CN110409606A - 一种摩擦摆连接的装配式钢结构体系及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

一种摩擦摆连接的装配式钢结构体系及其设计方法，包括至少两层钢框架结构和一组摩擦摆隔震装置；每层钢框架结构的钢柱均在与下层的楼板连接处断开；摩擦摆隔震装置对应布置在两层钢框架结构钢柱之间；摩擦摆隔震装置包括上连接板和下连接板；上连接板底面中间连接有插接块，插接块底面为向下凸出的凸曲面；下连接板的顶面设有凸块，凸块的顶部设有插接槽；插接槽的底面为向下凹陷的凹曲面；插接块对应插接在插接槽中，插接块顶部高于插接槽顶部，插接块侧壁与插接槽侧壁之间留有间距。本发明解决了现有的装配式钢结构建筑的连接节点复杂，现场工作量大，施工效率低，框架结构的节点为刚性连接，框架的抗震性能相对较差的技术问题。

Description

一种摩擦摆连接的装配式钢结构体系及其设计方法
技术领域
本发明涉及建筑工程结构设计技术领域，特别是一种摩擦摆连接的装配式钢结构体系及其设计方法。
背景技术
装配式钢结构建筑因其自身的绿色设计建筑理念和施工效率高，环境污染小，可拆卸、可回收循环使用且易维护等诸多优势特性，成为现在建筑发展的一种主旋律。
目前的装配钢结构建筑大部分采用螺栓连接或焊缝连接，大多遵循“断梁不断柱，断次梁不断主梁”的原则，多个节点的现场连接，在一定程度上降低了施工效率，而且连接节点均为刚性连接，大多通过预制墙板内置的耗能构件实现减震，或通过层间设置的专用耗能构件进行耗能，但是建筑框架体系的抗震、减震性能较差，而在地震作用时，利用摩擦摆隔震支座进行耗能来减少结构损伤的这种结构设计方法和结构体系还没有相关的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种摩擦摆连接的装配式钢结构体系及其设计方法，要解决现有的装配式钢结构建筑的连接节点复杂，现场工作量大，施工效率低，框架结构的节点为刚性连接，框架的抗震性能相对较差的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种摩擦摆连接的装配式钢结构体系，包括有至少两层沿竖向叠放的钢框架结构；每层钢框架结构均包括有钢柱、钢梁和楼板；其中，钢柱有一组，沿着钢框架结构的横向和纵向间隔布置；钢梁有一组，分别对应连接在横向相邻的钢柱顶部之间和纵向相邻的钢柱顶部之间；楼板设置在一组钢梁的顶部；每层钢框架结构的钢柱均在与下层的楼板连接处断开，且相邻两层钢框架结构通过摩擦摆隔震装置连接；所述摩擦摆隔震装置有一组，分别对应布置在两层钢框架结构的钢柱之间；在上层钢框架结构的钢柱底部设置有柱底连接板；在下层钢框架结构的钢柱顶部设置有柱顶连接板，且柱顶连接板的顶面与楼板的顶面平齐；所述摩擦摆隔震装置包括有上连接板和下连接板；所述上连接板连接在柱底连接板的底部，在上连接板的底面中间连接有插接块，且插接块的底面为向下凸出的凸曲面；所述下连接板连接在柱顶连接板的顶部，在下连接板的顶面中间设置有凸块，且凸块的顶部设置有与插接块相适应的插接槽；所述插接槽的底面为向下凹陷的凹曲面；所述摩擦摆隔震装置的插接块对应插接在插接槽中，将上层钢框架结构与下层钢框架结构连接，并且插接块的顶部高于插接槽的顶部，插接块的侧壁与插接槽的侧壁之间留有间距。
优选的，所述柱底连接板上、沿着板面的四周边缘间隔开设有第一连接孔；所述上连接板的板面上、对应第一连接孔的位置处设置有第一螺栓孔，且上连接板通过穿设在第一连接孔和第一螺栓孔中的第一高强螺栓与柱底连接板连接。
优选的，所述柱顶连接板上、沿着板面的四周边缘间隔开设有第二连接孔；所述下连接板的板面上对应第二连接孔的位置处设置有第二螺栓孔，且下连接板通过穿设在第二连接孔和第二螺栓孔中的第二高强螺栓与柱顶连接板连接。
优选的，所述凸块的顶部、位于插接槽的周围设置有环形板，且环形板的外边缘超出凸块的外侧面。
优选的，所述插接块的顶部超出环形板的顶部，并且超出部位的高度为5mm~60mm；所述插接块的侧壁与插接槽侧壁之间的间距为5mm~1000mm。
优选的，所述插接槽的底面沿径向连续设置一组摩擦系数均不相同的环形的摩擦带，且一组摩擦带均以插接槽的底面中心为圆心；一组摩擦带的摩擦系数由插接槽的底面中心到底面边沿逐步增大。
优选的，所述摩擦带的材料采用酚醛树脂材料或者采用高性能碳纤维摩擦材料或者采用黄铜。
一种摩擦摆连接的装配式钢结构体系的设计方法，分为多遇地震设计、设防地震设计和罕遇地震设计三个阶段进行；包括步骤如下。
