一种附加可更换抗侧剪力墙的自复位单向铰接柱脚节点的制作方法

本专利涉及一种附加可更换抗侧剪力墙的自复位单向铰接柱脚节点，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。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；且这两种柱脚形式均存在一旦产生转角即需修复或极难修复的问题。

为克服上述问题，本发明提出了一种附加γ形抗侧剪力墙的震后可恢复功能自复位十字型柱脚节点。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。震后仅需更换γ形剪力墙构件即可使整体结构恢复功能，同时以预应力拉索为核心的自复位系统可以自动修复小变形，辅助大变形的修复工作，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可更换抗侧剪力墙的自复位单向铰接柱脚节点，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：

一种附加可更换抗侧剪力墙的自复位单向铰接柱脚节点，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、两侧的可更换抗侧耗能装置和自复位装置组成；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侧剪力墙、水平连接段、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，抗侧剪力墙的钢板上设有局部削弱，避免塑性破坏发生在节点连接处；所述的自复位装置由环形锚固工装和四根预应力拉索组成；环形锚固工装由两块环形钢板以100～200mm的间距焊接于方形钢柱而成，环形锚固工装水平方向中轴位于方形钢柱柱中上下100mm范围内，环形锚固工装设有加劲肋；在环形锚固工装四角各设置一根预应力拉索，共四根，预应力拉索另一端锚固于单向纯铰底座的底板，柱脚发生转角时总有一半数量的拉索收紧，外荷载卸载后牵拉柱身至原位。

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。

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。

所述的抗侧剪力墙具有钢板剪力墙、钢板混凝土剪力墙、钢筋混凝土剪力墙、钢管混凝土、波纹钢板剪力墙、叠合剪力墙六种形式，根据施工现场的材料、器械、人工水平的情况进行选择。

本专利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，保护节点处不过早发生破坏，以充分发挥抗侧剪力墙优秀的抗弯抗剪能力。

(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，损伤的抗侧剪力墙与柱之间通过螺栓连接，拆卸方便，直接更换抗侧剪力墙后柱脚节点整体的功能恢复，完成震后恢复工作。

(4)水平抗侧双保险。当柱脚受侧向荷载作用出现小转角时，拉紧的拉索会对钢柱产生牵引作用，对侧向荷载的影响产生有效抵抗，为铰接柱脚提供抗侧能力，有效分担抗侧耗能装置的抗侧工作，进而可以选择满足设计要求但尺寸较小、强度较低的抗侧耗能装置，提高了结构的经济性；当震后抗侧耗能装置丧失功能需要更换时，在预应力拉索的抗侧作用下，铰接柱脚仍具备一定的抗侧能力，不至于在修复过程中出现柱脚失稳的情况，提高了安全性和工作效率。

(5)自复位功能。当柱脚出现转角时，拉紧的拉索会对钢柱产生牵引作用，在这种作用下，出现转角的柱脚会被牵引至原位，实现自复位，若在地震作用下出现了较大转角，抗侧耗能装置已损坏，柱脚无法实现自复位时，拆除已变形的抗侧装置后，不受抗侧装置约束的柱脚仍会在预应力拉索作用下恢复至原位，保证安全性的同时便于后续修复工作进行。

(6)所述的节点设计具有很强的适用性与泛用性，其所要求的抗侧剪力墙可以根据工程特点及施工情况选择不同的剪力墙形式，其构件拆装方便的特性也可以使其存在于结构的不同位置，如体系的中柱和边柱位置。

(7)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，使用抗侧剪力墙抗侧，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，仅需更换抗侧剪力墙构件即可恢复功能。

附图说明

图1为一种附加可更换抗侧剪力墙的自复位单向铰接柱脚节点的装配三维图；

图2为一种附加可更换抗侧剪力墙的自复位单向铰接柱脚节点的装配拆分图；

图3为一种附加可更换抗侧剪力墙的自复位单向铰接柱脚节点的正视图；

图4为一种附加可更换抗侧剪力墙的自复位单向铰接柱脚节点位于边柱情况下的装配三维图。

具体实施方式

下面结合附图1～4，详细说明本专利的实施方式。

如图1～4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——抗侧剪力墙；

5——水平连接段；

6——水平连接段竖向端板；

7——抗侧剪力墙基础底板；

8——抗侧剪力墙上端板；

9——高强螺栓；

10——环形锚固工装；

11——预应力拉索；

12——加劲肋板。

如图1～4所示，一种附加可更换抗侧剪力墙的自复位单向铰接柱脚节点，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；所述的单向纯铰底座为通过销轴实现铰接的底座；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侧剪力墙(4)、水平连接段(5)、水平连接段竖向端板(6)、抗侧剪力墙基础底板(7)及上端板(8)组成；水平连接段设置加劲肋板(12)，水平连接段靠近方形钢柱一端与竖向端板焊接；抗侧剪力墙上端与上端板焊接，并用高强螺栓(9)与水平连接段连接，下端与基础底板焊接，基础底板通过高强螺栓与基础固接；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，连接处位于柱高1/3处；所述的自复位装置由环形锚固工装(10)和四根预应力拉索(11)组成；环形锚固工装由两块环形钢板以100～200mm的间距焊接于方形钢柱而成，环形锚固工装水平方向中轴位于方形钢柱柱中上下100mm范围内，环形锚固工装设有加劲肋；在环形锚固工装四角各设置一根预应力拉索，共四根，预应力拉索另一端锚固于单向纯铰底座的底板；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。