一种设置增效自复位组合墙的插接摇摆柱钢框架结构及预制和安装方法

本发明涉及建筑结构技术，尤其是涉及一种设置增效自复位组合墙的插接摇摆柱钢框架结构及预制和安装方法。

背景技术：

1、建筑结构能够保持震后功能是实现抗震韧性城市的重要前提。我国大部分地区属于中、高烈度抗震设防区，结构因震后残余变形过大而丧失功能的震害实例并不罕见。过大的残余变形不但增加了受损结构震后修缮工作的技术难度和经济负担，甚至还会导致受损结构被迫拆除重建。因此，强调震后结构零破坏、零残余变形，或破坏很小，稍加修复即可投入使用的可恢复功能结构体系获得了各国学者和工业界的广泛关注。

2、由于构造简单且具有优越的耗能能力及良好的延性，钢框架结构被认为是一种重要的抗震结构体系，工程应用相对广泛。传统的钢框架结构在设计时往往需要选用较大的截面尺寸以满足层间位移和总侧移的要求，且其在地震作用下通常通过梁柱节点的塑性变形耗散地震能量，因此传统的钢框架结构存在用钢量大、残余变形大等不足，无法满足建筑钢结构的震后功能可快速恢复要求。为了实现钢框架结构震后功能可恢复的设计目标，现有技术大多将预应力技术和形状记忆合金引入传统钢框架结构形成自复位钢框架。然而，这些技术具有施工复杂、应力易松弛、价格高昂等不足。此外，钢框架结构的填充墙在地震作用下破坏特别严重，由填充墙破坏所带来的二次伤害、人员伤亡和财产损失也是不可忽略的。

技术实现思路

1、发明目的：本发明旨在提供一种设置增效自复位组合墙的插接摇摆柱钢框架结构；本发明的另一目的是提供一种设置增效自复位组合墙的插接摇摆柱钢框架结构的预制和安装方法。

2、技术方案：本发明的一种设置增效自复位组合墙的插接摇摆柱钢框架结构，包括钢框架柱、钢框架梁、冷弯薄壁型钢组合墙、摩擦阻尼器和高弹材料，摩擦阻尼器包括第一摩擦阻尼器、第二摩擦阻尼器和第三摩擦阻尼器，钢框架梁贯通设置于结构各楼层标高处，钢框架柱逐层设置在相邻层钢框架梁之间，并通过第一摩擦阻尼器和第二摩擦阻尼器与钢框架梁固定连接；冷弯薄壁型钢组合墙设置在由钢框架梁和钢框架柱形成的矩形框内，且冷弯薄壁型钢组合墙的上下端通过第三摩擦阻尼器与钢框架梁的翼缘固定连接，冷弯薄壁型钢组合墙的四周通过高强材料与钢框架柱和钢框架梁嵌填密实；

3、钢框架柱在地震作用下发生摇摆运动隔离地震，并利用第一摩擦阻尼器耗能、复位，同时利用第二摩擦阻尼器形成抗剪安全销进一步耗能，形成结构层面的第一重抗震韧性机制；冷弯薄壁型钢组合墙在地震作用下发生摇摆运动进一步隔离地震，并放大第三摩擦阻尼器的变形，提高耗能效率，同时第三摩擦阻尼器具备自复位效果，形成非结构构件层面的第二重抗震韧性机制。

4、可选的，第一摩擦阻尼器包括柱靴和复位钢板，柱靴底部与钢框架梁的翼缘固定连接，柱靴侧面的两个柱靴连接板分别与钢框架柱的耳板固定连接，柱靴连接板和耳板的上下两端设置复位钢板，上下两个复位钢板固定连接，且上下两个复位钢板和两个耳板形成一个密闭空间。

5、可选的，柱靴连接板和耳板之间还设置有摩擦材料，耳板另一侧还设置有垫板，上下两个复位钢板通过高强拉杆固定连接。

6、可选的，第二摩擦阻尼器为l型件结构，l型件侧壁与钢框架柱的腹板固定连接，且l型件侧壁与钢框架柱的腹板之间设置有摩擦材料；l型件底板与钢框架梁的翼缘固定连接。

7、可选的，第三摩擦阻尼器包括滑块和夹板，其中滑块的中部设置滑槽，滑块的两端设置梁靴，夹板对称设置在滑块的中部上下表面，夹板与滑块中部接触面设置有与滑槽匹配的结构；第三摩擦阻尼器分别与冷弯薄壁型钢组合墙和钢框架梁的翼缘固定连接。