步骤一，初步确定结构体系的各个参数：该参数包括有每层钢框架结构的尺寸，每层钢框架结构中钢梁的尺寸、钢柱的尺寸、楼板的尺寸，确定摩擦摆隔震装置的型号、插接槽底面的曲率半径R1、插接块底面的曲率半径R2，插接块与插接槽发生滑动时插接块的起滑力Fsi，插接块与插接槽无滑动时插接块的初始刚度Ki，插接块与插接槽发生滑动时插接块的等效刚度Keff，插接块与插接槽之间发生相对滑动位移小于30mm时的小位移摩擦系数u1，插接块与插接槽之间发生相对滑动位移大于60mm时的大位移摩擦系数μ2，插接槽的竖向刚度Kv、插接块与插接槽之间相对滑动最大位移行程L，插接槽的最大承受轴力Nmax；其中，i为相邻两层钢框架结构中钢柱的节点编号。
初始刚度：Ki=12EI/h3，其中E为材料弹性模量，I为摩擦摆隔震装置的截面惯性距，h为摩擦摆隔震装置的高度。
起滑力Fsi：Fsi=1.4×μNi，其中μ为摩擦系数，依据选择摩擦带的材料进行确定，Ni为第i个节点位置处层中上层钢框架结构的钢柱的轴力，取结构体系在自重作用下钢柱的轴力和高强螺栓的预拉力P，预拉力P取高强螺栓设计预拉力。
最大相对位移行程L：根据钢柱的截面尺寸和插接块与插接槽之间的实际最大滑移量确定，取30~60mm。
最大承受轴力Nmax：Nmax=f×S，其中，f为钢材抗压强度设计值，S为插接块与插接槽的接触面积。
步骤二，按照步骤一中初步确定的各个参数对结构体系进行建模，在模型中相邻两层钢框架结构中的钢柱之间断开，采用连接单元进行连接；考虑相邻两层钢框架结构中的钢柱之间的摩擦连接作用， 将步骤一中确定的上下层钢框架结构的钢柱摩擦连接的起滑力FS、初始刚度Ki、等效刚度Keff、小位移摩擦系数u1、大位移摩擦系数u2、竖向刚度Kv和最大承受轴力Nmax输入模型中的连接单元上；其中，连接单元为摩擦摆隔震装置。
步骤三，运用有限元分析软件对结构体系进行多遇地震作用下结构体系的分析；具体分析方法包括步骤如下。
步骤1，在模型中提取多遇地震作用下每层钢框架结构中单根钢柱底部的轴向压力值N多遇ci，并验证轴向压力值N多遇ci是否满足下列公式要求：
0＜N多遇ci＜Nmax ；
若0＜N多遇ci＜Nmax 继续步骤2的过程；
若N多遇ci≥Nmax；在步骤一中更换摩擦摆隔震装置的型号，调整插接槽的竖向刚度Kv，并且重复步骤一至步骤1的过程，直至满足要求后继续步骤2的过程。
步骤2，若步骤1中的轴向压力值N多遇i满足要求，在模型中提取多遇地震作用下每根钢柱底部插接块与插接槽接触面处产生的剪力V多遇i，判断该剪力V多遇i是否小于插接块与插接槽发生滑动时的起滑力Fsi；
若V多遇i＞Fsi，多遇地震作用下插接块与插接槽进行滑移，继续步骤3的过程；
若V多遇i≤Fsi，在步骤一中更换摩擦摆隔震装置的型号，并调整起滑力Fsi，重复步骤一至步骤2的过程，直至满足要求后继续步骤3的过程。
步骤3，在模型中提取摩擦摆隔震装置的插接块与插接槽之间发生相对滑动位移△u多遇1i，并验证最大相对滑移行程△u多遇1i是否小于插接块与插接槽之间相对滑动最大位移行程L ；
若△u多遇1i＜L，继续步骤4的过程；
若△u多遇1i≥L，在步骤一中调整插接块与插接槽之间相对滑动最大位移行程L或摩擦摆隔震装置的刚度或者调整钢梁和/或钢柱的截面，并且重复步骤一至步骤3的过程，直至满足要求后继续步骤4的过程。
步骤4，在模型中提取钢框架结构的每根钢柱上下两端的最大水平相对位移△u多遇2i，并验证层间位移角θ多遇i否小于对应地震作用下的层间位移角限值1/250；其中，层间位移角θ多遇i=△u多遇2i/H， H为每层钢框架结构中钢柱的高度；
若θ多遇i＜1/250，继续步骤5的过程；
若θ多遇i≥1/250，在步骤一中调整每层钢框架结构的钢梁和/或钢柱的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤4的过程，直至满足要求后继续步骤5的过程。
步骤5，在模型中提取出构件的应力f多遇e，并验证构件的应力f多遇e是否小于构件的抗震承载力设计值，即f多遇e是否小于f/0.75，其中f为钢材强度设计值；所述构件包括钢梁和钢柱；
若f多遇e＜f/0.75，继续步骤6的过程；
若f多遇e≥f/0.75，在步骤一中调整每层钢框架结构的钢梁和/或钢柱的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤5的过程，直至满足要求后继续步骤6的过程。
步骤6：根据每个摩擦摆隔震装置的弯矩M和起滑力Fsi，按照下列公式进行第一高强螺栓和第二高强螺栓的数量和规格设计；其中M=Fsi×h，h为钢柱的高度；
高强螺栓数量：n=Fsi/（0.9×0.35×Pt），其中Pt为高强螺栓预拉力设计值；
高强螺栓规格：Nt =（M×ymax）/（∑yi）＜Nt b ，其中yi为高强螺栓距摩擦摆隔震装置中心线距离，Nt b =0.8Pt，ymax为高强螺栓距摩擦摆隔震装置中心线的最大距离。
步骤四，运用有限元分析软件对结构体系进行设防地震作用下结构体系的分析；具体分析方法包括步骤如下。
