一種裝配式自復位搖擺鋼板墻結構體系的制作方法

本發明屬于涉及土木工程抗震結構體系領域，具體涉及一種裝配式自復位搖擺鋼板墻結構體系。

背景技術：

地震是一種破壞性極強的突發性自然災害，對人類社會構成嚴重威脅。在土木工程領域，為了應對地震災害，各種技術層出不窮，如采用阻尼器的耗能減震技術、采用隔震支座的隔震技術、采用吸振器的調諧減震等。近年來，“可恢復功能”結構逐漸成為學術屆和工程屆關注的熱點之一，這其中“自復位結構”和“搖擺結構”已有了一定的研究和實踐。

一般的搖擺結構及自復位結構是指放松結構與基礎間約束或構件間約束，使結構與基礎或構件間接觸面處僅有受壓能力而無受拉能力，則結構在地震作用下發生搖擺，通過自重或預應力使結構復位。這為設計具有恢復功能的結構提供了一種新思路，基于這種思路人們先后開發了一些搖擺及自復位的結構體系：可自復位的球入式帶翼搖擺隔震墩柱(CN 104278620 A)，自復位梁-格柵式摩擦墻結構體系(CN 203583708 U)、帶可更換連梁的自復位剪力墻(CN 203626080 U)、鋼筋混凝土搖擺墻、搖擺墻組件及其制作方法(CN 101851965 B)、一種套筒式連接的鋼筋混凝土搖擺墻組件(CN 104631616 A)、一種可恢復功能的疊合板式剪力墻(CN 203640084 U)等。這些體系多是利用混凝土材料設計的搖擺墻和構件，且多無法實現預制拼裝功能。

近年來，在國家的推動下，建筑工業化成為行業發展的重要趨勢之一，各類裝配式的結構體系日新月異，如一種全預制框架鋼支撐結構(CN 203334474 U)、一種裝配式組合鋼板剪力墻(CN 204983239 U)、裝配式雙層鋼板內填混凝土組合剪力墻結構體系(CN 204983269 U)等，但這些都不具備自復位的耗能功能。隨著工業化研究的推進，也有人將自復位概念引入預制剪力墻中，如預制裝配式自復位剪力墻結構(CN 204876196 U)，該發明主要借助了上、下片墻體之間的變形，利用彈簧和阻尼器形成了耗能和自復位功能，但沒有使墻體充分擺動起來，未形成搖擺墻的減震形式。

鋼板剪力墻具有很好的抗側力能力，關于它的研究工作一直從未停止，且已在實際工程中有較多的應用。由于主要材料為鋼材，這類構件具有較高的工業化潛力。因此，本發明旨在設計一種裝配式自復位搖擺鋼板墻結構體系，將建筑工業化、搖擺結構、自復位和耗能減震的理念融為一體。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術存在的問題，提供一種裝配式自復位搖擺鋼板墻結構體系。

為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種裝配式自復位搖擺鋼板墻結構體系，包括結構柱和結構梁，所述結構柱和所述結構梁構成主結構，所述主結構與鋼板墻邊框通過耗能元件連接，自復位拉索沿著所述鋼板墻的鋼柱設置，上端在所述鋼板墻的鋼柱頂部張拉，下端澆筑于現澆基礎內，所述鋼板墻通過搖擺節點與所述現澆基礎連接。

進一步的，所述鋼板墻由鋼柱、鋼梁、帶肋鋼板、水平鋼板節點、豎向鋼板節點、梁柱節點、柱柱節點、固定螺栓組成，所述鋼柱、所述鋼梁為H型截面或工字型截面，也可以是其它適用的鋼構件截面型式；鋼柱根據構件裝配的需要，每一層半或兩層半一段；鋼梁兩端在根部與鋼柱通過端板法蘭連接；帶肋鋼板為一片或兩片，通過水平鋼板節點與鋼梁下翼緣連接，通過豎向鋼板節點與鋼柱內側翼緣連接；當兩片帶肋鋼板拼裝時，采用固定螺栓固定，需要時可在兩片鋼板間填充預制混凝土板或其它填充物；所述平鋼板節點、所述豎向鋼板節點、所述梁柱節點和所述柱柱節點均為螺栓連接形式，因此鋼板墻可以實現工廠生產、現場拼裝。

