CN109914631A - 自复位摇摆钢框架结构及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自复位摇摆钢框架结构，包括：基础件、钢柱、柱脚节点结构、梁端节点结构、及中间梁；其中，基础件和钢柱分别设置两个；钢柱竖直布置于基础件的顶部；柱脚节点结构包括：柱脚高强锚杆、柱脚碟型弹簧、悬挑板；悬挑板固定于钢柱靠近底部的两侧；柱脚高强锚杆穿过悬挑板与基础件的顶部固定连接；柱脚碟型弹簧套装在悬挑板远离基础件一侧的柱脚高强锚杆上；中间梁横向布置，且固定于两个钢柱之间。本发明的钢框架具有极强的自复位性能和耗能能力，同时还具有优良的延性和抗疲劳性能。

Description

自复位摇摆钢框架结构及其构建方法

技术领域

本发明涉及建筑结构的消能减震技术领域，更具体的说是涉及自复位摇摆钢框架结构及其构建方法。

背景技术

目前，传统抗震思想以保护生命为首要目标，通过延性设计避免结构在强震下发生倒塌。然而，这种延性设计是以允许结构主要受力构件发生塑性变形为代价的。另一方面，结构在使用期间可能会遭受到比设防烈度更强的地震作用，这也会导致结构发生损伤和残余变形。事实上，近些年的地震灾害表明，地震中建筑倒塌和人员死亡的数量已经得到了有效控制，但是地震所造成的经济损失和社会影响仍然十分巨大，其中很大一部分的经济损失是由于地震时建筑受损严重，震后难以修复；或者修复时间过长，建筑功能中断，影响正常生产和生活。基于此，研究者提出了可恢复功能结构的概念。地震可恢复功能结构是指地震后不需修复或者稍加修复即可恢复使用功能的结构，其主要目的是使结构具备震后快速恢复使用功能的能力，从而减轻由于结构震后功能中断带来的影响。

具有可恢复功能的结构体系主要包括带有可更换构件的结构体系、自复位结构体系和摇摆结构体系。带有可更换构件的结构体系，通过将损伤或变形集中于可更换的薄弱部位，确保结构主体构件完好，同时通过震后更换可更换构件达到快速恢复结构使用功能的目的。自复位结构体系主要通过在结构中设置预应力装置，使结构自动恢复到初始位置，以减小残余位移。摇摆结构体系通过结构整体性摇摆防止出现薄弱层，使结构各层层间变形趋于一致，结构损伤分布更均匀。

现有的钢框架在地震作用下的损伤模式和耗能部位控制难度较大，柱脚和梁端出现塑性铰，震后结构损伤严重、残余变形大，修复困难。过去长期坚持的设计思想，即只以生命安全为目标的抗震设计是远远不够的，抗震设计不仅应确保人身安全，而且必须考虑结构构件破坏所造成的经济损失及其震后修复。

因此，研究出一种具有极强的自复位性能和耗能能力，同时还具有优良的延性和抗疲劳性能的自复位摇摆钢框架是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自复位性能和耗能能力强，具有延性和抗疲劳性能的自复位摇摆钢框架结构及其构建方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

自复位摇摆钢框架结构，包括：基础件、钢柱、柱脚节点结构、梁端节点结构及中间梁；其中，所述基础件和钢柱分别设置两个；所述钢柱竖直布置于所述基础件的顶部；所述柱脚节点结构包括：柱脚高强锚杆、柱脚碟型弹簧、悬挑板；所述悬挑板固定于所述钢柱靠近底部的两侧；所述柱脚高强锚杆穿过所述悬挑板与所述基础件的顶部固定连接；所述柱脚碟型弹簧套装在所述悬挑板远离所述基础件一侧的所述柱脚高强锚杆上；所述中间梁横向布置，且固定于两个所述钢柱之间。

采用上述技术方案的有益效果是，柱脚节点结构处，钢柱底座与基础件之间只是接触，并未固定，在发生强震时，由于悬挑板顶部设置柱脚碟型弹簧，因此，钢柱可以进行竖直方向上的轻微晃动，有效避免了柱脚节点结构塑性铰的形成；