步骤Ⅰ，在模型中提取设防地震作用下每层钢框架结构中单根钢柱底部的轴向压力值N设防ci，并验证轴向压力值N设防ci是否满足下列公式要求：0＜N设防ci＜Nmax ；
若0＜N设防ci＜Nmax 继续步骤Ⅱ的过程；
若N设防ci≥Nmax；在步骤一中更换摩擦摆隔震装置的型号，调整插接槽的竖向刚度Kv，并且重复步骤一至步骤Ⅰ的过程，直至满足要求后继续步骤Ⅱ的过程。
步骤Ⅱ，在模型中提取摩擦摆隔震装置的插接块与插接槽之间发生相对滑动位移△u设防1i，并验证最大相对滑移行程△u设防1i是否小于插接块与插接槽之间相对滑动最大位移行程L ；
若△u设防1i＜L，继续步骤Ⅲ的过程；
若△u设防1i≥L，在步骤一中调整插接块与插接槽之间相对滑动最大位移行程L或调整摩擦摆隔震装置的刚度或者调整钢梁和/或钢柱的截面，并且重复步骤一至步骤Ⅱ的过程，直至满足要求后继续步骤Ⅲ的过程。
步骤Ⅲ，在模型中提取钢框架结构的每根钢柱上下两端的最大水平相对位移△u设防2i，并验证层间位移角θ设防i是否小于对应地震作用下的层间位移角限值1/125；其中，层间位移角θ设防i=△u设防2i/H， H为每层钢框架结构中钢柱的高度；
若θ设防i＜1/125，继续步骤Ⅳ的过程；
若θ设防i≥1/125，在步骤一中调整每层钢框架结构的钢梁和/或钢柱的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤Ⅲ的过程，直至满足要求后继续步骤Ⅳ的过程。
步骤Ⅳ，在模型中提取出构件的应力f设防e，并验证构件的应力f设防e是否小于构件的屈服强度，即f设防e是否小于fy，其中fy为钢材屈服强度设计值；所述构件包括钢梁和钢柱；
若f设防e＜fy，继续步骤五的过程；
若f设防e≥fy，构件此时进入屈服，在步骤一中调整插接块与插接槽发生滑动时插接块的起滑力Fsi或者调整每层钢结构框架的钢梁和/或钢柱的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤Ⅳ的过程，直至满足要求后继续步骤五的过程。
步骤五，运用有限元分析软件对结构体系进行罕遇地震作用下结构体系的分析，具体分析方法包括步骤如下。
步骤ⅰ，在模型中提取罕遇地震作用下每层钢框架结构中单根钢柱底部的轴向压力值N罕遇ci，并验证轴向压力值N罕遇ci是否满足下列公式要求：
0＜N罕遇ci＜Nmax；
若0＜N罕遇ci＜Nmax，继续步骤ii的过程；
若N罕遇ci≥Nmax；在步骤一中更换摩擦摆隔震装置的型号，调整插接槽的竖向刚度Kv，并且重复步骤一至步骤ⅰ的过程，直至满足要求后继续步骤ii的过程。
步骤ii，在模型中提取摩擦摆隔震装置的插接块与插接槽之间发生相对滑动位移△u罕遇1i，并验证最大相对滑移行程△u罕遇1i是否小于插接块与插接槽之间相对滑动最大位移行程L ；
若△u罕遇1i＜L，继续步骤ⅲ的过程；
若△u罕遇1i≥L，在步骤一中调整插接块与插接槽发生滑动时插接块的起滑力Fsi或者调整插接块与插接槽之间相对滑动最大位移行程L或调整摩擦摆隔震装置的刚度或者调整钢梁和/或钢柱的截面，并且重复步骤一至步骤ii的过程，直至满足要求后继续步骤ⅲ的过程。
步骤ⅲ，在模型中提取钢框架结构的每根钢柱上下两端的最大水平相对位移△u罕遇2i，并验证层间位移角θ罕遇i否小于对应地震作用下的层间位移角限值1/60；其中，层间位移角θ罕遇i=△u罕遇2i/H，H为每层钢框架结构中钢柱的高度；
若θ罕遇i＜1/60，继续步骤ⅳ的过程；
若θ罕遇i≥1/60，在步骤一中调整钢梁和/或钢柱的截面，并且重复步骤一至步骤ⅲ的过程，直至满足要求后继续步骤ⅳ的过程。
步骤ⅳ，在模型中提取出钢结构体系的基底总剪力VS和基底倾覆弯矩MS，验证基底总剪力VS是否小于基础抗剪承载力VR；基底倾覆弯矩MS是否小于基础抗倾覆弯矩承载力MR；
若VS＜VR，且MS＜MR，继续步骤ⅴ的过程；
若MS≥MR或者VS≥VR，在步骤一中调整结构中钢梁和/或钢柱的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤ⅳ的过程，直至满足要求后继续步骤ⅴ的过程。
步骤ⅴ，在模型的钢结构体系中提取出塑性铰的数量，并评估该钢结构体系在罕遇地震下的抗震性能：对同层钢框架结构内钢梁和钢柱形成的塑性铰与钢梁和钢柱的节点总数量的比例Q进行统计，判断是否满足Q＜20%；
若Q＜20%，设计结束；
若Q≥20%，调整摩擦摆隔震装置的型号，调整插接块与插接槽发生滑动时插接块的起滑力Fsi或者调整钢梁和/或钢柱的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤ⅴ的过程，直至满足要求设计完毕。
优选的，插接槽的竖向刚度Kv的调整方法为调整插接槽的半径；起滑力Fsi调整方法为调整摩擦带的摩擦系数。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