進一步的，所述搖擺節點由上部斜撐、下部斜撐、上部加勁短梁、下部加勁短梁和鋼錨栓組成；所述上部斜撐下端與所述上部加勁短梁焊接連接，上部斜撐上端在通過端板法蘭與所述鋼板墻底部連接；所述下部斜撐上端與所述下部加勁短梁焊接連接，下端埋至所述現澆基礎；上部加勁短梁的下表面放置于下部加勁短梁的上表面，兩者的縱向兩端部均加工成弧形；所述鋼錨栓上半部分通過螺母與所述上部加勁短梁固接，下半部分插入所述下部加勁短梁的套筒內，且與套筒有一定間隙，使得兩短梁可以發生相對轉動，鋼錨栓同時提供了一定的抗剪能力；搖擺節點還可以采用其它具備轉動能力的連接方式，如板鉸。

進一步的，所述耗能元件通過螺栓連接的形式，一端與主結構相連，另一端與所述鋼板墻的鋼柱連接，采用軟鋼的耗能連接或者采用粘彈性或摩擦的耗能連接形式；所述自復位拉索采用張拉預應力的高強鋼絞線或采用形狀記憶合金或者其它具有自復位能力的金屬索材。

進一步的，所述自復位拉索布置于搖擺的所述鋼支撐的兩端或中部。

優選的，為提高其預制拼裝的能力，可采用多個鋼板墻單元拼接的方式，可在工廠內通過焊接形式將鋼柱、鋼梁和帶肋鋼板拼接成一個小的鋼板墻單元，也可在施工現場用螺栓連接將鋼柱、鋼梁和帶肋鋼板拼接成鋼板墻單元，再通過螺栓連接將多個鋼板墻單元拼接成一個整體鋼板墻。

進一步的，采用帶肋鋼板作為基本抗側元件，限制了鋼板屈曲，相比混凝土墻，有一定抗側剛度、施工方便、安裝靈活

本發明的有益效果:

本發明在地震時通過搖擺鋼板墻和主結構之間的相對變形，利用耗能元件耗散能量；震后，結構通過自復位拉索恢復到原先狀態，能夠保持使用功能；體系拼接部位均采用螺栓連接，能夠實現在工廠生產、現場拼裝，縮短了現場工期；該結構體系具有抗震能力強、構造簡單、施工質量高、工期短等優點。

附圖說明

圖1是本發明的立面結構示意圖；

圖2是本發明的單層鋼板墻構造示意圖；

圖3（a）是本發明的無填充物鋼板墻剖面構造示意圖；

圖3（b）是本發明的含填充物鋼板墻剖面構造示意圖；

圖4是本發明的搖擺節點構造示意圖；

圖5是本發明的搖擺節點另一種構造示意圖；

圖6（a）是本發明中耗能元件采用粘彈性時的構造示意；

圖6（b）是本發明中耗能元件采用摩擦耗能時的構造示意；

圖7（a）是本發明用于既有建筑加固時外附搖擺鋼支撐布置位置平面示意圖；

圖7（b）是本發明用于既有建筑加固時內嵌搖擺鋼支撐布置位置平面示意圖；

圖7（c）是本發明用于既有建筑加固時搖擺鋼支撐布置位置立面示意圖；

圖8是本發明的另一種預制拼裝形式。

圖中標號說明：1、結構柱，2、結構梁，3、鋼板墻，4、耗能元件，5、自復位拉索，6、現澆基礎，7、搖擺節點，31、鋼柱，32、鋼梁，33、帶肋鋼板，34、水平鋼板節點，豎35、向鋼板節點，36、梁柱節點，37、柱柱節點，38、固定螺栓，71、上部斜撐，72、下部斜撐，73、上部加勁短梁，74、下部加勁短梁，75、鋼錨栓。

具體實施方式

下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本發明。

參照圖1-6所示，一種裝配式自復位搖擺鋼板墻結構體系，包括結構柱1和結構梁2，所述結構柱1和所述結構梁2構成主結構，所述主結構與鋼板墻3通過耗能元件4連接，自復位拉索5沿著所述鋼板墻3的鋼柱31設置，上端在所述鋼板墻3的鋼柱31頂部張拉，下端澆筑于現澆基礎6內，所述鋼板墻3通過搖擺節點7與所述現澆基礎6連接；