所述中间梁两端连接对应的所述钢柱的所述梁端节点结构均包括：短梁、连接板、转动摩擦板、弹簧挡板、梁端高强锚杆、梁端碟型弹簧；所述短梁位于所述钢柱和所述中间梁之间，其一端与所述钢柱侧壁的翼缘固定连接，所述中间梁和所述短梁之间存在间隙；所述连接板的一端与所述中间梁的腹板固定连接，所述连接板的另一端与所述短梁的腹板铰接；所述转动摩擦板设置在所述连接板和所述短梁的腹板之间；所述弹簧挡板分别固定在所述中间梁的顶部和底部；所述梁端高强锚杆为两组，其分别对应两块所述弹簧挡板的位置，其一端穿过所述弹簧挡板，另一端穿过所述钢柱的两块翼缘并固定；所述梁端碟型弹簧套装在所述弹簧挡板远离所述钢柱一侧的所述梁端高强锚杆上。

采用上述技术方案的有益效果是，发生强震时，在梁端碟型弹簧的作用下梁端高强锚杆会沿梁端碟型弹簧的轴线方向发生轻微的移动，同时，连接板与转动摩擦板之间的接触界面会产生摩擦耗能，耗散地震输入到梁端节点结构中的能量，有效避免了梁端节点结构塑性铰的形成，实现大震作用下梁端节点结构无损伤或轻微损伤，震后节点无需修复即可投入使用。

需要说明的是，本发明采用的所述钢柱、所述中间梁和所述短梁均为工字钢，传统的工字钢均由腹板和两端的翼缘组成，因此，“腹板”和“翼缘”均为本领域的专业术语，在此不再赘述。

优选的，所述柱脚高强锚杆远离所述基础件的一端固定连接圆形垫片，所述柱脚碟型弹簧置于所述圆形垫片和悬挑板之间。

采用上述技术方案的有益效果是，将柱脚碟形弹簧固定在圆形垫片和悬挑板之间，使柱脚节点结构具有自复位性能，降低地震对钢框架的损坏。

优选的，所述悬挑板和钢柱之间设置有多个第一支撑筋板。

采用上述技术方案的有益效果是，第一支撑筋板的设置能够有效防止悬挑板的破坏或焊缝连接失效，使悬挑板和钢柱之间的连接结构更稳定。

优选的，所述连接板为两块，且对称设置于所述中间梁和所述短梁的腹板两侧。

采用上述技术方案的有益效果是，能够提高中间梁和短梁之间的连接稳定性。

优选的，所述梁端节点结构还包括销轴、第一高强螺栓和螺栓垫板；所述销轴穿过所述连接板和所述短梁的腹板，通过所述第一高强螺栓固定连接；所述螺栓垫板置于所述第一高强螺栓和所述连接板之间。

采用上述技术方案的有益效果是，连接结构简单，螺栓垫板能够有效防止螺栓松动，使连接稳定性更强。

优选的，所述弹簧挡板与所述中间梁之间设置有多个第二支撑筋板。

采用上述技术方案的有益效果是，第二支撑筋板的设置能够有效防止弹簧板的破坏或焊缝连接失效，使弹簧板和中间梁之间的连接结构更稳定。

优选的，所述钢柱与所述短梁连接的翼缘开设有与所述梁端高强锚杆对应的长孔，所述长孔竖直布置。

采用上述技术方案的有益效果是，长孔能够有效防止梁端高强锚杆转动过程中的屈服或屈曲，提高节点结构的抗震缓冲能力。

自复位摇摆钢框架结构的构建方法，具体包括以下步骤：

S1、结构布置与选型：根据建筑结构功能要求、工程地质条件和概念设计初步确定钢框架结构的柱网布置和梁柱尺寸；

S2、小震分析：进行小震弹性分析，验算钢框架结构在小震作用下的承载力和弹性层间位移角是否满足《建筑抗震设计规范》的相关限值要求，如不满足要求则重复S1，重新选择梁柱尺寸；如满足要求，则计算得到柱脚的弯矩需求值和梁端的弯矩需求值；

S3、参数选择：将柱脚和梁端弯矩需求值等效为柱脚碟型弹簧和梁端碟型弹簧提供的预压弯矩，根据预压弯矩计算柱脚高强锚杆间距、梁端高强锚杆间距、柱脚碟型弹簧、梁端碟型弹簧的组合形式和柱脚碟型弹簧的预压力和梁端碟型弹簧的预压力；