1、本发明中的摩擦摆连接的装配式钢结构体系是一种高度工业化的装配式建筑，层与层之间通过设置在每层上下钢柱之间的摩擦摆隔震装置进行连接；摩擦摆隔震装置具有较强承载力和复位能力及减隔震优势，能够延长上部建筑物的自振周期，减少地震作用对上部结构的影响，隔震效果明显。
2、相比传统隔震技术，本发明不需考虑橡胶老化、防火等问题；该摩擦摆连接的装配式钢结构体系将摩擦摆隔震装置应用于装配式钢结构建筑的柱与柱连接中，并且摩擦摆隔震装置与上下钢柱之间采用高强螺栓连接，在极大减少现场施工工期和现场大量人力物力的同时，提高了结构的抗震性能，具有广阔的应用前景，弥补了目前针对该体系的设计方法还属空白的缺陷。
3、本发明体系中的摩擦摆隔震装置通过插接块与插接槽之间的滑动耗散地震能量，并阻止地震波向上一层钢框架结构传递，减小了结构的地震作用，提高了结构的抗震性能，并且摩擦摆隔震装置构造简单，震后容易修复，具有良好的使用性能。
4、本发明中的摩擦摆连接的装配式钢结构体系设计方法，完善了结构体系设计方法，保证了工业化装配式钢框架摩擦摆隔震结构体系受力性能，促进该体系的推广应用。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的摩擦摆连接的装配式钢结构体系整体结构示意图。
图2是本发明的摩擦摆连接的装配式钢结构体系中相邻两层钢框架结构断开的结构示意图。
图3是本发明中相邻两层钢框架结构连接节点结构示意图。
图4是本发明中摩擦摆隔震装置的结构示意图。
图5是本发明中钢柱底部设置柱底连接板的结构示意图。
图6是本发明中钢柱顶部设置柱顶连接板的结构示意图。
图7是本发明中插接槽中设置摩擦带的结构示意图。
附图标记：1－钢柱、2－钢梁、3－楼板、4－摩擦摆隔震装置、4.1－上连接板、4.2－下连接板、4.3－插接块、4.4－凸块、4.5－插接槽、4.6－环形板、5－柱底连接板、6－柱顶连接板、7－摩擦带、8－第一螺栓孔、9－第一高强螺栓、10－第二高强螺栓、11－第二螺栓孔、12－第一连接孔、13－第二连接孔。
具体实施方式
如图1-7所示，这种摩擦摆连接的装配式钢结构体系，包括有至少两层沿竖向叠放的钢框架结构；多个相同的钢框架结构上下相互装配而成；每层钢框架结构均包括有钢柱1、钢梁2和楼板3；其中，钢柱1有一组，沿着钢框架结构的横向和纵向间隔布置；钢梁2有一组，分别对应连接在横向相邻的钢柱1顶部之间和纵向相邻的钢柱1顶部之间；楼板3设置在一组钢梁2的顶部；每层钢框架结构的钢柱1均在与下层的楼板3连接处断开，且相邻两层钢框架结构通过摩擦摆隔震装置4连接；所述摩擦摆隔震装置4有一组，分别对应布置在两层钢框架结构的钢柱1之间；在上层钢框架结构的钢柱1底部设置有柱底连接板5；在下层钢框架结构的钢柱1顶部设置有柱顶连接板6，且柱顶连接板6的顶面与楼板3的顶面平齐；所述摩擦摆隔震装置4包括有上连接板4.1和下连接板4.2；所述上连接板4.1连接在柱底连接板5的底部，在上连接板4.1的底面中间连接有插接块4.3，且插接块4.3的底面为向下凸出的凸曲面；所述下连接板4.2连接在柱顶连接板6的顶部，在下连接板4.2的顶面中间设置有凸块4.4，且凸块4.4的顶部设置有与插接块4.3相适应的插接槽4.5；所述插接槽4.5的底面为向下凹陷的凹曲面；所述摩擦摆隔震装置4的插接块4.3对应插接在插接槽4.5中，将上层钢框架结构与下层钢框架结构连接，并且插接块4.3的顶部高于插接槽4.5的顶部，插接块4.3的侧壁与插接槽4.5的侧壁之间留有间距。
本实施例中，所述柱底连接板5上、沿着板面的四周边缘间隔开设有第一连接孔12；所述上连接板4.1的板面上、对应第一连接孔12的位置处设置有第一螺栓孔8，且上连接板4.1通过穿设在第一连接孔12和第一螺栓孔8中的第一高强螺栓9与柱底连接板5连接。
本实施例中，所述柱顶连接板6上、沿着板面的四周边缘间隔开设有第二连接孔13；所述下连接板4.2的板面上对应第二连接孔13的位置处设置有第二螺栓孔11，且下连接板4.2通过穿设在第二连接孔13和第二螺栓孔11中的第二高强螺栓10与柱顶连接板6连接。
本实施例中，所述凸块4.4的顶部、位于插接槽4.5的周围设置有环形板4.6，且环形板4.6的外边缘超出凸块4.4的外侧面。
本实施例中，所述插接块4.3的顶部超出环形板4.6的顶部，并且超出部位的高度为5mm~60mm；所述插接块4.3的侧壁与插接槽4.5侧壁之间的间距为5mm~1000mm。
本实施例中，所述插接槽4.5的底面沿径向连续设置一组摩擦系数均不相同的环形的摩擦带7，且一组摩擦带7均以插接槽4.5的底面中心为圆心；一组摩擦带7的摩擦系数由插接槽4.5的底面中心到底面边沿逐步增大。
本实施例中，所述摩擦带7的材料采用酚醛树脂材料或者采用高性能碳纤维摩擦材料或者采用黄铜，在地震作用下插接块4.3发生侧向滑移时，摩擦摆隔震装置4克服摩擦力产生滑动，消耗地震能量并阻止地震波向上部结构传递，提高结构的抗震性能。
