震后可恢复钢板剪力墙-木框架混合结构及其施工方法

本发明涉及建筑工程领域，尤其是涉及一种震后可恢复钢板剪力墙-木框架混合结构及其施工方法。

背景技术：

1、木结构由于绿色环保、易于装配、抗震性能好等优点正得到越来越多的关注，但传统的木结构大多适用于2～3层的低矮建筑，很难适应现阶段我国人口密度较高对土地利用率的需求。为了能够充分利用木材的优良性能，亟需发展多高层木结构及木混结构体系。但在多高层木结构中，抗侧性能为其薄弱环节。我国现行的抗震规范对抗震设防目标和设计方法分别为三水准设防和两阶段设计方法，传统纯木结构体系通过建筑材料的延性和结构变形来抵抗地震作用，耗散地震能量，保证主体结构的安全，震后结构虽未发生倒塌，但往往使结构和构件有很大的残余变形，增加震后结构的维修难度和修复费用。钢木混合结构充分发挥了木材与钢材各自的优势，其抗震性能较纯木结构有很大提高，这使得钢木结构能够向多高层和大跨度结构发展。此外，钢木混合结构的装配化程度较高，符合绿色建造倡议。

2、然而钢木混合抗震墙在抗震设计中的可恢复功能特性未得到很好地设计与实现，在地震作用后，钢框架和木剪力墙会出现较大的残余形变，修复较为困难。授权专利cn105756217b提供了一种具有震后自复位功能的钢木混合抗震墙，采用摩擦型阻尼器，在中震或大震下，摩擦型阻尼器所受剪力大于其滑移剪力，阻尼器中的摩擦面开始滑移耗能，能大幅度降低木剪力墙的损伤。后张无粘结预应力筋始终处于弹性受拉状态，震后梁柱节点在预应力筋的作用下回到初始状态，钢梁和钢柱基本没有损伤，结构残余变形很小，摩擦型阻尼器在地震作用下不发生破坏，震后无需更换。但摩擦阻尼器只有耗能作用，不具备自复位功能且摩擦阻尼器中的有机摩擦材料可能会有损坏。该专利中提出的抗震墙单个水平承载力不高，应用在结构体系中时，可能需要布置很多片此类的剪力墙，且木剪力墙在水平往复荷载作用下容易产生损伤。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种减小多高层木结构地震灾害的震后可恢复钢板剪力墙-木框架混合结构及其施工方法，以解决多高层纯木结构抗侧性能不足的问题。本发明可以充分发挥两种材料的特点：在建筑方面，该结构体系可以合理利用建筑空间，除抗侧体系有剪力墙分布外，胶合木框架体系建筑分隔灵活；在结构方面，该结构体系可以充分发挥钢板剪力墙结构的抗侧能力和胶合木框架结构的承重能力优势，通过合理设计，抗侧体系和承重体系两者功能分离，各司其职。此外，两个体系之间的阻尼器在多遇地震下变形耗散地震输入能量，在设防烈度地震和罕遇地震作用下，由抗侧体系耗能以抵抗地震作用，这样可以充分利用结构系统中不同结构构件的层次性和布置形式，使整体结构形成两阶段强化型受力特征和震后功能可恢复机制，降低结构在震后的修复费用和难度。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明之一提供一种震后可恢复钢板剪力墙-木框架混合结构，包括钢板剪力墙、胶合木框架、木楼板、自复位剪切阻尼器、抗剪连接件、后张无粘结预应力筋以及锚具。所述钢板剪力墙包括钢梁、钢柱以及钢腹板；相邻两层的钢柱通过螺栓或者焊接连接；所述后张无粘结预应力筋贯穿钢梁，并在钢柱上通过锚具固定；所述木楼板通过自复位剪切阻尼器和抗剪连接件与所述钢板剪力墙进行连接；所述胶合木框架与木楼板进行连接。

4、进一步地，所述钢腹板上下两侧连接钢梁，左右两侧连接钢柱，所述钢腹板与钢梁、钢柱之间通过焊接或者螺栓连接。

5、更进一步地，所述钢腹板在四角位置留有切口。

6、进一步地，所述钢柱连接剪切钢板，所述剪切钢板上设置有剪切钢板长圆孔，所述钢梁与钢柱连接侧的端部设有第一钢梁螺栓孔，钢梁螺栓贯穿剪切钢板长圆孔与第一钢梁螺栓孔，连接剪切钢板与钢梁。

7、进一步地，所述钢梁设置有第二钢梁螺栓孔和钢梁矩形洞口；所述的自复位剪切阻尼器包括第一摩擦钢板、第二摩擦钢板、压缩弹簧、钢垫板、阻尼器螺栓以及承压钢块；所述第一摩擦钢板设置有摩擦钢板长圆孔，所述第二摩擦钢板设置有摩擦钢板螺栓孔，所述钢垫板设置有钢垫板螺栓孔；所述阻尼器螺栓依次穿过钢垫板螺栓孔、压缩弹簧、摩擦钢板螺栓孔、摩擦钢板长圆孔与第二钢梁螺栓孔固定。

