预制剪力墙中，如预制装配式自复位剪力墙结构(CN 204876196 U)等，主要借助了上、下片墙体之间的变形，利用弹簧和阻尼器形成了耗能和自复位功能，但没有使墙体充分摆动起来，未形成摇摆墙的减震形式。

因此，充分考虑预制装配式结构的特点，利用钢结构比混凝土结构预制化程度高的优势，设计一种预制装配式的摇摆钢支撑体系，将摇摆结构、自复位和耗能减震的理念融为一体，能够为新建建筑施工和既有建筑加固改造的工业化提供一个新的思路。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种装配式摇摆自复位钢支撑结构体系。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种装配式摇摆自复位钢支撑结构体系，包括结构柱和结构梁，所述结构柱和所述结构梁构成主结构，所述主结构与钢支撑通过耗能元件连接，自复位拉索沿着所述钢支撑的钢柱设置，上端在所述钢支撑的钢柱顶部张拉，下端浇筑于现浇基础内，所述钢支撑通过摇摆节点与所述现浇基础连接；

所述钢支撑3包括钢柱、钢梁、钢支撑短段和钢支撑长段，所述钢柱、所述钢梁、所述钢支撑短段和所述钢支撑长段为H型截面或工字型截面等钢构件截面形式。

进一步的，所述钢支撑还包括梁柱节点、钢柱节点和支撑节点，所述梁柱节点、所述钢柱节点和所述支撑节点均为螺栓连接形式。

进一步的，所述摇摆节点由上部斜撑、下部斜撑、上部加劲短梁、下部加劲短梁和钢锚栓组成；所述上部斜撑下端与所述上部加劲短梁焊接连接，上部斜撑上端在通过端板法兰与所述钢支撑底部连接；所述下部斜撑上端与所述下部加劲短梁焊接连接，下端埋至所述现浇基础；所述钢锚栓上半部分通过螺母与所述上部加劲短梁固接，下半部分插入所述下部加劲短梁的套筒内；摇摆节点采用板铰。

进一步的，所述耗能元件通过螺栓一端与所述主结构相连，另一端与所述钢支撑的节点连接，采用软钢的耗能连接或者采用粘弹性或摩擦的耗能连接形式；所述自复位拉索采用张拉预应力的高强钢绞线或采用形状记忆合金。

进一步的，所述自复位拉索布置于摇摆的所述钢支撑的两端或中部。

优选的，采用柱、梁、斜撑等细长钢构件作为基本元件，便于运输和安装；钢支撑短段、钢支撑长段作为斜撑为钢支撑提供了大部分的抗侧刚度，充分利用了钢材的特性；通过构造钢支撑的不同形式，可为门、窗洞口的预留空间，相较于摇摆墙更便于建筑上的处理。

本实用新型的有益效果:

本实用新型在地震时，钢梁、钢柱和钢支撑构成的钢支撑体系具备较大的抗侧刚度，作为一个整体保持弹性、围绕摇摆节点发生摇摆，与主结构之间产生相对变形，引发耗能元件变形并耗散能量；震后，结构通过自复位拉索恢复到初始状态，能够保持使用功能；体系拼接部位均采用螺栓连接，能够实现在工厂生产、现场拼装，缩短了现场工期。该结构体系具有抗震能力强、构造简单、施工质量高、工期短等优点。

附图说明

图1是本实用新型的立面结构示意图；

图2是本实用新型的摇摆节点构造示意图；

图3是本实用新型的摇摆节点另一种构造示意图；

图4是本实用新型的耗能元件采用粘弹性材料时的构造示意图；

图5是本实用新型的耗能元件采用摩擦耗能时的构造示意图；

图6（a）是本实用新型用于既有建筑加固时外附摇摆钢支撑布置位置平面示意图；

图6（b）是本实用新型用于既有建筑加固时内嵌摇摆钢支撑布置位置平面示意图；

图6（c）是本实用新型用于既有建筑加固时摇摆钢支撑布置位置立面示意图；

图7是本实用新型的另一种预制拼装形式。

图中标号说明：1、结构柱，2、结构梁，3、钢支撑，31、钢柱，32、钢梁，33、钢支撑短段，34、钢支撑长段，35、梁柱节点，36、钢柱节点，37、支撑节点，4、耗能元件，5、自复位拉索，6、现浇基础，7、摇摆节点，71、上部斜撑，72、下部斜撑，73、上部加劲短梁，74、下部加劲短梁，75、钢锚栓。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

