一种附加抗剪钢板组的震后可恢复功能单向铰接柱脚节点的制作方法

本发明涉及一种附加抗剪钢板组的震后可恢复功能单向铰接柱脚节点，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。装配式建筑是建造方式的重大变革，是推进结构性改革和新型城镇化发展的重要举措，完全符合绿色建筑“适用、高效、协调、发展”的内涵。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剪钢板组的震后可恢复功能单向铰接柱脚节点。该节点形式将原本刚接柱所具备的竖向承载能力及水平抗侧能力分离，使柱主要承受轴向荷载，抗侧耗能装置主要抵抗侧向荷载，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。同时震后仅需更换抗剪钢板组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剪钢板组的震后可恢复功能单向铰接柱脚节点，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。

为实现上述目的，本发明采用如下技术手段：

一种附加抗剪钢板组的震后可恢复功能单向铰接柱脚节点，其特征在于：该可抗弯铰接柱脚节点由方形钢柱、单向纯铰底座和两侧的可更换抗侧耗能装置组成；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；所述的方形钢柱底端与单向纯铰底座的端板焊接，底座通过高强螺栓与基础固接，形成传统的铰接柱脚，该柱脚可以自由转动，不具备抗侧能力；所述的可更换抗侧耗能装置由抗剪钢板组、钢板组与柱之间的连接件、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、连接副或单边螺栓连接，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，避免塑性破坏发生在节点连接处。

所述的方形钢柱在适当高度处两侧均设有可更换抗侧耗能装置，方形钢柱通过单向纯铰底座及高强螺栓与基础固接相连，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。

所述的抗剪钢板组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。

若所述的柱脚节点位于结构整体的边柱位置，为了保持结构外表面的完整与美观，可拆卸外侧的抗侧耗能装置，以满足建筑外观的要求。

本发明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单向纯铰底座连接，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，遵循“强节点，弱构件”的理念，避免节点先于抗剪钢板组破坏，将损伤控制在抗剪钢板组上。

(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，损伤的抗剪钢板组与柱之间通过螺栓连接，拆卸方便，直接更换抗剪钢板组后柱脚节点整体的功能恢复，完成震后恢复工作。

(4)所述的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，使用抗剪钢板组抗侧，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，仅需更换抗剪钢板组构件即可恢复功能。

附图说明

图1为一种附加抗剪钢板组的震后可恢复功能单向铰接柱脚节点的装配三维图；

图2为一种附加抗剪钢板组的震后可恢复功能单向铰接柱脚节点的装配拆分图；

图3为一种附加抗剪钢板组的震后可恢复功能单向铰接柱脚节点的正视图；

图4为一种附加抗剪钢板组的震后可恢复功能单向铰接柱脚节点位于边柱情况下的装配三维图；

图5为一种附加抗剪钢板组的震后可恢复功能单向铰接柱脚节点抗剪钢板局部削弱的两种形式详图。

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，一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点包括以下部件：

1——方形钢柱；

2——单向纯铰底座；

3——抗侧耗能装置；

4——抗剪钢板组；

5——抗剪钢板组连接件；

6——抗剪钢板组竖向端板；

7——抗剪钢板组基础底板；

8——高强螺栓；

9——连接件加劲肋板；

10——抗剪钢板局部削弱。

如图1～5所示，一种附加抗剪钢板组的震后可恢复功能单向铰接柱脚节点，其特征在于：该可抗弯铰接柱脚节点由方形钢柱(1)、单向纯铰底座(2)和两侧的可更换抗侧耗能装置(3)组成；所述的方形钢柱底端与单向纯铰底座的端板焊接，底座通过高强螺栓与基础固接，形成传统的铰接柱脚，该柱脚能够自由转动，不具备抗侧能力；所述的可更换抗侧耗能装置由抗剪钢板组(4)、钢板组与柱之间的连接件(5)、竖向端板(6)及基础底板(7)焊接而成；钢板组中相邻两钢板间距为钢板厚度的3～5倍，单独钢板设置方向为厚度平面与方形钢柱连接抗侧耗能装置平面平行；抗剪钢板组焊接于连接件，连接件设置竖向加劲肋板(9)；抗侧耗能装置与方形钢柱通过高强螺栓(8)、连接副或单边螺栓连接，连接处位于柱高1/3处，基础底板固接于基础；当所述的柱脚节点布置于整个建筑结构边柱位置时，应卸除位于结构整体外侧的抗侧耗能装置；所述的抗剪钢板组中单独钢板的主体部分设置局部削弱(10)，削弱形式为狗骨削弱或开孔削弱。