8、更进一步地，所述的第一摩擦钢板、第二摩擦钢板、压缩弹簧、钢垫板在钢梁两侧对称布置。

9、进一步地，所述的抗剪连接件上设置有自攻螺钉孔和抗剪连接件螺栓，所述抗剪连接件通过自攻螺钉孔以及自攻螺钉与木楼板连接，所述抗剪连接件通过抗剪连接件螺栓与自复位剪切阻尼器的第一摩擦钢板连接。

10、进一步地，所述的胶合木框架包括木梁、木柱以及节点钢板；所述木梁上设置有木梁钢板槽和木梁螺栓孔，所述木柱上设置有木柱钢板槽和木柱螺栓孔；所述木梁螺栓孔通过木梁螺栓与节点钢板连接；所述木柱螺栓孔通过木柱螺栓与节点钢板连接。所述木楼板(3)与木梁(21)之间采用搭接方式连接。

11、进一步地，相邻两层的胶合木框架通过所述节点钢板进行螺栓连接。

12、更进一步地，所述的节点钢板为“l”型，所述节点钢板上设置有节点钢板螺栓孔，所述节点钢板螺栓孔设置有3组，分别与竖直方向两端的木柱以及横向的木梁上的螺栓孔配合连接。

13、进一步地，所述的后张无粘结预应力筋选用预应力钢绞线、预应力钢丝束、预应力精轧螺纹钢或预应力frp筋中任一种。

14、进一步地，所述的锚具选用支承式锚具、锥塞式锚具、夹片式锚具、握裹式锚具中任一种。

15、本发明之二，提供所述震后可恢复钢板剪力墙-木框架混合结构的施工方法，包括如下步骤：

16、s1：搭建钢板剪力墙：将钢腹板与钢梁、钢柱之间通过焊接或者螺栓连接，钢腹板在四角位置留有切口；钢柱上焊接剪切钢板，剪切钢板上留有剪切钢板长圆孔，钢梁的端部设有第一钢梁螺栓孔，钢梁螺栓贯穿剪切钢板长圆孔与第一钢梁螺栓孔，连接剪切钢板与钢梁；将后张无粘结预应力筋贯穿钢梁，并在钢柱上通过锚具固定，即得钢板剪力墙；

17、s2：组装成胶合木框架：将横向木梁与节点钢板通过木梁螺栓连接，竖直方向的两个木柱与节点钢板通过木柱螺栓连接，完成后即得所述胶合木框架；

18、s3：安装自复位剪切阻尼器：将阻尼器螺栓依次穿过钢垫板螺栓孔、压缩弹簧、摩擦钢板螺栓孔以及摩擦钢板长圆孔与第二钢梁螺栓孔实现固定，即得自复位剪切阻尼器；将自复位剪切阻尼器沿钢梁两侧对称布置；承压钢块通过钢梁矩形洞口并插入两侧第一摩擦钢板上的摩擦钢板矩形槽；

19、s4：整体组装：将木楼板吊装至钢板剪力墙与胶合木框架之间；将剪连接件通过自攻螺钉孔以及自攻螺钉与木楼板连接，抗剪连接件与自复位剪切阻尼器的第一摩擦钢板通过抗剪连接件螺栓连接；将木楼板通过自复位剪切阻尼器和抗剪连接件与钢板剪力墙进行连接，再将竖直设置的胶合木框架与水平设置的木楼板进行连接，使部件连接形成整体，逐层建造以完成整个结构的施工。

20、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

21、(1)本发明在木结构中引入钢板剪力墙，使得结构抗侧性能得到很大提高。在钢板剪力墙-木框架混合结构体系中，大部分侧向力由钢板剪力墙承担，减少木结构部分的破坏。

22、(2)本发明减震效果好，抗震性能优越。在小震下，钢板剪力墙具有良好的抗侧刚度，能够抵抗水平地震剪力；在中震或大震下，钢板剪力墙可承担大部分侧向力，同时钢板剪力墙和胶合木框架两者间的自复位剪切阻尼器通过变形，充分发挥了耗能减震的作用。

23、(3)本发明具有自复位功能，使得结构在震后易修复且大幅度降低了修复费用。在中震或大震下，自复位剪切阻尼器中的钢板通过相互摩擦进行耗能，有效地控制了钢板剪力墙的变形，大幅度降低了钢板剪力墙的损伤。钢板剪力墙边缘梁上的后张无粘结预应力筋始终处于弹性受拉状态，在预应力筋的作用下，结构回到初始状态，结构残余变形很小。自复位剪切阻尼器若在地震作用下保持弹性，无不可恢复变形或破坏，可经历多次地震作用。

24、(4)本发明采用大量预制构件，结合木结构自身的易于施工，大大提高了结构的施工速度和进度，符合建筑工业化的发展趋势，在实际的工程应用中具有巨大的前景。