参照图1-5所示，一种装配式摇摆自复位钢支撑结构体系，包括结构柱1和结构梁2，所述结构柱1和所述结构梁2构成主结构，所述主结构与钢支撑3通过耗能元件4连接，自复位拉索5沿着所述钢支撑3的钢柱31设置，上端在所述钢支撑3的钢柱31顶部张拉，下端浇筑于现浇基础6内，所述钢支撑3通过摇摆节点7与所述现浇基础6连接；

所述钢支撑3包括钢柱31、钢梁32、钢支撑短段33和钢支撑长段34，所述钢柱31、所述钢梁32、所述钢支撑短段33和所述钢支撑长段34为H型截面或工字型截面。

进一步的，所述钢支撑3还包括梁柱节点35、钢柱节点36和支撑节点37，所述梁柱节点35、所述钢柱节点36和所述支撑节点37均为螺栓连接形式。

进一步的，所述摇摆节点7由上部斜撑71、下部斜撑72、上部加劲短梁73、下部加劲短梁74和钢锚栓75组成；所述上部斜撑71下端与所述上部加劲短梁73焊接连接，上部斜撑71上端在通过端板法兰与所述钢支撑3底部连接；所述下部斜撑72上端与所述下部加劲短梁74焊接连接，下端埋至所述现浇基础6；所述钢锚栓75上半部分通过螺母与所述上部加劲短梁73固接，下半部分插入所述下部加劲短梁74的套筒内。摇摆节点7还可采用附图3所示的板铰形式。

进一步的，所述耗能元件4通过螺栓一端与所述主结构的节点相连，另一端与所述钢支撑3的节点连接，采用软钢的耗能连接或者采用粘弹性或摩擦的耗能连接形式；所述自复位拉索5采用张拉预应力的高强钢绞线或采用形状记忆合金。

进一步的，所述自复位拉索5布置于摇摆的所述钢支撑3的两端或中部。

优选的，当地震来临时，钢支撑3绕摇摆节点7转动，通过耗能元件4的变形耗散地震能量，钢锚栓75抵抗剪力，震后利用自复位拉索5复位。

进一步的，为提高其预制拼装的能力，可采用多个钢支撑单元拼接的方式（如附图7），即在工厂内通过焊接形式将钢柱31、钢梁32和斜撑焊接成一个小的钢支撑单元，到施工现场后，可通过螺栓连接将多个钢支撑单元拼接成一个钢支撑体系。

本实用新型的原理：

将摇摆钢支撑3与框架结构结合，形成框架摇摆钢支撑结构体系，将钢支撑3底部从固接变成了铰接，结构体系基本周期延长，钢支撑3承载力需求减小。钢梁、钢柱和斜向支撑构成的钢支撑体系具有较大的刚度，当地震来临时，摇摆钢支撑3绕底部摇摆节点7摇摆、保持弹性状态，与主结构之间产生相对位移，诱发耗能元件变形耗散地震能量，；地震发生后，由于自复位拉索5的存在，结构具有较高的恢复初始位置的能力。与此同时，大部分拼接节点采用螺栓连接，使摇摆结构具有了预制拼装的特性。

本实用新型的实施步骤：

（1）根据设计和施工要求，在工厂加工钢支撑3中的钢柱31、钢梁32、钢支撑短段33和钢支撑长段34；加工摇摆节点7中的上部斜撑71、下部斜撑72、上部加劲短梁73和下部加劲短梁74，其中上部斜撑71和上部加劲短梁73焊接连接，下部斜撑72和下部加劲短梁74焊接连接。

（2）在结构现场浇筑现浇基础6，其中下部斜撑72下半部分浇筑在现浇基础6内，且自复位拉索5的下端及其锚具也浇筑于现浇基础6内。

（3）现场拼接钢柱31、钢梁32成钢框架形式、随后将钢支撑长段34通过螺栓连接嵌入钢框架中，再将钢支撑短段33接入框架；钢支撑3整体拼接完成后,通过螺栓连接与上部支撑71固接，将钢锚栓75通过螺母固接于上部加劲短梁73。

（4）吊装钢支撑3和摇摆节点7，定位安装，将钢锚栓75插入下部加劲短梁74的套筒内，在主结构与钢支撑3之间安装简单的临时支架。

（5）随后将自复位拉索5穿过预留孔洞至钢支撑3顶部，并在此张拉并锚固拉索；将耗能元件4通过螺栓连接安装于钢支撑3的节点和主结构的节点之间。

（6）结构安装完成后，撤去主结构与钢支撑3之间的临时支架。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，如采用附图6的方式实现对既有建筑的抗震加固，采用附图7的方式通过多个钢支撑单元拼接的方式实现预制装配，或采用人字形支撑等其它钢支撑形式，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。