技术领域
[0001] 本
发明涉及结构工程技术领域，具体涉及一种装配式自复位钢框架-钢板剪力墙结构。
背景技术
[0002] 以钢板剪力墙作为耗能构件的传统钢框架结构，其梁柱
节点或柱脚节点形式通常为刚接或半刚接，当结构遭受
水平
地震作用时，由钢板剪力墙耗散大量地震
能量，从而保护主体结构免受破坏。但传统钢框架的抗弯节点形式导致结构震后残余
变形较大而必须对结构进行修复或重建。
[0003] 随着建筑结构性能化要求的提高，人们不再仅仅满足于中震可修、大震不倒的抗震设防目标，而是期望结构在震后能够快速恢复使用，减少经济损失。自复位结构体系因具有震后残余变形小、结构主体保持弹性、且只需更换耗能构件即可使建筑重新投入使用的特点而受到广泛关注。
[0004] 具有自复位功能的钢框架结构是将传统的抗弯梁柱节点采用后张拉节点来代替，沿梁长布置的钢绞线为结构提供复位
刚度，由内置钢板剪力墙作为耗能构件。现有自复位钢框架节点形式虽然在震后具有良好的复位性能，但在地震作用时梁柱节点脱开造成的框架扩展效应却极少考虑。
[0005] 因此，为保证结构在震后具有良好复位能力的同时，减小框架扩展效应对框架柱的影响，迫切需要研发适合于减小框架扩展效应的自复位钢框架-钢板剪力墙结构新型节点。
发明内容
[0006] 针对
现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种装配式自复位钢框架-钢板剪力墙结构，在控制结构扩展效应的同时，耗能能力更强，结构的自复位性能效果更好。
[0007] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种装配式自复位钢框架-钢板剪力墙结构，包括布置于首层并遵循规则、对称布置原则的首层模
块和竖向连续布置在首层模块上方的上部模块；首层模块包括框架柱、框架梁、内置钢板剪力墙、竖向预
应力钢绞线、水平向预应力钢绞线、固定连接部、抗剪连接部、底座、限位
支架；框架梁和框架柱构成钢框架，钢框架中间安装内置钢板剪力墙；限位支架安装在底座上，框架柱的下端卡在限位支架内；沿着框架柱柱长布置的竖向预应力钢绞线上端锚固在该框架柱的顶部，下端锚固在底座上，通过对竖向预应力钢绞线施加初始预应力将框架柱与底座压紧连接；上端的框架梁两端通过抗剪连接部与框架柱连接，沿着该框架梁梁长布置的水平向预应力钢绞线的两端锚固在框架柱的外侧，通过对水平向预应力钢绞线施加初始预应力将该框架梁与框架柱压紧连接；下端的框架梁两端通过固定连接部与框架柱固定连接；上部模块包括框架柱、框架梁、内置钢板剪力墙、抗剪连接部、水平向预应力钢绞线；框架梁与框架柱的连接方式同首层模块的上端框架梁与框架柱的连接方式；上部模块的框架柱、框架梁构成钢框架，钢框架中间安装内置钢板剪力墙。
[0009] 作为一种优选，抗剪连接部包括抗剪连接板和抗剪连接
螺栓；抗剪连接板为带椭圆长孔的矩形板，一端与框架柱的柱翼缘采用围焊连接，抗剪连接板与框架梁的梁
腹板通过抗剪连接螺栓连接。
[0010] 作为一种优选，固定连接部包括
角钢连接板和高强螺栓；角钢连接板的一端与框架柱固定；角钢连接板与框架梁通过高强螺栓固定。
[0011] 作为一种优选，框架柱的外侧设有锚垫板；每根框架梁对应装有至少两根水平向预应力钢绞线，水平向预应力钢绞线在框架梁的梁腹板两侧对称设置且沿梁长布置并锚固于框架柱外侧的锚垫板上；框架梁和框架柱之间设有梁端垫板。
