本发明涉及建筑领域，特别是指一种基于sma棒材的自复位梁柱节点和钢结构建筑。
背景技术：
框架结构是多、高层结构中的基本形式，梁柱节点是框架结构的基本单元。框架结构中梁柱节点要传递轴力、剪力与弯矩，且传力机制复杂。地震作用是影响建筑使用安全与使用寿命的一个关键因素，而框架结构建筑梁柱节点又对建筑在地震作用下的响应起到关键性作用。
为了提高建筑的抗震性能，早期的梁柱节点以栓焊混合节点为主。这种节点由于在焊接处存在严重的应力集中，在地震作用下往往发生脆断。在传统栓焊混合节点中加肋或加盖板从而形成的端部加强型节点使得地震作用下塑性铰外移，提高了其抗震性能。但这种节点由于梁端部刚度的加大而需要额外加大柱截面，经济效果不佳。屈曲约束节点通过耗能元件进入屈服而消散地震能量，同时，对屈曲构件的约束有效提高了节点在往复作用下的延性，具有较好的抗震性能。但该类节点在震后具有较大的残余变形，这将显著增加震后修复的难度与成本。
近些年来，以耗能构件和预应力筋或形状记忆合金(shapememoryalloys,sma)为组成部分的自复位节点开始涌现。自复位节点在地震作用下具有良好的滞回性能，可有效消耗地震能量。而在震后，该类节点及其建筑可自动回复到初始位置，无残余变形，从而为建筑的修复带来便利。目前已被提出的自复位节点主要包括预应力自复位节点和形状记忆合金自复位节点两类。
预应力自复位节点由耗能元件提供耗能能力，由预应力筋的预张力提供自复位能力。由于预应力自复位节点需要预张力筋，导致其构造及施工工艺较为复杂，节点名义屈服后刚度较大，且节点域梁柱截面也需相应扩大。受地震作用往复加载影响，预张力筋还会出现松弛，从而导致节点再经历小变形或地震荷载卸除后失去初始刚度。
形状记忆合金自复位节点基于形状记忆合金材料自身的马氏体-奥氏体相变特性实现耗能性能与自复位性能。但现有的形状记忆合金自复位节点多以sma丝材或sma螺栓为主，其构造均以形状记忆合金材料仅受拉力为基础。当大震下sma构件峰值变形过大并进入强化阶段时，该构件将产生残余变形从而使节点再经历小变形时失去初始刚度。同样，低温下形状记忆合金构件将退化并表现普通金属构件的行为，导致节点经历较大变形后再经历小变形时由于残余变形的影响而失去初始刚度。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于sma棒材的自复位梁柱节点和钢结构建筑，本发明的节点在地震荷载作用下具有良好的耗能性能和自复位能力，允许变形范围大，往复荷载行为对称，低温下及经历过大变形后不会失去初始刚度，震后结构梁柱及节点均不会损坏，且构造简单，生产安装简便，经济效益较高。
本发明提供技术方案如下：
一种基于sma棒材的自复位梁柱节点，包括钢梁、钢柱、连接板和至少两根sma棒材，其中：
所述钢梁的一端中部和所述连接板上均开有圆形螺栓孔，所述连接板的一端与所述钢柱固定连接，另一端通过螺栓穿过所述圆形螺栓孔与所述钢梁连接，所述钢梁和钢柱之间留有供所述钢梁绕所述圆形螺栓孔转动的空间；
所述sma棒材的一端与所述钢柱固定连接，另一端与所述钢梁固定连接，所述sma棒材相对于所述圆形螺栓孔上下对称布置。
进一步的，所述sma棒材包括中部的削弱区和两端的锚固区，所述削弱区和锚固区之间设置有过渡区，所述削弱区的截面积小于所述锚固区的最小净截面积，所述削弱区外套有约束套筒。
进一步的，所述sma棒材通过锚固板与所述钢梁和钢柱固定连接，所述锚固板包括l形设置的两块翼板，两块翼板的侧面设置有加强板，两块翼板的其中一个与所述sma棒材连接，两块翼板的另一个和/或所述加强板与所述钢梁或钢柱焊接。
进一步的，所述锚固区上刻有螺纹，两块翼板的其中一个上开有连接孔，所述锚固区穿过所述连接孔并在该翼板两侧通过螺帽固定。
进一步的，所述约束套筒的长度小于所述削弱区的长度，所述约束套筒内部开有约束槽，所述约束槽与所述削弱区之间留有空隙，所述空隙内填充有无粘结材料。
进一步的，所述钢梁和钢柱均为h型钢，所述连接板的一端连接在所述钢柱的一个翼缘上，另一端连接在所述钢梁的腹板上，所述圆形螺栓孔开设在所述钢梁的腹板中部。