本实施例中，在钢梁2之间还连接有次梁；钢梁2与钢柱1之间可以采用全焊连接或者栓焊混合连接或者全螺栓连接等刚性连接方式，次梁与钢梁2之间可采用铰接连接方式。
本实施例中，每个层框架结构中的钢柱1呈矩形布置，相邻钢柱1之间的距离为6～10m，钢柱1的两端分别设置有柱顶连接板6和柱底连接板5，分别与摩擦摆隔震装置4可拆卸连接。
本实施例中，钢梁2和钢柱1为工厂预制构件，楼板3可以选用预制楼板或者叠合楼板或者现浇混凝土楼板，运送至施工现场后，可以在地面进行组装形成单层的层框架结构，然后整体吊放至施工位置，通过摩擦摆隔震装置4，将上下相邻的层框架结构连接；也可以根据吊装能力，采取各预制构件单独吊装然后拼接的方式，将钢柱1两端分别焊接柱顶连接板6和柱底连接板5后吊装至施工位置后固定，吊放钢梁2至钢柱1上部，校正位置后与钢柱1固定连接，然后逐个连接钢梁2，形成层框架结构；进行楼板3的施工；然后将摩擦摆隔震装置4与钢柱1顶部的柱顶连接板6固定，按照相同的方式，将上方的层框架结构的钢柱1吊放至设计位置，将其底部的柱底连接板5与摩擦摆隔震装置4连接固定，然后完成上方的层框架结构的设置。
本实施例中，这种摩擦摆连接的装配式钢结构体系的设计目标为多遇地震作用下摩擦摆隔震装置4进行滑动，控制层间最大位移角小于1/250，结构体系完好，满足小震作用下强度和变形的结构性能指标，保证小震不坏的性能化设计要求。设防地震作用下摩擦摆隔震装置4进行滑动，控制层间最大位移角小于1/125，结构体系轻微破坏，结构构件简单修理后继续使用，无需更换摩擦摆隔震装置4，保证中震可修的性能化设计要求。罕遇地震作用下摩擦摆隔震装置4进行滑动，控制层间最大位移角小于1/60，结构体系具有轻微至中等破坏，结构构件修复后继续使用，根据检修情况确定是否更换摩擦摆隔震装置4，保证大震不倒的性能化设计要求；为达到上述性能化设计目标，针对该体系提出了多遇地震、设防地震和罕遇地震三阶段设计方法。
这种摩擦摆连接的装配式钢结构体系的设计方法，包括步骤如下。
步骤一，初步确定结构体系的各个参数：该参数包括有每层钢框架结构的尺寸，每层钢框架结构中钢梁2的尺寸、钢柱1的尺寸、楼板3的尺寸，确定摩擦摆隔震装置4的型号、插接槽4.5底面的曲率半径R1、插接块4.3底面的曲率半径R2，插接块4.3与插接槽4.5发生滑动时插接块4.3的起滑力Fsi，插接块4.3与插接槽4.5无滑动时插接块4.3的初始刚度Ki，插接块4.3与插接槽4.5发生滑动时插接块4.3的等效刚度Keff，插接块4.3与插接槽4.5之间发生相对滑动位移小于30mm时的小位移摩擦系数u1，插接块4.3与插接槽4.5之间发生相对滑动位移大于60mm时的大位移摩擦系数μ2，插接槽4.5的竖向刚度Kv、插接块4.3与插接槽4.5之间相对滑动最大位移行程L，插接槽4.5的最大承受轴力Nmax；其中，i为相邻两层钢框架结构中钢柱1的节点编号。
初始刚度：Ki=12EI/h3，其中E为材料弹性模量，I为摩擦摆隔震装置4的截面惯性距，h为摩擦摆隔震装置4的高度。
起滑力Fsi：Fsi=1.4×μNi，其中μ为摩擦系数，依据选择摩擦带7的材料进行确定，Ni为第i个节点位置处层中上层钢框架结构的钢柱1的轴力，取结构体系在自重作用下钢柱1的轴力和高强螺栓的预拉力P，预拉力P取高强螺栓设计预拉力。
最大相对位移行程L：根据钢柱1的截面尺寸和插接块4.3与插接槽4.5之间的实际最大滑移量确定，取30~60mm。
最大承受轴力Nmax：Nmax=fS，其中，f为钢材抗压强度设计值，S为插接块4.3与插接槽4.5的接触面积。
步骤二，按照步骤一中初步确定的各个参数对结构体系进行建模，在模型中相邻两层钢框架结构中的钢柱1之间断开，采用连接单元进行连接；考虑相邻两层钢框架结构中的钢柱1之间的摩擦连接作用， 将步骤一中确定的上下层钢框架结构的钢柱1摩擦连接的起滑力FS、初始刚度Ki、等效刚度Keff、小位移摩擦系数u1、大位移摩擦系数u2、竖向刚度Kv和最大承受轴力Nmax输入模型中的连接单元上；其中，连接单元为摩擦摆隔震装置4。
步骤三，运用有限元分析软件对结构体系进行多遇地震作用下结构体系的分析；具体分析方法包括步骤如下。
步骤1，在模型中提取多遇地震作用下每层钢框架结构中单根钢柱1底部的轴向压力值N多遇ci，并验证轴向压力值N多遇ci是否满足下列公式要求：
0＜N多遇ci＜Nmax ；
若0＜N多遇ci＜Nmax 继续步骤2的过程；
若N多遇ci≥Nmax；在步骤一中更换摩擦摆隔震装置4的型号，调整插接槽4.5的竖向刚度Kv，并且重复步骤一至步骤1的过程，直至满足要求后继续步骤2的过程。
步骤2，若步骤1中的轴向压力值N多遇i满足要求，在模型中提取多遇地震作用下每根钢柱1底部插接块4.3与插接槽4.5接触面处产生的剪力V多遇i，判断该剪力V多遇i是否小于插接块4.3与插接槽4.5发生滑动时的起滑力Fsi；