[0012] 作为一种优选，首层模块的框架柱的顶部设有锚固板；每根框架柱对应装有至少两根竖向预应力钢绞线，竖向预应力钢绞线在框架柱的柱腹板两侧对称设置且沿柱长布置并锚固在底座及首层框架柱顶部锚固板上。
[0013] 作为一种优选，内置钢板剪力墙与钢框架之间通过两边连接或四边连接；两边连接时内置钢板剪力墙仅与上下框架梁连接，且内置钢板剪力墙的侧边
焊接侧边加劲肋。
[0014] 作为一种优选，钢框架内侧与连接板通过高强螺栓或焊接连接，鱼
尾板再与连接板焊接，内置钢板剪力墙与鱼尾板通过高强螺栓或焊接连接。
[0015] 作为一种优选，首层模块的上端框架梁的两端和上部模块的框架梁的两端均设有翼缘加强板；首层模块的框架柱的下端设有柱脚翼缘加强板和柱脚加劲肋；框架柱在节点域
位置设有横向加劲肋和柱腹板加强板。
[0016] 作为一种优选，内置钢板剪力墙采用低屈服点钢或
软钢。
[0017] 作为一种优选，内置钢板剪力墙为平钢板剪力墙、带缝钢板剪力墙、防屈曲钢板剪力墙、带菱形孔钢板剪力墙、波纹钢板剪力墙或组合钢板剪力墙；采用波纹钢板剪力墙时，截面为三角形、梯形、
正弦波形、余弦
波形、圆弧形或矩形。
[0018] 总的说来，本发明具有如下优点：本发明提出的一种装配式自复位钢框架-钢板剪力墙结构，分为首层模块和上部模块，首层模块由框架柱、框架梁、抗剪连接板及水平向预应力钢绞线组成的后张拉梁柱节点与由框架柱、底座及竖向预应力钢绞线组成的柱脚节点及内置钢板剪力墙组成；上部模块由框架柱、框架梁、抗剪连接板及水平向预应力钢绞线组成的后张拉梁柱节点及内置钢板剪力墙组成；由于初始预应力的存在，在正常使用时处于压紧状态，在遭受水平地震荷载或
风荷载作用时，随着荷载的增大梁柱节点及柱脚节点缓缓脱开，节点脱开之后由抗剪连接板传递的水平向剪力主要由内置钢板剪力墙来承担，且由低屈服点钢或软钢组成的内置钢板剪力墙优先屈服耗散地震能量；震后后张拉梁柱节点通过预应力钢绞线随节点脱开逐渐伸长提供的恢复力使结构自动复位，柱脚节点在结构自重及预应力钢绞线恢复力作用下自动复位；后张拉柱脚节点在水平荷载作用下的节点脱开一方面减小了柱底应力，一方面降低了传统柱脚固结带来的框架扩展效应，保证框架柱主要用来承受竖向荷载，采用带有椭圆长孔的抗剪连接板连接的后张拉梁柱节点有效的将水平向荷载作用下的剪力由主体结构传递给内置钢板剪力墙，保证主体结构在震后仍保持弹性，震后只需更换内置钢板剪力墙即可使建筑恢复使用。将后张拉梁柱节点与柱脚节点相结合应用于自复位结构体系不仅使结构的复位效果更好，而且减小了框架扩展效应，同时也减小了框架柱截面尺寸要求。
附图说明
[0019] 图1为本发明首层模块示意图。
[0020] 图2为本发明首层模块的框架柱及附属构件相互位置关系示意图。
[0021] 图3为本发明首层模块的框架梁正立面示意图。
[0022] 图4为本发明首层模块的内置钢板剪力墙及相关连接构件示意图。
[0023] 图5为图4的横断面图。
[0024] 图6为本发明首层模块的后张拉梁柱节点详图。
[0025] 图7为图6中A-A剖面视图。
[0026] 图8为图6中B-B剖面视图。
[0027] 图9为本发明首层模块的柱脚后张拉节点详图。
[0028] 图10为图9在受水平侧向荷载作用时的变形示意图，倾角为θ。