S4、结构性能化设计：进行大震动力时程分析，验算钢框架结构在大震作用下是否发生屈服或屈曲，如发生则重复S3，重新调整柱脚高强锚杆间距、梁端高强锚杆间距、柱脚碟型弹簧、梁端碟型弹簧的组合形式、柱脚碟型弹簧的预压力和梁端碟型弹簧的预压力；如未发生，即钢框架在大震作用下为弹性状态，则通过拟建钢框架结构的抗震性能目标，设定钢框架结构的残余变形限值，结合计算得到的仅附加碟型弹簧的钢框架结构的滞回曲线确定转动摩擦板的设计；

S5、大震检验：重新进行大震动力时程分析，验算钢框架结构是否满足自复位性能和耗能功能，如不满足要求则重复S1、或S2、或S3、或S4；如满足要求，则完成设计。

采用上述技术方案的有益效果是，本发明的设计概念清晰明确，且由于力学模型明确，设计步骤清晰，可以实现抗震性能化设计，通过设定结构的抗震性能目标实现其优越的抗震性能。

需要说明的是，在上述步骤中，应用了很多建筑领域的专业术语，在此一一进行解释：

建筑结构功能要求：结构设计的主要目的是要保证所建造的结构安全适用，能够在规定的期限内满足各种预期的功能要求，并且要经济、合理。具体说来，结构应具有以下几项功能：安全性：在正常施工和正常使用的条件下，结构应能承受可能出现的各种荷载作用和变形而不发生破坏；在偶然事件发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性。例如，厂房结构平时受自重、吊车、风和积雪等荷载作用时，均应坚固不坏；而在遇到强烈地震、爆炸等偶然事件时，容许有局部的损伤，但应保持结构的整体稳定而不发生倒塌。适用性：在正常使用时，结构应具有良好的工作性能。如吊车梁变形过大会使吊车无法正常运行、水池出现裂缝便不能蓄水等，都影响正常使用，需要对变形、裂缝等进行必要的控制。耐久性：在正常维护的条件下，结构应能在预计的使用年限内满足各项功能要求，也即应具有足够的耐久性。例如，不致因混凝土的老化、腐蚀或钢筋的锈蚀等而影响结构的使用寿命。安全性、适用性和耐久性概括称为结构的可靠性。显然，采用加大构件截面、增加配筋数量、提高材料性能等措施，总可以满足上述功能要求，但这将导致材料浪费、造价提高、经济效益降低。一个好的设计应做到既保证结构可靠，同时又经济、合理，即用较经济的方法来保证结构的可靠性，这是结构设计的基本准则。

工程地质条件：是指与工程建设有关的地质条件，包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、不良地质作用和天然建筑材料。

概念设计：是由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清晰、由抽象到具体的不断进化的过程。概念设计即是利用设计概念并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法。概念设计是完整而全面的设计过程，它通过设计概念将设计者繁复的感性和瞬间思维上升到统一的理性思维从而完成整个设计。

柱网布置：是框架结构布置的一部分。柱网：框架柱在平面上纵横两个方向的排列。柱网布置的任务：确定柱子的排列形式与柱距。布置的依据：满足建筑使用要求，同时考虑结构的合理性与施工的可行性。

弹性层间位移角：是指按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比Δu/h，第i层的Δu/h指第i层和第i-1层在楼层平面各处位移差ΔUi＝Ui-Ui-1中的最大值。用来确保高层结构应具备的刚度，是对构件截面大小、刚度大小的一个宏观控制指标。

本发明中的小震和大震是根据实际地震的级数确定的，小震指4级以下的震动，大震指7级以上的震动。

优选的，残余变形限值为抗震性能目标值。

采用上述技术方案的有益效果是，能够最大限度提高节点结构的抗震能力。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种自复位摇摆钢框架结构及其构建方法，具有以下有益效果：

1、本发明通过梁端和柱脚的碟型弹簧的预压力形成预压弯矩，保证该摩擦耗能自复位摇摆钢框架具有良好的自复位性能；

2、本发明通过短梁腹板处的转动摩擦板产生摩擦耗能，耗散大量地震输入到结构中的能量，有效避免了类似于传统钢框架柱脚和梁端的塑性铰的形成，实现大震作用下梁柱节点结构和柱脚节点结构无损伤或轻微损伤，震后节点无需修复即可投入使用；