若V多遇i＞Fsi，多遇地震作用下插接块4.3与插接槽4.5进行滑移，继续步骤3的过程；
若V多遇i≤Fsi，在步骤一中更换摩擦摆隔震装置4的型号，并调整起滑力Fsi，重复步骤一至步骤2的过程，直至满足要求后继续步骤3的过程。
步骤3，在模型中提取摩擦摆隔震装置4的插接块4.3与插接槽4.5之间发生相对滑动位移△u多遇1i，并验证最大相对滑移行程△u多遇1i是否小于插接块4.3与插接槽4.5之间相对滑动最大位移行程L ；
若△u多遇1i＜L，继续步骤4的过程；
若△u多遇1i≥L，在步骤一中调整插接块4.3与插接槽4.5之间相对滑动最大位移行程L或摩擦摆隔震装置4的刚度或者调整钢梁2和/或钢柱1的截面，并且重复步骤一至步骤3的过程，直至满足要求后继续步骤4的过程。
步骤4，在模型中提取钢框架结构的每根钢柱1上下两端的最大水平相对位移△u多遇2i，并验证层间位移角θ多遇i否小于对应地震作用下的层间位移角限值1/250；其中，层间位移角θ多遇i=△u多遇2i/H， H为每层钢框架结构中钢柱1的高度；
若θ多遇i＜1/250，继续步骤5的过程；
若θ多遇i≥1/250，在步骤一中调整每层钢框架结构的钢梁2和/或钢柱1的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤4的过程，直至满足要求后继续步骤5的过程。
步骤5，在模型中提取出构件的应力f多遇e，并验证构件的应力f多遇e是否小于构件的抗震承载力设计值，即f多遇e是否小于f/0.75，其中f为钢材强度设计值；所述构件包括钢梁2和钢柱1；
若f多遇e＜f/0.75，继续步骤6的过程；
若f多遇e≥f/0.75，在步骤一中调整每层钢框架结构的钢梁2和/或钢柱1的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤5的过程，直至满足要求后继续步骤6的过程。
步骤6：根据每个摩擦摆隔震装置4的弯矩M和起滑力Fsi，按照下列公式进行第一高强螺栓9和第二高强螺栓10的数量和规格设计；其中M=Fsi×h，h为钢柱1的高度；
高强螺栓数量：n=Fsi/（0.9×0.35×Pt），其中Pt为高强螺栓预拉力设计值；
高强螺栓规格：Nt =（M×ymax）/∑yi＜Nt b ，其中yi为高强螺栓距摩擦摆隔震装置4中心线距离，Nt b =0.8Pt，ymax为高强螺栓距摩擦摆隔震装置4中心线的最大距离。
步骤四，运用有限元分析软件对结构体系进行设防地震作用下结构体系的分析；具体分析方法包括步骤如下。
步骤Ⅰ，在模型中提取设防地震作用下每层钢框架结构中单根钢柱1底部的轴向压力值N设防ci，并验证轴向压力值N设防ci是否满足下列公式要求：
0＜N设防ci＜Nmax ；
若0＜N设防ci＜Nmax 继续步骤Ⅱ的过程；
若N设防ci≥Nmax；在步骤一中更换摩擦摆隔震装置4的型号，调整插接槽4.5的竖向刚度Kv，并且重复步骤一至步骤Ⅰ的过程，直至满足要求后继续步骤Ⅱ的过程。
步骤Ⅱ，在模型中提取摩擦摆隔震装置4的插接块4.3与插接槽4.5之间发生相对滑动位移△u设防1i，并验证最大相对滑移行程△u设防1i是否小于插接块4.3与插接槽4.5之间相对滑动最大位移行程L ；
若△u设防1i＜L，继续步骤Ⅲ的过程；
若△u设防1i≥L，在步骤一中调整插接块4.3与插接槽4.5之间相对滑动最大位移行程L或调整摩擦摆隔震装置4的刚度或者调整钢梁2和/或钢柱1的截面，并且重复步骤一至步骤Ⅱ的过程，直至满足要求后继续步骤Ⅲ的过程。
步骤Ⅲ，在模型中提取钢框架结构的每根钢柱1上下两端的最大水平相对位移△u设防2i，并验证层间位移角θ设防i是否小于对应地震作用下的层间位移角限值1/125；其中，层间位移角θ设防i=△u设防2i/H， H为每层钢框架结构中钢柱1的高度；
若θ设防i＜1/125，继续步骤Ⅳ的过程；
若θ设防i≥1/125，在步骤一中调整每层钢框架结构的钢梁2和/或钢柱1的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤Ⅲ的过程，直至满足要求后继续步骤Ⅳ的过程。
步骤Ⅳ，在模型中提取出构件的应力f设防e，并验证构件的应力f设防e是否小于构件的屈服强度，即f设防e是否小于fy，其中fy为钢材屈服强度设计值；所述构件包括钢梁2和钢柱1；
若f设防e＜fy，继续步骤五的过程；
若f设防e≥fy，构件此时进入屈服，在步骤一中调整插接块4.3与插接槽4.5发生滑动时插接块4.3的起滑力Fsi或者调整每层钢结构框架的钢梁2和/或钢柱1的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤Ⅳ的过程，直至满足要求后继续步骤五的过程。