[0029] 图11为本发明上部模块示意图。
[0030] 图12为本发明上部模块的框架柱及附属构件相互位置关系示意图。
[0031] 图13为本发明上部模块的框架梁正立面示意图。
[0032] 图14为本发明上部模块的内置钢板剪力墙及相关连接构件示意图。
[0033] 图15为本发明上部模块的后张拉梁柱节点详图。
[0034] 图16为图15中A-A剖面视图。
[0035] 图17为图15中B-B剖面视图。
[0036] 图18为一种装配式自复位钢框架-钢板剪力墙结构布置俯视图，其中a为长度，b为宽度。
[0037] 图19为一种装配式自复位钢框架-钢板剪力墙结构布置立面图，其中H为高度。
[0038] 图20为本发明以单榀单跨三层结构为例将首层模块和上部模块组装之后示意图。
[0039] 图中，1-框架柱，2-框架梁，3-内置钢板剪力墙，4-竖向预应力钢绞线，5-水平向预应力钢绞线，6-锚固板支架，7-锚固板，8-翼缘加强板，9-连接板与梁翼缘连接用高强螺栓，10-连接板，11-锚垫板，12-节点域横向加劲肋，13-加强板与柱腹板连接用高强螺栓，14-节点域柱腹板加强板，15-梁端垫板，16-抗剪连接螺栓，17-抗剪连接板，18-连接高强螺栓，
19-钢板剪力墙侧边加劲肋，20-柱脚翼缘加强板，21-梁端垫板，22-高强螺栓，23-柱脚加劲肋，24-角钢连接板，25-限位支架，26-底座，27-鱼尾板，28-一种装配式自复位钢框架-钢板剪力墙结构。
具体实施方式
[0040] 下面来对本发明做进一步详细的说明。
[0042] 一种装配式自复位钢框架-钢板剪力墙结构，根据自复位钢框架-钢板剪力墙节点组成及适用位置，将自复位钢框架-钢板剪力墙分为首层模块和上部模块。本实施例为图20所示的单榀单跨三层结构。
[0043] 首层模块包括框架柱、框架梁、内置钢板剪力墙、竖向预应力钢绞线、水平向预应力钢绞线、固定连接部、抗剪连接部、底座、限位支架；框架梁和框架柱构成钢框架，钢框架中间安装内置钢板剪力墙；限位支架安装在底座上，框架柱的下端卡在限位支架内；沿着框架柱柱长布置的竖向预应力钢绞线上端锚固在该框架柱的顶部，下端锚固在底座上，通过对竖向预应力钢绞线施加初始预应力将框架柱与底座压紧连接；上端的框架梁两端通过抗剪连接部与框架柱连接，沿着该框架梁梁长布置的水平向预应力钢绞线的两端锚固在框架柱的外侧，通过对水平向预应力钢绞线施加初始预应力将该框架梁与框架柱压紧连接；下端的框架梁两端通过固定连接部与框架柱固定连接。抗剪连接部包括抗剪连接板和抗剪连接螺栓；抗剪连接板为带椭圆长孔的矩形板，一端与框架柱的柱翼缘采用围焊连接，抗剪连接板与框架梁的梁腹板通过抗剪连接螺栓连接。固定连接部包括角钢连接板和高强螺栓；角钢连接板的一端与框架柱固定；角钢连接板与框架梁通过高强螺栓固定。
[0044] 上部模块包括框架柱、框架梁、内置钢板剪力墙、抗剪连接部、水平向预应力钢绞线；框架梁与框架柱的连接方式同首层模块的上端框架梁与框架柱的连接方式；上部模块的框架柱、框架梁构成钢框架，钢框架中间安装内置钢板剪力墙。
[0045] 沿柱长布置并锚固于底座及首层柱顶的竖向预应力钢绞线对应节点称为柱脚节点，沿梁长布置并锚固于梁柱节点外侧的水平向预应力钢绞线对应节点称为后张拉梁柱节点。后张拉梁柱节点主要用来解决节点开口之后的剪力传递，后张拉柱脚节点主要用来减小水平侧向荷载作用下的框架扩展效应，将后张拉梁柱节点与后张拉柱脚节点相结合，在水平向复位筋、竖向复位筋及结构自重下结构的自动复位效果更好。