3、本发明设计概念清晰明确，且由于力学模型明确，设计步骤清晰，可以实现抗震性能化设计，通过设定结构的抗震性能目标实现其优越的抗震性能；

4、本发明摩擦耗能自复位摇摆钢框架构造形式简单，方便施工与安装。

5、本发明采用普通建筑钢材制作子构件，所用碟型弹簧费用较低，大大降低了生产成本，而且性能优越，有利于本发明摩擦耗能自复位摇摆钢框架的大力推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的钢框架的三维示意图；

图2附图为本发明提供的钢框架的正视图；

图3附图为本发明提供的钢框架的侧视图；

图4附图为本发明提供的钢框架的俯视图；

图5附图为本发明提供的梁端节点结构的三维示意图。

其中，图中，

1-基础件；

2-钢柱；

21-长孔；

3-柱脚节点结构；

31-柱脚高强锚杆；32-柱脚碟型弹簧；33-悬挑板；34-圆形垫片；35-钢柱底板；36-第一支撑筋板；

4-梁端节点结构；

41-短梁；42-连接板；43-转动摩擦板；44-弹簧挡板；45-梁端高强锚杆；

46-梁端碟型弹簧；47-销轴；48-第一高强螺栓；49-螺栓垫板；410-第二支撑筋板；

5-中间梁。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1至附图4，本发明实施例公开了1、自复位摇摆钢框架结构，其特征在于，包括：基础件1、钢柱2、柱脚节点结构3、梁端节点结构4及中间梁5；其中，基础件1和钢柱2分别设置两个；钢柱2竖直布置于基础件1的顶部；柱脚节点结构3包括：柱脚高强锚杆31、柱脚碟型弹簧32、悬挑板33；悬挑板33固定于钢柱2靠近底部的两侧；柱脚高强锚杆31穿过悬挑板33与基础件1的顶部固定连接；柱脚碟型弹簧32套装在悬挑板33远离基础件1一侧的柱脚高强锚杆31上；中间梁5横向布置，且固定于两个钢柱2之间。

进一步地，中间梁5两端连接对应的钢柱2的梁端节点结构4包括：短梁41、连接板42、转动摩擦板43、弹簧挡板44、梁端高强锚杆45、梁端碟型弹簧46；短梁41位于钢柱2和中间梁5之间，其一端与钢柱2侧壁的翼缘固定连接，中间梁5和短梁41之间存在间隙；连接板42的一端与中间梁5的腹板固定连接，连接板42的另一端与短梁41的腹板铰接；转动摩擦板43设置在连接板42和短梁41的腹板之间；弹簧挡板44分别固定在中间梁5的顶部和底部；梁端高强锚杆45为两组，其分别对应两块弹簧挡板44的位置，其一端穿过弹簧挡板44，另一端穿过钢柱2的两块翼缘并固定；梁端碟型弹簧46套装在弹簧挡板44远离钢柱2一侧的梁端高强锚杆45上。

更进一步地，柱脚高强锚杆31远离基础件1的一端固定连接圆形垫片34，柱脚碟型弹簧32置于圆形垫片34和悬挑板33之间。

更进一步地，悬挑板33和钢柱2之间设置有多个第一支撑筋板36。

更进一步地，钢柱2的钢柱底板35与基础件1的顶部是完全开放的，即钢柱底板35与基础件1的顶部之间无固定，可以增强柱脚节点结构3的自复位能力。

更进一步地，连接板42为两块，且对称设置于中间梁5和短梁41的腹板两侧。

更进一步地，梁端节点结构4还包括多个螺杆和第二高强螺栓；螺杆穿过连接板42和中间梁5的腹板，通过第二高强螺栓固定连接。

更进一步地，梁端节点结构4还包括销轴47、第一高强螺栓48和螺栓垫板49；销轴47穿过连接板42和短梁41的腹板，通过第一高强螺栓48固定连接；螺栓垫板49置于第一高强螺栓48和连接板42之间。

更进一步地，弹簧挡板44与中间梁5之间设置有多个第二支撑筋板48。

更进一步地，钢柱2与短梁41连接的翼缘开设有与梁端高强锚杆45对应的长孔21，长孔21的开孔形状沿竖直方向拉伸延长。长孔21竖直布置，长孔21包括长轴，长轴沿竖直方向布置。

