本发明涉及结构工程技术领域，具体而言，涉及一种可主次受力的钢板耗能复合型组合柱及安装方法
背景技术：
为了抵御地震灾害，提高建筑结构的抗震能力是主要策略之一，传统的抗震设计主要是依靠结构本身的抗震性能来抵御地震作用，这种抗震方式缺乏自我调节能力，很可能不满足安全性的需要，另外结构构件尺寸过大不但使结构布置和施工不灵活，而且使经济投入过大。在高耸、大跨建筑物中柱子承受很高的轴力，而建筑物承重柱的设计是保证建筑物在大震下是否会正常工作的关键，当遇到较大荷载时，一根柱的承载能力远达不到受力要求，而当柱的截面较大时又会浪费建筑空间。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种可主次受力的钢板耗能复合型组合柱及安装方法，以解决现有技术中较大地震作用时，钢管混凝土组合柱整体性不足，实现主次受力分步耗能以及提高震后恢复能力的问题。
本发明所述的可主次受力的钢板耗能复合型组合柱，包括a类柱、b类柱、c类柱、铰接耗能连接构件及层间连接承台；a类柱、b类柱方钢管通过榫卯结构拼接而成；a类柱与b类柱、c类柱之间采用铰接耗能连接构件进行组合；a类柱与b类柱、c类柱层间处采用层间连接承台组合；a类柱、b类柱外壁和c类柱翼缘中部设有铰接轴的卡槽；铰接耗能连接构件在柱间平面外通过铰接轴与两类柱连接，以铰接轴为转轴转入平面内，通过固定连接板和高强螺栓将耗能铰接板相连；a类柱的空隙以及b类柱内浇筑纤维混凝土。
优选地，a类柱包括a型方钢管组合构件、圆筒核心连接件和角钢固定连接件，a型方钢管组合构件拼接处设有榫卯结构，通过榫卯结构将四块a型方钢管组合构件组合成a型方钢管；a型方钢管拐角处和圆筒核心连接件角肢端部设有榫卯结构，圆筒核心连接件与a型方钢管通过榫卯结构连接；a型方钢管在层间处四周设有与角钢固定连接件相对应的螺栓孔，角钢固定连接件通过高强螺栓与a型方钢管固定。
优选地，b类柱包括b型方钢管组合构件、十字核心连接件和角钢固定连接件，b型方钢管组合构件拼接处设有榫卯结构，通过榫卯结构将四块b型方钢管组合构件组合成b型方钢管；b型方钢管拐角处和十字核心连接件角肢端部设有榫卯结构，十字核心连接件与b型方钢管通过榫卯结构连接；b型方钢管在层间处四周设有与角钢固定连接件相对应的螺栓孔，角钢固定连接件通过高强螺栓与b型方钢管固定。
优选地，a类柱、b类柱方钢管内部分别通过圆筒核心连接件和十字核心连接件固定。
优选地，a类柱、b类柱方钢管的拼接处与核心连接件的拼接处不在同一水平面。
优选地，铰接耗能连接构件包括耗能铰接板和固定连接板，耗能铰接板一端设有铰接轴，另一端设有螺栓孔，固定连接板设有与耗能铰接板对应的螺栓孔；耗能铰接板在柱间平面外通过铰接轴与两类柱连接，以铰接轴为转轴转入平面内，通过固定连接板和高强螺栓将耗能铰接板相连。
优选地，耗能铰接板上设有交叉形的孔洞。
优选地，层间连接承台包括双耳式连接节点、h型钢梁、长腹板拼接板、长翼缘拼接板、短腹板连接板、短翼缘连接板和角钢连接板，双耳式连接节点、钢梁及拼接板设有相应的螺栓孔；角钢固定连接件上下两端与双耳式连接节点设有对应的榫卯结构，双耳式连接节点通过榫卯结构与角钢固定连接件连接；双耳式连接节点设有螺栓孔，通过可恢复功能的sma长螺栓固定连接；通过螺栓将a类柱、b类柱、c类柱与层间连接承台连接固定。
优选地，双耳式连接节点通过可恢复功能的sma长螺栓固定；h型钢梁在层间处设有加劲肋。