8、可选的，第一摩擦阻尼器的柱靴连接板、垫板与钢框架柱的耳板之间，第二摩擦阻尼器的l型件侧壁与钢框架柱的腹板之间，以及第三摩擦阻尼器的夹板和滑块中部与冷弯薄壁型钢组合墙和钢框架梁的翼缘之间均通过环形弹簧螺栓固定连接，环形弹簧螺栓包括高强螺杆和环形弹簧螺母，环形弹簧螺母由双锥面内环、单锥面中间环、双锥面中间环、双锥面外环和六角螺母组成，第三摩擦阻尼器中环形弹簧螺栓的高强螺杆预埋在冷弯薄壁型钢组合墙中。

9、可选的，所述钢框架柱上下端的翼缘外侧对称设置有耳板；所述钢框架梁包括梁主体、梁加劲肋、腹板接头、翼缘接头和连接板，相邻两个梁主体通过腹板接头、翼缘接头和连接板固定连接，其中，腹板接头设置于梁主体的腹板任一端，并外伸预设长度，相拼接的两个梁主体腹板通过腹板接头固定连接；翼缘接头设置于梁主体两端的上下翼缘外侧面，相拼接的两个梁主体端部的翼缘接头通过连接板固定连接。

10、可选的，所述冷弯薄壁型钢组合墙包括冷弯薄壁型钢骨架、轻质混凝土、覆面板、加强钢板、预埋高强螺杆和u型钢板；其中冷弯薄壁型钢骨架是由冷弯薄壁型钢拼合柱、横撑和导轨连接形成，覆面板固定连接于冷弯薄壁型钢骨架两侧，轻质混凝土灌注于冷弯薄壁型钢拼合柱的内部及冷弯薄壁型钢骨架与两侧覆面板形成的空腔内，加强钢板设置在导轨内侧，并与导轨的腹板通过预埋高强螺杆固定连接，u型钢板设置在导轨外侧，u型钢板的腹板与导轨的腹板通过预埋高强螺杆固定连接，u型钢板的翼缘与覆面板固定连接。

11、基于相同的发明构思，本发明的一种设置增效自复位组合墙的插接摇摆柱钢框架结构的预制方法，包括预制钢框架柱、钢框架梁、冷弯薄壁型钢组合墙及摩擦阻尼器，具体为：

12、按设计长度截取钢框架柱主体后，沿柱高焊接柱加劲肋并将端部加强板焊接于柱主体的两端，然后将耳板成对焊接于钢框架柱两端的翼缘外侧，完成钢框架柱的预制；

13、按设计长度截取钢框架梁主体后，沿梁长焊接梁加劲肋，将腹板接头焊接于钢框架梁主体一端的腹板处，并预留一定外伸长度，同时将翼缘接头焊接于钢框架梁两端的上下翼缘，完成钢框架梁的预制；

14、将多根冷弯薄壁型钢构件拼接形成冷弯薄壁型钢拼合柱后，向冷弯薄壁型钢拼合柱的空腔内灌入轻质混凝土，完成冷弯薄壁型钢拼合柱的预制；然后，将若干冷弯薄壁型钢拼合柱等间距插入冷弯薄壁型钢导轨，并在相邻冷弯薄壁型钢拼合柱之间设置若干横撑后，将冷弯薄壁型钢拼合柱、横撑和导轨固定连接形成冷弯薄壁型钢骨架；再者，将一侧覆面板与冷弯薄壁型钢骨架固定连接，并将加强钢板和预埋高强螺杆安装在设计位置后，将轻质混凝土灌注于冷弯薄壁型钢骨架与覆面板形成的空腔内；最后，待轻质混凝土达到设计强度后，安装另一侧覆面板，并将预埋高强螺杆穿过u型钢板的腹板，同时将u型钢板的翼缘与覆面板固定连接，完成冷弯薄壁型钢组合墙的预制；