进一步的，所述钢梁的腹板上以及所述连接板上位于所述圆形螺栓孔上下方对称开有长圆孔，螺栓穿过所述长圆孔；所述钢梁与钢柱连接的一端切削，使得钢梁的腹板中间部位成三角形凸出或圆弧形凸出。
进一步的，所述钢柱的腹板两侧设置有腹板加强板，所述钢柱的两个翼缘之间设置有水平加劲肋。
进一步的，所述sma棒材为四根，相对于所述圆形螺栓孔上下对称布置，并且相对于钢梁的腹板对称布置；
所述钢柱与钢梁连接的翼缘上开设有通孔，所述sma棒材穿过所述通孔；
所述sma棒材的一端与所述腹板加强板和/或水平加劲肋连接；
所述sma棒材的另一端与所述钢梁的上翼缘和/或腹板连接；
或者，所述sma棒材的另一端与所述钢梁的下翼缘和/或腹板连接。
一种钢结构建筑，包括前述的基于sma棒材的自复位梁柱节点。
本发明具有以下有益效果：
本发明的节点使用形状记忆合金，耗能和自复位能力好，构造和施工工艺简单，允许变形范围大，震后节点无需修复，耐久性和抗疲劳性能好，综合经济效益高。
本发明的节点可具有较好的承载力，当地震发生时，钢梁端绕连接板正中的圆形螺栓孔转动，使位于转动中心两侧的sma棒材分别处于受拉和受压状态并消耗地震能量。
若节点处于适用环境温度中，由于形状记忆合金自身特性，在地震作用卸除后，sma棒材回复于原位，节点无残余变形。同时，在整个受荷过程中，由于sma棒材相对于转动中心(圆形螺栓孔)对称布置，节点往复运动时的滞回行为对称。
若节点处于低温下，形状记忆合金的性能退化为普通金属的性能，该节点将在地震作用下表现出屈曲约束节点的行为而不会失去初始刚度。当节点经历超出设计允许范围的变形时，即便sma棒材产生残余变形，在节点再次经历小于残余变形的变形时仍可表现为屈曲约束节点的特性，而不会失去初始刚度。
综上所述，本发明的基于sma棒材的自复位梁柱节点在地震荷载作用下具有良好的耗能性能和自复位能力，允许变形范围大，往复荷载行为对称，低温下及经历过大变形后不会失去初始刚度，震后结构梁柱及节点均不会损坏，且构造简单，生产安装简便，经济效益较高。
附图说明
图1为本发明的基于sma棒材的自复位梁柱节点的示意图；
图2为钢梁的示意图；
图3为sma棒材的示意图；
图4为约束套筒的示意图；
图5为锚固板的示意图；
图6为连接板的示意图。
其中，各个部件的编号为：钢梁1、钢柱2、连接板3、sma棒材4、圆形螺栓孔5、螺栓6、削弱区7、锚固区8、过渡区9、约束套筒10、锚固板11、翼板12、加强板13、螺帽14、约束槽15、钢柱翼缘16(22)、钢梁腹板17、长圆孔18、螺栓19、钢柱腹板20、腹板加强板21、水平加劲肋23、钢梁上翼缘24、钢梁下翼缘25。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一方面，本发明提供一种基于sma棒材的自复位梁柱节点，如图1-6所示，包括钢梁1、钢柱2、连接板3和至少两根sma棒材4，其中：
钢梁1的一端中部和连接板3上均开有圆形螺栓孔5，连接板3的一端与钢柱2固定连接，另一端通过螺栓6(优选为高强螺栓)穿过圆形螺栓孔5与钢梁1连接，钢梁1和钢柱2之间留有供钢梁1绕圆形螺栓孔5转动的空间，连接板传递梁柱间剪力，并约束节点使钢梁钢柱以圆形螺栓孔为圆形发生相对转动。
sma棒材4的一端与钢柱2固定连接，另一端与钢梁1固定连接，sma棒材在提供转动刚度的同时，基于其自身马氏体-奥氏体相变特性在地震作用下为节点提供耗能性能及自复位性能；sma棒材4相对于圆形螺栓孔5上下对称布置。
本发明的节点使用形状记忆合金，耗能和自复位能力好，构造和施工工艺简单，允许变形范围大，震后节点无需修复，耐久性和抗疲劳性能好，综合经济效益高。
本发明的节点可具有较好的承载力，当地震发生时，钢梁端绕连接板正中的圆形螺栓孔转动，使位于转动中心两侧的sma棒材分别处于受拉和受压状态并消耗地震能量。
若节点处于适用环境温度中，由于形状记忆合金自身特性，在地震作用卸除后，sma棒材回复于原位，节点无残余变形。同时，在整个受荷过程中，由于sma棒材相对于转动中心(圆形螺栓孔)对称布置，节点往复运动时的滞回行为对称。