本发明所述的可主次受力的钢板耗能复合型组合柱的安装方法，包括以下步骤：
第一步，通过榫卯结构将四块a型方钢管构件组合成a型方钢管；
第二步，圆筒核心连接件与a型方钢管通过榫卯结构连接，组合成a类柱；
第三步，用高强螺栓穿过a型方钢管与角钢固定连接件相对应的螺栓孔，将角钢固定连接件固定在a类柱上；
第四步，通过榫卯结构将两块b方钢管构件组合成b型方钢管；
第五步，十字核心连接件与b型方钢管通过榫卯结构连接，组合成b类柱；
第六步，用高强螺栓穿过b型方钢管与角钢固定连接件相对应的螺栓孔，将角钢固定连接件固定在b类柱上；
第七步，通过榫卯结构将双耳式连接节点与角钢固定连接件相连接；
第八步，通过可恢复功能的sma长螺栓将两个双耳式连接节点固定连接在ab两类柱子上；
第九步，耗能铰接板在柱间平面外通过铰接轴与两类柱连接，然后以铰接轴为转轴转入平面内，通过固定连接板和高强螺栓将耗能铰接板相连；
第十步，通过螺栓和相应的拼接板将h型钢梁与各柱相连接，完成层间连接承台；
第十一步，在a型方钢管与圆筒之间空隙和b型方钢管内浇筑纤维混凝土，使连接部位通过咬合作用紧固连接形成整体。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明在不同方向上采用不同的柱子，在主受力方向采用抵抗剪力能力强的b类柱，在次受力方向采用c类柱，既实现了主次受力，也极大程度的减少了组合柱的截面尺寸，在分担结构竖向荷载的同时，使结构布置更加灵活，实现了承受荷载与节省空间的结合，充分节省了建筑空间与建筑成本。
(2)本发明使用耗能铰接板作为组合柱柱间连接构件，在腹板部分开设交叉形孔洞，使其在地震作用首先被破坏，产生撕裂破坏，消耗地震能量，避免了主要承重柱直接遭受地震作用，提高结构的抗震性能。
(3)本发明使用铰接耗能连接构件作为柱间连接装置，耗能铰接板通过转轴与柱子连接，然后使用固定连接板固定，在保证结构稳定性的同时，实现了组合柱连接的平面外安装，极大地方便了施工，提高了建筑的施工速度。
(4)本发明使用双耳式连接节点作为柱子在层间处的连接构件，并且使用可恢复性的sma长螺栓进行固定，既保障了双耳式连接节点处的稳定性，又实现了承受地震荷载后双耳式连接节点变形的自恢复能力，提高结构的震后自恢复性能。
(5)本发明组合柱的所有构件均可在工厂加工完成，现场全部通过高强螺栓连接，实现了完全装配化施工，可避免现场焊接可能带来的质量问题，并加快施工进度、提高劳动生产率，地震过后，任意破坏的构件均可精准拆卸并实现快速更换。
附图说明
图1是本发明整体结构立体图。
图2是本发明整体结构主视图。
图3是本发明整体结构俯视图。
图4是a类柱结构立体图。
图5是a类柱结构俯视图。
图6(a)是方钢管组合截面示意图之一。
图6(b)是方钢管组合截面示意图之二。
图7是b类柱结构立体图。
图8是b类柱结构俯视图。
图9是层间连接承台示意图。
图10是c类柱结构示意图。
图11是铰接耗能连接构件结构示意图。
图12是边柱组合柱结构示意图。
图13是边柱组合柱结构俯视图。