15、预制若干柱靴、l型件、滑块、夹板、双锥面内环、单锥面中间环、双锥面中间环、双锥面外环，完成摩擦阻尼器的预制。

16、基于相同的发明构思，本发明的一种设置增效自复位组合墙的插接摇摆柱钢框架结构的安装方法，包括以下步骤：

17、首先，根据上述步骤完成钢框架柱、钢框架梁、冷弯薄壁型钢组合墙和摩擦阻尼器的预制；

18、然后，在施工现场进行预制件的安装，安装过程具体为：

19、安装首层钢框架柱：将柱靴、垫板和摩擦材料通过环形弹簧螺栓固定于钢框架柱的耳板后，安装复位钢板和高强拉杆，并将摩擦材料和l型件通过环形弹簧螺栓对称安装在钢框架柱两端的腹板两侧，然后将钢框架柱吊装在设计位置，并将柱靴和l型件与基础固定连接，完成钢框架柱的安装；

20、安装首层钢框架梁：将钢框架梁安装在设计位置后，将柱靴和l型件与钢框架梁的下翼缘固定连接；然后，在钢框架梁的接头部位，将腹板接头与相邻的钢框架梁的腹板固定连接，并将相邻的翼缘接头通过连接板固定连接，完成首层钢框架梁的安装；

21、安装首层冷弯薄壁型钢组合墙：将冷弯薄壁型钢组合墙上下端的预埋高强螺杆穿过滑块和夹板并固定连接后，将冷弯薄壁型钢组合墙安装在由钢框架柱和钢框架梁组成的矩形框内，并将滑块两端的梁靴与基础和钢框架梁的下翼缘固定连接，完成首层冷弯薄壁型钢组合墙的安装；

22、按照上述步骤安装其余层钢框架柱、钢框架梁和冷弯薄壁型钢组合墙，并在钢框架柱、钢框架梁与冷弯薄壁型钢组合墙的缝隙内嵌入高弹材料，完成整体结构的安装。

23、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著的进步：

24、(1)本发明从框架主体结构和非结构构件填充墙两个层面建立了钢框架结构的双重抗震韧性机制，具体为：钢框架柱通过在地震作用下摇摆运动隔离地震作用，并利用第一摩擦阻尼器耗能、复位，同时利用第二摩擦阻尼器形成抗剪安全销并进一步耗能，形成了结构层面的第一重抗震韧性机制；冷弯薄壁型钢组合墙的顶部和底部与钢框架梁翼缘仅通过滑块端部的梁靴连接，因此冷弯薄壁型钢组合墙在地震作用下会发生摇摆运动进一步隔离地震作用，并会放大冷弯薄壁型钢组合墙顶底部第三摩擦阻尼器的变形，提高耗能效率，同时第三摩擦阻尼器中的环形弹簧螺栓和楔形截面滑块亦具备自复位效果，可避免冷弯薄壁型钢组合墙因变形过大而发生难以修复的大面积破坏，形成了非结构构件层面的第二重抗震韧性机制；

25、(2)本发明中的第一摩擦阻尼器和第三摩擦阻尼器兼具耗能和自复位效果，可避免使用施工复杂的预应力筋技术和造价高昂的形状记忆合金，且本发明中用于各摩擦阻尼器连接的环形弹簧螺母由内、中、外三层锥面圆环构成，即提高了螺栓的承压能力，又具备自复位功能，与碟形弹簧垫片相比具有显著优势；

26、(3)本发明中的钢框架梁为贯通布置、钢框架柱为分层布置模式，与现有的预应力钢框架梁柱节点技术相比，本发明可避免由梁柱节点变形与楼板变形不协调引起的楼板破坏；此外，本发明中钢框架梁的接头部位设置了具有楔形剖面的翼缘接头和连接板，这种接头方式连接强度高、施工简便且具有自复位效果，可显著提高拼接钢框架梁的整体性；

27、(4)本发明的冷弯薄壁型钢组合墙采用了十字截面的冷弯薄壁型钢拼合柱和轻质混凝土，这两种材料之间的“榫接”连接形式有利于充分发挥二者的协同抗剪效果，使冷弯薄壁型钢组合墙具有微损伤甚至零损伤特征，可重复利用且拆装方便，属于低碳韧性的非结构构件填充墙；

28、(5)本发明各组成部件均可在工厂预制生产，现场安装简便，可大大提高了施工效率。