若节点处于低温下，形状记忆合金的性能退化为普通金属的性能，该节点将在地震作用下表现出屈曲约束节点的行为而不会失去初始刚度。当节点经历超出设计允许范围的变形时，即便sma棒材产生残余变形，在节点再次经历小于残余变形的变形时仍可表现为屈曲约束节点的特性，而不会失去初始刚度。
综上所述，本发明的基于sma棒材的自复位梁柱节点在地震荷载作用下具有良好的耗能性能和自复位能力，允许变形范围大，往复荷载行为对称，低温下及经历过大变形后不会失去初始刚度，震后结构梁柱及节点均不会损坏，且构造简单，生产安装简便，经济效益较高。
作为本发明的一种改进，sma棒材采用形状记忆合金材料制成，例如镍-钛合金，sma棒材允许变形量应大于设计参考地震下的最大变形量。sma棒材4包括中部的削弱区7和两端的锚固区8，削弱区7和锚固区8之间设置有过渡区9，削弱区截面形状可以为圆形、矩形等，削弱区7的截面积小于锚固区9的最小净截面积，削弱区7外套有约束套筒10，约束套筒可约束sma棒材受压屈曲，从而有效提高sma棒材受压时的延性与承载力。
进一步的，sma棒材4通过锚固板11与钢梁1和钢柱2固定连接，锚固板可以是为块状、角钢形、板形等多种形式。优选的，锚固板11包括l形设置的两块翼板12，两块翼板12的侧面设置有加强板13，两块翼板12的其中一个与sma棒材4连接，两块翼板12的另一个和/或加强板13与钢梁1或钢柱2焊接。
锚固区8上刻有螺纹，两块翼板12的其中一个上开有连接孔，锚固区8穿过连接孔并在该翼板两侧通过螺帽14固定，sma棒材与锚固板的连接应保证他们在受力情况下不发生相对位移。
约束套筒的形状可以为圆柱体、长方体等多种形式，约束套筒10的长度应略小于削弱区7的长度，其长度差应略小于形状记忆合金棒的设计允许变形值，约束套筒10内部开有与所述sma棒材削弱区截面相吻合的约束槽15，约束槽15与削弱区7之间留有1-2mm空隙，空隙内填充有无粘结材料，无粘结材料可以为环氧树脂、橡胶层、锂基脂、软玻璃等。
优选的，约束套筒可选用两块开有长槽的钢板拼接而成，由两块钢板的长槽共同形成约束套筒的约束槽。
作为本发明的另一种改进，钢梁1和钢柱2均为h型钢，连接板3的一端连接在钢柱2的一个翼缘16上，另一端连接在钢梁1的腹板17上，圆形螺栓孔5开设在钢梁1的腹板17中部。
基于h型的钢梁和钢柱，钢梁1的腹板17上以及连接板3上位于圆形螺栓孔5上下方对称开有长圆孔18，螺栓19穿过长圆孔18；钢梁1与钢柱2连接的一端切削，使得钢梁1的腹板17中间部位成三角形凸出或圆弧形凸出，长圆孔和刚梁腹板凸出使得钢梁钢柱以圆形螺栓孔为圆形发生相对转动。
为加强钢柱在节点处的强度，钢柱2的腹板20两侧设置有腹板加强板21，钢柱2的两个翼缘16、22之间设置有水平加劲肋23。
进一步的，sma棒材4为四根，相对于圆形螺栓孔5上下对称布置，并且相对于钢梁1的腹板17对称布置；
钢柱2与钢梁1连接的翼缘16上开设有通孔，sma棒材4穿过通孔；
sma棒材4的一端与腹板加强板21和/或水平加劲肋23连接；
sma棒材4的另一端与钢梁1的上翼缘24和/或腹板17连接；
或者，sma棒材4的另一端与钢梁1的下翼缘25和/或腹板17连接。
本发明中，板连接板可以为l形、t形或i形直钢板(图6为i形直钢板)，其中：l形连接板与t形连接板由竖向设置的第一连接板和与第一连接板垂直并竖向设置的第二连接板组成；第一连接板与钢梁腹板采用高强螺栓螺栓连接，第二连接板与钢柱翼缘采用焊缝连接或采用高强螺栓螺栓连接；i形直钢板一端焊接于钢柱翼缘上，另一端采用高强螺栓与钢梁腹板连接。
另一方面，本发明提供一种钢结构建筑，包括前述的基于sma棒材的自复位梁柱节点。
本发明的钢结构建筑具有前述的自复位梁柱节点，该节点耗能性能好，因此在地震作用发生时，输入主要结构构件的能量较小，可有效保护结构构件；由于形状记忆合金材料优越的超弹性，其在地震作用后残余变形极小从而为震后的建筑修复提供便利；更重要的是，该类建筑在超出设计参考强度的地震作用后以及在低温下不会丧失刚度，且该类建筑较现有自复位建筑构造更简单，施工更便捷，可有效保证建筑施工质量。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。