其中，上述附图包括以下附图标记：1、独立基础；2、a类柱；3、b类柱；4、c类柱；5、铰接耗能连接构件；6、层间连接承台；7、a型方钢管组合构件；8、圆筒核心连接件；9、b型方钢管组合构件；10、十字核心连接件；11、角钢固定连接件；12、双耳式连接节点；13、sma长螺栓；14、耗能铰接板；15、固定连接板；16、铰接轴；17、铰接轴插槽；18、h型钢梁；19、长腹板拼接板；20、长翼缘拼接板；21、短腹板连接板；22、短翼缘连接板；23、角钢连接板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1至图3所示，本发明的结构主要包括独立基础1、a类柱2、b类柱3、c类柱4、铰接耗能连接构件5和层间连接承台6。a类柱2、b类柱3、c类柱4均垂直固定于独立基础1上。本发明在不同方向上采用不同的柱子，在主受力方向采用抵抗剪力能力强的b类柱3，在次受力方向采用c类柱4，既实现了主次受力，也极大程度的减少了组合柱的截面尺寸，在分担结构竖向荷载的同时，使结构布置更加灵活，实现了承受荷载与节省空间的结合，充分节省了建筑空间与建筑成本。
其中，a类柱2、b类柱3方钢管通过榫卯结构拼接而成；a类柱2与b类柱3、c类柱4之间采用铰接耗能连接构件5进行组合；a类柱2与b类柱3、c类柱4层间处采用层间连接承台6组合；a类柱2、b类柱3外壁和c类柱4翼缘中部设有铰接轴插槽17；铰接耗能连接构件5在柱间平面外通过铰接轴16与两类柱连接，以铰接轴16为转轴转入平面内，通过固定连接板15和高强螺栓将耗能铰接板14相连；a类柱2的空隙以及b类柱3内浇筑纤维混凝土。
如图4至图5所示，a类柱2包括a型方钢管组合构件7、圆筒核心连接件8和角钢固定连接件11，a型方钢管组合构件7拼接处设有榫卯结构，通过榫卯结构将四块a型方钢管组合构件7组合成a型方钢管；如图6所示，a型方钢管拐角处和圆筒核心连接件8角肢端部设有榫卯结构，圆筒核心连接件8与a型方钢管通过榫卯结构连接；a型方钢管在层间处四周设有与角钢固定连接件11相对应的螺栓孔，角钢固定连接件11通过高强螺栓与a型方钢管固定。
如图7至图8所示，b类柱3包括b型方钢管组合构件9、十字核心连接件10和角钢固定连接件11，b型方钢管组合构件9拼接处设有榫卯结构，通过榫卯结构将四块b型方钢管组合构件9组合成b型方钢管；b型方钢管拐角处和十字核心连接件10角肢端部设有榫卯结构，十字核心连接件10与b型方钢管通过榫卯结构连接；b型方钢管在层间处四周设有与角钢固定连接件11相对应的螺栓孔，角钢固定连接件11通过高强螺栓与b型方钢管固定。
a类柱2、b类柱3方钢管内部分别通过圆筒核心连接件8和十字核心连接件10固定。
a类柱2、b类柱3方钢管的拼接处与核心连接件的拼接处不在同一水平面。
如图9和图10所示，层间连接承台6包括双耳式连接节点12、h型钢梁18、长腹板拼接板19、长翼缘拼接板20、短腹板连接板21、短翼缘连接板22和角钢连接板23，双耳式连接节点12、钢梁及拼接板设有相应的螺栓孔；角钢固定连接件11上下两端与双耳式连接节点12设有对应的榫卯结构，双耳式连接节点12通过榫卯结构与角钢固定连接件11连接；双耳式连接节点12设有螺栓孔，通过可恢复功能的sma长螺栓13固定连接；通过螺栓将a类柱2、b类柱3、c类柱4与层间连接承台6连接固定。
双耳式连接节点12通过可恢复功能的sma长螺栓13固定；h型钢梁18在层间处设有加劲肋。使用双耳式连接节点12作为柱子在层间处的连接构件，并且使用可恢复性的sma长螺栓13进行固定，既保障了双耳式连接节点12处的稳定性，又实现了承受地震荷载后双耳式连接节点12变形的自恢复能力，提高结构的震后自恢复性能。