一种自复位摇摆钢框架结构的构建方法，具体包括以下步骤：

S1、结构布置与选型：根据建筑结构功能要求、工程地质条件和概念设计初步确定钢框架结构的柱网布置和梁柱尺寸；

S2、小震分析：进行小震弹性分析，验算钢框架结构在小震作用下的承载力和弹性层间位移角是否满足《建筑抗震设计规范》的相关限值要求，如不满足要求则重复S1，重新选择梁柱尺寸；如满足要求，则计算得到柱脚的弯矩需求值和梁端的弯矩需求值；

具体计算方法如下：

a、小震作用下整体钢框架的底部剪力：F_k＝α₁G_eq

其中：F_k为小震作用下整体钢框架的底部剪力，α₁为水平地震影响系数，G_eq为重力荷载代表值；

b、小震作用下钢框架每根钢柱的地震剪力：V_k＝0.5F_k

其中：V_k为小震作用下钢框架每根钢柱的地震剪力；

c、小震作用下钢框架每根钢柱的柱顶弯矩为：M_ct＝V_kh_c(1-y)

小震作用下钢框架每根钢柱的柱脚弯矩为：M_cb＝V_kh_cy

其中：M_ct为小震作用下钢框架每根钢柱的柱顶弯矩，M_cb为小震作用下钢框架每根钢柱的柱脚弯矩，h_c为钢柱竖向垂直高度，y为钢柱的反弯点高度系数；

d、根据力矩的平衡原理，小震作用下柱脚的弯矩需求值：M_cbd＝M_cb

小震作用下梁端的弯矩需求值：M_bd＝M_ct

其中：M_cbd为小震作用下柱脚的弯矩需求值，M_bd为小震作用下梁端的弯矩需求值；

S3、参数选择：将柱脚和梁端弯矩需求值等效为柱脚碟型弹簧和梁端碟型弹簧提供的预压弯矩，根据预压弯矩计算柱脚高强锚杆间距、梁端高强锚杆间距、柱脚碟型弹簧、梁端碟型弹簧的组合形式和柱脚碟型弹簧的预压力和梁端碟型弹簧的预压力；

具体计算方法如下：

a、根据力矩的等效原理，柱脚的预压弯矩：M_cbp＝M_cbd

梁端的预压弯矩：M_bp＝M_bd

其中：M_cbp为柱脚的预压弯矩，M_bp为梁端的预压弯矩；

b、柱脚左侧高强锚杆与柱脚抬起点的距离为：Z_cbl＝0.5(b_cbp+b_c)

柱脚右侧高强锚杆与柱脚抬起点的距离为：Z_cbr＝0.5(b_cbp-b_c)

梁端上侧高强锚杆与梁端转动点的距离为：Z_bu＝0.5(b_bp+h_b)

梁端下侧高强锚杆与梁端转动点的距离为：Z_bd＝0.5(b_bp-h_b)

其中：Z_cbl为柱脚左侧高强锚杆与柱脚抬起点的距离，Z_cbr为柱脚右侧高强锚杆与柱脚抬起点的距离，Z_bu为梁端上侧高强锚杆与梁端转动点的距离，Z_bd为梁端下侧高强锚杆与梁端转动点的距离，b_cbp为柱脚左右两侧高强锚杆的间距，b_c为钢柱的宽度，b_bp为梁端上下侧高强锚杆的间距，h_b为梁端截面高度；

c、根据力学分析可知，柱脚的预压弯矩：M_cbp＝T_cp(Z_cbl-Z_cbr)

梁端的预压弯矩：M_bp＝T_bp(Z_bu-Z_bd)

其中T_cp为柱脚碟型弹簧的预压力，T_bp为梁端碟型弹簧的预压力；

d、柱脚碟型弹簧组合形式由下式决定：T_cp＝K_cpX_cp

柱脚碟型弹簧组合形式由下式决定：T_bp＝K_bpX_bp

其中：K_cp为柱脚碟型弹簧的等效总刚度，K_bp为梁端碟型弹簧的等效总刚度，X_cp为柱脚碟型弹簧的初始预压位移，X_bp为梁端碟型弹簧的初始预压位移；

S4、结构性能化设计：进行大震动力时程分析，验算钢框架结构在大震作用下是否发生屈服或屈曲，如发生则重复S3，重新调整柱脚高强锚杆间距、梁端高强锚杆间距、柱脚碟型弹簧、梁端碟型弹簧的组合形式、柱脚碟型弹簧的预压力和梁端碟型弹簧的预压力；如未发生，即钢框架在大震作用下为弹性状态，则通过拟建钢框架结构的抗震性能目标，设定钢框架结构的残余变形限值，结合计算得到的仅附加碟型弹簧的钢框架结构的滞回曲线确定转动摩擦板的设计；