[0046] 框架柱柱脚部分梁柱采用角钢通过高强螺栓进行连接，框架梁两端设有梁端垫板，节点域柱外侧设有柱脚翼缘加强板。
[0047] 柱脚节点柱脚与底座没有多余连接，在正常使用状态下通过沿首层柱柱长布置的竖向预应力钢绞线的初始预应力进行压紧。后张拉柱脚节点是通过结构自重及竖向预应力钢绞线的初始预应力将框架柱与底座压紧连接。
[0048] 后张拉梁柱节点及以上各层梁柱节点均采用抗剪连接板通过抗剪连接螺栓进行连接，框架梁两端设有垫板，框架梁两端上下翼缘设有翼缘加强板，节点域柱外侧设有锚垫板。
[0049] 框架梁两端梁端垫板及框架柱外侧锚垫板与框架柱采用焊接，梁翼缘加强板与框架梁采用高强螺栓连接。
[0050] 抗剪连接板设有椭圆长孔以适应梁柱节点脱开之后的相对转动及滑动；抗剪连接板一侧与框架柱翼缘采用围焊进行连接，另一侧通过抗剪连接螺栓与框架梁腹板进行连接。
[0051] 后张拉梁柱节点节点域柱腹板设有柱腹板加强板及横向加劲肋。
[0052] 柱腹板加强板与柱腹板采用高强螺栓连接，横向加劲肋与柱翼缘采用焊接。
[0053] 内置钢板剪力墙与框架梁、柱采用高强螺栓通过鱼尾板及连接板进行连接，根据内置钢板剪力墙是否与框架柱连接可分为四边连接和两边连接，本实施例采用两边连接。
[0054] 连接板与框架梁的翼缘采用高强螺栓进行连接，鱼尾板与连接板采用焊接。
[0055] 内置钢板剪力墙采用低屈服点钢或软钢，当内置钢板剪力墙采用两边连接时，为防止钢板过早屈曲，剪力墙两侧设置侧边加劲肋。
[0056] 内置钢板剪力墙截面为半圆形组成的波纹钢板墙。
[0057] 竖向预应力钢绞线沿柱腹板两侧对称布置若干条，本实施例一根框架柱对应两条，水平向预应力钢绞线沿梁腹板两侧对称布置若干条，本实施例一根框架梁对应四条。
[0058] 预应力钢绞线的初始预应力张拉按先竖向后水平向、对称分级张拉，其初始预应力应满足不大于0.3倍的极限承载力要求。
[0059] 首层模块由柱脚节点、首层后张拉梁柱节点及内置钢板剪力墙组成。上部模块由上部后张拉梁柱节点及内置钢板剪力墙组成。
[0060] 首层模块和上部模块的组装不仅适用于上下柱截面相同结构，亦适用于上下柱截面不同结构，亦适用于上下柱截面部分相同的结构。
[0061] 当结构遭受地震荷载作用时，通过低强度钢板剪力墙的塑性变形耗散地震能量，保证主体结构在震后仍处于弹性状态，竖向预应力钢绞线及水平向预应力钢绞线为结构提供复位刚度使结构自动复位，震后只需更换耗能构件建筑即可继续使用。
[0062] 实施例二
[0063] 本实施例一种装配式自复位钢框架-钢板剪力墙结构为五层结构，首层模块布置于结构首层并遵循规则、对称的布置原则，上部模块布置于首层模块上部楼层并遵循竖向连续布置的原则，其平面图如图18所示。
[0064] 以椭圆形所在榀为例，其中间跨具有一个首层模块和四个上部模块堆叠，如图19填充线部分所示。
[0065] 将高度为H的装配式自复位钢框架-钢板剪力墙结构布置在图18所示的长度为a，宽度为b的建筑空间，粗实线部分为装配式自复位钢框架-钢板剪力墙结构，虚线部分为普通框架结构。
[0066] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