步骤五，运用有限元分析软件对结构体系进行罕遇地震作用下结构体系的分析，具体分析方法包括步骤如下。
步骤ⅰ，在模型中提取罕遇地震作用下每层钢框架结构中单根钢柱1底部的轴向压力值N罕遇ci，并验证轴向压力值N罕遇ci是否满足下列公式要求：0＜N罕遇ci＜Nmax；
若0＜N罕遇ci＜Nmax，继续步骤ii的过程；
若N罕遇ci≥Nmax；在步骤一中更换摩擦摆隔震装置4的型号，调整插接槽4.5的竖向刚度Kv，并且重复步骤一至步骤ⅰ的过程，直至满足要求后继续步骤ii的过程。
步骤ii，在模型中提取摩擦摆隔震装置4的插接块4.3与插接槽4.5之间发生相对滑动位移△u罕遇1i，并验证最大相对滑移行程△u罕遇1i是否小于插接块4.3与插接槽4.5之间相对滑动最大位移行程L ；
若△u罕遇1i＜L，继续步骤ⅲ的过程；
若△u罕遇1i≥L，在步骤一中调整插接块4.3与插接槽4.5发生滑动时插接块4.3的起滑力Fsi或者调整插接块4.3与插接槽4.5之间相对滑动最大位移行程L或调整摩擦摆隔震装置4的刚度或者调整钢梁2和/或钢柱1的截面，并且重复步骤一至步骤ii的过程，直至满足要求后继续步骤ⅲ的过程。
步骤ⅲ，在模型中提取钢框架结构的每根钢柱1上下两端的最大水平相对位移△u罕遇2i，并验证层间位移角θ罕遇i否小于对应地震作用下的层间位移角限值1/60；其中，层间位移角θ罕遇i=△u罕遇2i/H，H为每层钢框架结构中钢柱1的高度；
若θ罕遇i＜1/60，继续步骤ⅳ的过程；
若θ罕遇i≥1/60，在步骤一中调整钢梁2和/或钢柱1的截面，并且重复步骤一至步骤ⅲ的过程，直至满足要求后继续步骤ⅳ的过程。
步骤ⅳ，在模型中提取出钢结构体系的基底总剪力VS和基底倾覆弯矩MS，验证基底总剪力VS是否小于基础抗剪承载力VR；基底倾覆弯矩MS是否小于基础抗倾覆弯矩承载力MR；
若VS＜VR，且MS＜MR，继续步骤ⅴ的过程；
若MS≥MR或者VS≥VR，在步骤一中调整结构中钢梁2和/或钢柱1的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤ⅳ的过程，直至满足要求后继续步骤ⅴ的过程。
步骤ⅴ，在模型的钢结构体系中提取出塑性铰的数量，并评估该钢结构体系在罕遇地震下的抗震性能：对同层钢框架结构内钢梁2和钢柱1形成的塑性铰与钢梁2和钢柱1的节点总数量的比例Q进行统计，判断是否满足Q＜20%；
若Q＜20%，设计结束；
若Q≥20%，调整摩擦摆隔震装置4的型号，调整插接块4.3与插接槽4.5发生滑动时插接块4.3的起滑力Fsi或者调整钢梁2和/或钢柱1的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤ⅴ的过程，直至满足要求设计完毕。
本实施例中，插接槽4.5的竖向刚度Kv的调整方法为调整插接槽4.5的半径；起滑力Fsi调整方法为调整摩擦带7的摩擦系数。
上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种摩擦摆连接的装配式钢结构体系，包括有至少两层沿竖向叠放的钢框架结构；每层钢框架结构均包括有钢柱（1）、钢梁（2）和楼板（3）；其中，钢柱（1）有一组，沿着钢框架结构的横向和纵向间隔布置；钢梁（2）有一组，分别对应连接在横向相邻的钢柱（1）顶部之间和纵向相邻的钢柱（1）顶部之间；楼板（3）设置在一组钢梁（2）的顶部；其特征在于：每层钢框架结构的钢柱（1）均在与下层的楼板（3）连接处断开，且相邻两层钢框架结构通过摩擦摆隔震装置（4）连接；所述摩擦摆隔震装置（4）有一组，分别对应布置在两层钢框架结构的钢柱（1）之间；在上层钢框架结构的钢柱（1）底部设置有柱底连接板（5）；在下层钢框架结构的钢柱（1）顶部设置有柱顶连接板（6），且柱顶连接板（6）的顶面与楼板（3）的顶面平齐；所述摩擦摆隔震装置（4）包括有上连接板（4.1）和下连接板（4.2）；所述上连接板（4.1）连接在柱底连接板（5）的底部，在上连接板（4.1）的底面中间连接有插接块（4.3），且插接块（4.3）的底面为向下凸出的凸曲面；所述下连接板（4.2）连接在柱顶连接板（6）的顶部，在下连接板（4.2）的顶面中间设置有凸块（4.4），且凸块（4.4）的顶部设置有与插接块（4.3）相适应的插接槽（4.5）；所述插接槽（4.5）的底面为向下凹陷的凹曲面；所述摩擦摆隔震装置（4）的插接块（4.3）对应插接在插接槽（4.5）中，将上层钢框架结构与下层钢框架结构连接，并且插接块（4.3）的顶部高于插接槽（4.5）的顶部，插接块（4.3）的侧壁与插接槽（4.5）的侧壁之间留有间距。
2.根据权利要求1所述的摩擦摆连接的装配式钢结构体系，其特征在于：所述柱底连接板（5）上、沿着板面的四周边缘间隔开设有第一连接孔（12）；所述上连接板（4.1）的板面上、对应第一连接孔（12）的位置处设置有第一螺栓孔（8），且上连接板（4.1）通过穿设在第一连接孔（12）和第一螺栓孔（8）中的第一高强螺栓（9）与柱底连接板（5）连接。