所述鋼板墻3包括鋼柱31、鋼梁32和帶肋鋼板33，所述鋼柱31、所述鋼梁32為H型截面或工字型截面，所述鋼柱31和鋼梁32作為帶肋鋼板33邊框，截面小于普通鋼結構梁柱。

進一步的，所述鋼板墻3還包括水平鋼板節點34、豎向鋼板節點35、梁柱節點36、柱柱節點37和固定螺栓38，所述平鋼板節點34、所述豎向鋼板節點35、所述梁柱節點36和所述柱柱節點37均為螺栓連接形式。

進一步的，所述搖擺節點7由上部斜撐71、下部斜撐72、上部加勁短梁73、下部加勁短梁74和鋼錨栓75組成；所述上部斜撐71下端與所述上部加勁短梁73焊接連接，上部斜撐71上端在通過端板法蘭與所述鋼板墻3底部連接；所述下部斜撐72上端與所述下部加勁短梁74焊接連接，下端埋至所述現澆基礎6；所述鋼錨栓75上半部分通過螺母與所述上部加勁短梁73固接，下半部分插入所述下部加勁短梁74的套筒內；搖擺節點7采用節點或板鉸。

進一步的，所述耗能元件4通過螺栓連接的形式，一端與主結構相連，另一端與所述鋼板墻3的鋼柱31連接，采用軟鋼的耗能連接或者采用粘彈性或摩擦的耗能連接形式；所述自復位拉索5采用張拉預應力的高強鋼絞線或采用形狀記憶合金。

進一步的，所述自復位拉索5布置于搖擺的所述鋼支撐39的兩端或中部。

本發明的原理：

將搖擺鋼板墻與框架結構結合，形成框架搖擺鋼板墻結構體系，將鋼板墻底部從固接變成了鉸接，結構體系基本周期延長，鋼板墻承載力需求減小。預制帶肋鋼板嵌在邊框鋼梁、鋼柱內，利用其肋和預制填充板抑制鋼板屈曲，形成了具有較大剛度鋼板剪力墻體系，從而保證了鋼板墻內部變形較小、整體搖擺。當地震來臨時，結構發生變形，搖擺鋼板墻與主結構之間產生相對位移，耗能元件耗散地震能量，鋼板墻底部由于設置為鉸接，鋼板墻并不發生破壞；地震發生后，由于自復位拉索的存在，結構具有較高的恢復原先位置的能力。與此同時，大部分拼接節點采用螺栓連接，使搖擺結構具有了預制拼裝的特性。

本發明的實施步驟：

（1）根據設計和施工要求，在工廠加工鋼板墻3中的鋼柱31、鋼梁32和帶肋鋼板33；加工搖擺節點7中的上部斜撐71、下部斜撐72、上部加勁短梁73和下部加勁短梁74，其中上部斜撐71和上部加勁短梁73焊接連接，下部斜撐72和下部加勁短梁74焊接連接。

（2）在結構現場澆筑現澆基礎6，其中下部斜撐72下半部分澆筑在現澆基礎6內，且自復位拉索5的下端及其錨具也澆筑于現澆基礎6內。

（3）在現場利用柱柱節點37拼接鋼柱31，利用梁柱節點36將鋼梁32與鋼柱31連接，逐步形成鋼板墻3的外框；隨后，將兩片帶肋鋼板33通過固定螺栓38連接在一起，并利用水平鋼板節點34、豎向鋼板節點35將帶肋鋼板33與鋼板墻的外框連接起來；鋼板墻3通過螺栓連接與搖擺節點7的上部支撐71固接，將鋼錨栓75通過螺母固接于上部加勁短梁73。

（4）吊裝鋼板墻3和搖擺節點7，定位安裝，將鋼錨栓75插入下部加勁短梁74的套筒內，在主結構與鋼支撐3之間安裝簡單的臨時支架。

（5）隨后將自復位拉索5穿過預留孔洞至鋼板墻3頂部，并在此張拉并錨固拉索；將耗能元件4通過螺栓連接安裝于鋼板墻3和主結構之間。

（6）結構安裝完成后，撤去主結構與鋼板墻3之間的臨時支架。

以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的技術人員來說，在不脫離本發明結構的前提下，還可以做出若干變形和改進，如采用附圖7的方式實現對既有建筑的抗震加固，采用附圖8的方式通過多個鋼板墻單元拼接的方式實現預制裝配，這些也應該視為本發明的保護范圍，這些都不會影響本發明實施的效果和專利的實用性。