具体计算方法如下：

a、钢框架结构初始状态的总预压弯矩为：M_t＝2(M_cbp+M_bp+M_N)

每根钢柱初始状态的竖向轴力产生的弯矩为：M_N＝0.5N b_c

其中：M_t为钢框架结构初始状态的总预压弯矩，M_N为每根钢柱初始状态的竖向轴力产生的弯矩，N为每根钢柱初始状态的竖向轴力；

b、钢框架结构初始状态的等效总刚度为：

设置转动摩擦板以后，转动摩擦板提供的摩擦弯矩为：M_f＝fd_R

其中：K_i为钢框架结构初始状态的等效总刚度，θ为钢柱底部转角，M_f为转动摩擦板提供的摩擦弯矩，f为转动摩擦板处的摩擦阻力，d_R为摩擦阻力的转动力臂；

设定通过拟建钢框架结构的抗震性能目标，设定钢框架结构的残余变形限值为θ_r，则为了使钢框架具有自复位性能，需满足下式：

K_iθ_r≥M_f

通过以上计算完成转动摩擦铰的设计；

S5、大震检验：重新进行大震动力时程分析，验算钢框架结构是否满足自复位性能和耗能功能，如不满足要求则重复S1、或S2、或S3、或S4；如满足要求，则完成设计。

进一步地，残余变形限值为抗震性能目标值。

塑性铰：是指因截面上的弯矩达到塑性极限弯矩，并由此产生转动；塑性铰会对结构产生不可修复的破坏，因此，自复位摇摆钢框架结构中应该避免在梁端节点结构和柱脚节点结构中出现塑性铰。

工作原理为：

在安装梁端碟型弹簧46和柱脚碟型弹簧32时，对梁端碟型弹簧46和柱脚碟型弹簧32施加一定的预压力，使其未发生振动时处于稳定状态；

发生强震时，在梁端碟型弹簧46的作用下梁端高强锚杆45会沿梁端碟型弹簧46的轴线方向发生轻微的移动，同时，连接板42与转动摩擦板43之间的接触界面会产生摩擦耗能，耗散地震输入到梁端节点结构中的能量，有效避免了梁端节点结构4塑性铰的形成，并且长孔21的设置方便梁端高强锚杆45在长孔21内进行竖直方向的晃动；

柱脚节点结构3处，钢柱底座35与基础件1之间只是接触，并未固定，在发生强震时，由于悬挑板33顶部设置柱脚碟型弹簧32，因此，钢柱2可以进行竖直方向上的轻微晃动，有效避免了柱脚节点结构3塑性铰的形成；

钢框架在发生强震时进行摇摆，可以避免梁端节点结构4和柱脚节点结构3塑性铰的形成，使梁端节点结构4和柱脚节点结构3无损伤或轻微损伤，震后节点处无需修复即可投入使用，进而增强钢框架的自复性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.自复位摇摆钢框架结构，其特征在于，包括：基础件(1)、钢柱(2)、柱脚节点结构(3)、梁端节点结构(4)、及中间梁(5)；其中，所述基础件(1)和钢柱(2)分别设置两个；

所述钢柱(2)竖直布置于所述基础件(1)的顶部；

所述柱脚节点结构(3)包括：柱脚高强锚杆(31)、柱脚碟型弹簧(32)、悬挑板(33)；

所述悬挑板(33)固定于所述钢柱(2)靠近底部的两侧；

所述柱脚高强锚杆(31)穿过所述悬挑板(33)与所述基础件(1)的顶部固定连接；

所述柱脚碟型弹簧(32)套装在所述悬挑板(33)远离所述基础件(1)一侧的所述柱脚高强锚杆(31)上；

所述中间梁(5)横向布置，且固定于两个所述钢柱(2)之间。

2.根据权利要求1所述的自复位摇摆钢框架结构，其特征在于，所述中间梁(5)两端连接对应的所述钢柱(2)的所述梁端节点结构(4)均包括：短梁(41)、连接板(42)、转动摩擦板(43)、弹簧挡板(44)、梁端高强锚杆(45)、梁端碟型弹簧(46)；