如图11所示，铰接耗能连接构件5包括耗能铰接板14和固定连接板15，耗能铰接板14一端设有铰接轴16，另一端设有螺栓孔，固定连接板15设有与耗能铰接板14对应的螺栓孔；耗能铰接板14在柱间平面外通过铰接轴16与两类柱连接，以铰接轴16为转轴转入平面内，通过固定连接板15和高强螺栓将耗能铰接板14相连。使用铰接耗能连接构件5作为柱间连接装置，耗能铰接板14通过转轴与柱子连接，然后使用固定连接板15固定，在保证结构稳定性的同时，实现了组合柱连接的平面外安装，极大地方便了施工，提高了建筑的施工速度。
耗能铰接板14上设有交叉形的孔洞。在腹板部分开设交叉形孔洞，使其在地震作用首先被破坏，产生撕裂破坏，消耗地震能量，避免了主要承重柱直接遭受地震作用，提高结构的抗震性能。
本发明现场全部通过高强螺栓连接，实现了完全装配化施工，可避免现场焊接可能带来的质量问题，并加快施工进度、提高劳动生产率，地震过后，任意破坏的构件均可精准拆卸并实现快速更换。
实施例2：
本发明的方钢管，其组合方式存在多种。如图6(a)和图6(b)所示，不论是a型方钢管还是b型方钢管，其均可以采用组合构件的形式拼接而成。
例如，图6(a)中，方钢管由四块方钢管组合构件依次拼接而成，每块方钢管组合构件的形状均为“l型”结构。为避免妨碍到中轴线上的其他螺栓的固定，方钢管组合构件之间拼接位置不在方管的中轴线上，而是略偏向一侧。
例如，图6(b)中，方钢管由两块方钢管组合构件依次拼接而成，每块方钢管组合构件的形状均为“门型”结构。为避免妨碍到中轴线上的其他螺栓的固定，方钢管组合构件之间拼接位置不在方管的中轴线上，而是略偏向一侧。
实施例3：
如图12至图13所示，a类柱2、b类柱3和c类柱4的组合方式，还存在构成边柱组合柱的方式。构成边柱组合柱，本发明依然可以在主受力方向采用抵抗剪力能力强的b类柱3，在次受力方向采用c类柱4，既实现了主次受力，也极大程度的减少了组合柱的截面尺寸，在分担结构竖向荷载的同时，使结构布置更加灵活，实现了承受荷载与节省空间的结合，充分节省了建筑空间与建筑成本。
实施例4：
本发明所述的可主次受力的钢板耗能复合型组合柱的安装方法，包括以下步骤：
第一步，通过榫卯结构将四块a型方钢管构件组合成a型方钢管；
第二步，圆筒核心连接件8与a型方钢管通过榫卯结构连接，组合成a类柱2；
第三步，用高强螺栓穿过a型方钢管与角钢固定连接件11相对应的螺栓孔，将角钢固定连接件11固定在a类柱2上；
第四步，通过榫卯结构将两块b方钢管构件组合成b型方钢管；
第五步，十字核心连接件10与b型方钢管通过榫卯结构连接，组合成b类柱3；
第六步，用高强螺栓穿过b型方钢管与角钢固定连接件11相对应的螺栓孔，将角钢固定连接件11固定在b类柱3上；
第七步，通过榫卯结构将双耳式连接节点12与角钢固定连接件11相连接；
第八步，通过可恢复功能的sma长螺栓13将两个双耳式连接节点12固定连接在ab两类柱子上；
第九步，耗能铰接板14在柱间平面外通过铰接轴16与两类柱连接，然后以铰接轴16为转轴转入平面内，通过固定连接板15和高强螺栓将耗能铰接板14相连；
第十步，通过螺栓和相应的拼接板将h型钢梁18与各柱相连接，完成层间连接承台6；
第十一步，在a型方钢管与圆筒之间空隙和b型方钢管内浇筑纤维混凝土，使连接部位通过咬合作用紧固连接形成整体。
本发明现场全部通过高强螺栓连接，实现了完全装配化施工，可避免现场焊接可能带来的质量问题，并加快施工进度、提高劳动生产率，地震过后，任意破坏的构件均可精准拆卸并实现快速更换。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。