所述短梁(41)位于对应所述钢柱(2)和所述中间梁(5)之间，其一端与对应所述钢柱(2)侧壁的翼缘固定连接，所述中间梁(5)和所述短梁(41)之间存在间隙；

所述连接板(42)的一端与所述中间梁(5)的腹板固定连接，所述连接板(42)的另一端与所述短梁(41)的腹板铰接；

所述转动摩擦板(43)设置在所述连接板(42)和所述短梁(41)的腹板之间；

所述弹簧挡板(44)分别固定在所述中间梁(5)的顶部和底部；

所述梁端高强锚杆(45)为两组，其分别对应两块所述弹簧挡板(44)的位置，其一端穿过所述弹簧挡板(44)，另一端穿过对应的所述钢柱(2)的两块翼缘并固定；

所述梁端碟型弹簧(46)套装在所述弹簧挡板(44)远离对应连接的所述钢柱(2)一侧的所述梁端高强锚杆(45)上。

3.根据权利要求1所述的自复位摇摆钢框架结构，其特征在于，所述柱脚高强锚杆(31)远离所述基础件(1)的一端固定连接圆形垫片(34)，所述柱脚碟型弹簧(32)置于所述圆形垫片(34)和悬挑板(33)之间。

4.根据权利要求1或2所述的自复位摇摆钢框架结构，其特征在于，所述悬挑板(33)和钢柱(2)之间设置有多个第一支撑筋板(36)。

5.根据权利要求1所述的自复位摇摆钢框架结构，其特征在于，所述连接板(42)为两块，且对称设置于所述中间梁(5)和所述短梁(41)的腹板两侧。

6.根据权利要求5所述的自复位摇摆钢框架结构，其特征在于，所述梁端节点结构(4)还包括销轴(47)、第一高强螺栓(48)和螺栓垫板(49)；所述销轴(47)穿过所述连接板(42)和所述短梁(41)的腹板，通过所述第一高强螺栓(48)固定连接；所述螺栓垫板(49)置于所述第一高强螺栓(48)和所述连接板(42)之间。

7.根据权利要求1所述的自复位摇摆钢框架结构，其特征在于，所述弹簧挡板(44)与所述中间梁(5)之间设置有多个第二支撑筋板(48)。

8.根据权利要求1-3、5-7任一项所述的自复位摇摆钢框架结构，其特征在于，所述钢柱(2)与所述短梁(41)连接的翼缘开设有与所述梁端高强锚杆(45)对应的长孔(21)，所述长孔(21)竖直布置。

9.一种权利要求1-8中任一项所述的自复位摇摆钢框架结构的构建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、结构布置与选型：根据建筑结构功能要求、工程地质条件和概念设计初步确定钢框架结构的柱网布置和梁柱尺寸；

S2、小震分析：进行小震弹性分析，验算钢框架结构在小震作用下的承载力和弹性层间位移角是否满足《建筑抗震设计规范》的相关限值要求，如不满足要求则重复S1，重新选择梁柱尺寸；如满足要求，则计算得到柱脚的弯矩需求值和梁端的弯矩需求值；

S3、参数选择：将柱脚和梁端弯矩需求值等效为柱脚碟型弹簧和梁端碟型弹簧提供的预压弯矩，根据预压弯矩计算柱脚高强锚杆间距、梁端高强锚杆间距、柱脚碟型弹簧、梁端碟型弹簧的组合形式和柱脚碟型弹簧的预压力和梁端碟型弹簧的预压力；

S4、结构性能化设计：进行大震动力时程分析，验算钢框架结构在大震作用下是否发生屈服或屈曲，如发生则重复S3，重新调整柱脚高强锚杆间距、梁端高强锚杆间距、柱脚碟型弹簧、梁端碟型弹簧的组合形式、柱脚碟型弹簧的预压力和梁端碟型弹簧的预压力；如未发生，即钢框架在大震作用下为弹性状态，则通过拟建钢框架结构的抗震性能目标，设定钢框架结构的残余变形限值，结合计算得到的仅附加碟型弹簧的钢框架结构的滞回曲线确定转动摩擦板的设计；

S5、大震检验：重新进行大震动力时程分析，验算钢框架结构是否满足自复位性能和耗能功能，如不满足要求则重复S1、或S2、或S3、或S4；如满足要求，则完成设计。

10.根据权利要求9所述的一种自复位梁柱摩擦耗能节点结构的构建方法，其特征在于，残余变形限值为抗震性能目标值。