3.根据权利要求1所述的摩擦摆连接的装配式钢结构体系，其特征在于：所述柱顶连接板（6）上、沿着板面的四周边缘间隔开设有第二连接孔（13）；所述下连接板（4.2）的板面上对应第二连接孔（13）的位置处设置有第二螺栓孔（11），且下连接板（4.2）通过穿设在第二连接孔（13）和第二螺栓孔（11）中的第二高强螺栓（10）与柱顶连接板（6）连接。
4.根据权利要求1所述的摩擦摆连接的装配式钢结构体系，其特征在于：所述凸块（4.4）的顶部、位于插接槽（4.5）的周围设置有环形板（4.6），且环形板（4.6）的外边缘超出凸块（4.4）的外侧面。
5.根据权利要求4所述的摩擦摆连接的装配式钢结构体系，其特征在于：所述插接块（4.3）的顶部超出环形板（4.6）的顶部，并且超出部位的高度为5mm~60mm；所述插接块（4.3）的侧壁与插接槽（4.5）侧壁之间的间距为5mm~1000mm。
6.根据权利要求1所述的摩擦摆连接的装配式钢结构体系，其特征在于：所述插接槽（4.5）的底面沿径向连续设置一组摩擦系数均不相同的环形的摩擦带（7），且一组摩擦带（7）均以插接槽（4.5）的底面中心为圆心；一组摩擦带（7）的摩擦系数由插接槽（4.5）的底面中心到底面边沿逐步增大。
7.根据权利要求6所述的摩擦摆连接的装配式钢结构体系，其特征在于：所述摩擦带（7）的材料采用酚醛树脂材料或者采用高性能碳纤维摩擦材料或者采用黄铜。
8.一种权利要求1-7中任意一项所述的摩擦摆连接的装配式钢结构体系的设计方法，分为多遇地震设计、设防地震设计和罕遇地震设计三个阶段进行；其特征在于，包括步骤如下：
步骤一，初步确定结构体系的各个参数：该参数包括有每层钢框架结构的尺寸，每层钢框架结构中钢梁（2）的尺寸、钢柱（1）的尺寸、楼板（3）的尺寸，确定摩擦摆隔震装置（4）的型号、插接槽（4.5）底面的曲率半径R1、插接块（4.3）底面的曲率半径R2，插接块（4.3）与插接槽（4.5）发生滑动时插接块（4.3）的起滑力Fsi，插接块（4.3）与插接槽（4.5）无滑动时插接块（4.3）的初始刚度Ki，插接块（4.3）与插接槽（4.5）发生滑动时插接块（4.3）的等效刚度Keff，插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间发生相对滑动位移小于30mm时的小位移摩擦系数u1，插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间发生相对滑动位移大于60mm时的大位移摩擦系数μ2，插接槽（4.5）的竖向刚度Kv、插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间相对滑动最大位移行程L，插接槽（4.5）的最大承受轴力Nmax；其中，i为相邻两层钢框架结构中钢柱（1）的节点编号；
初始刚度：Ki=12EI/h3，其中E为材料弹性模量，I为摩擦摆隔震装置（4）的截面惯性距，h为摩擦摆隔震装置（4）的高度；
起滑力Fsi：Fsi=1.4×μNi，其中μ为摩擦系数，依据选择摩擦带（7）的材料进行确定，Ni为第i个节点位置处层中上层钢框架结构的钢柱（1）的轴力，取结构体系在自重作用下钢柱（1）的轴力和高强螺栓的预拉力P，预拉力P取高强螺栓设计预拉力；
最大相对位移行程L：根据钢柱（1）的截面尺寸和插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间的实际最大滑移量确定，取30~60mm；
最大承受轴力Nmax：Nmax=f×S，其中，f为钢材抗压强度设计值，S为插接块（4.3）与插接槽（4.5）的接触面积；
步骤二，按照步骤一中初步确定的各个参数对结构体系进行建模，在模型中相邻两层钢框架结构中的钢柱（1）之间断开，采用连接单元进行连接；考虑相邻两层钢框架结构中的钢柱（1）之间的摩擦连接作用， 将步骤一中确定的上下层钢框架结构的钢柱（1）摩擦连接的起滑力FS、初始刚度Ki、等效刚度Keff、小位移摩擦系数u1、大位移摩擦系数u2、竖向刚度Kv和最大承受轴力Nmax输入模型中的连接单元上；其中，连接单元为摩擦摆隔震装置（4）；
步骤三，运用有限元分析软件对结构体系进行多遇地震作用下结构体系的分析；具体分析方法包括步骤如下：
步骤1，在模型中提取多遇地震作用下每层钢框架结构中单根钢柱（1）底部的轴向压力值N多遇ci，并验证轴向压力值N多遇ci是否满足下列公式要求：
0＜N多遇ci＜Nmax ；
若0＜N多遇ci＜Nmax 继续步骤2的过程；
若N多遇ci≥Nmax；在步骤一中更换摩擦摆隔震装置（4）的型号，调整插接槽（4.5）的竖向刚度Kv，并且重复步骤一至步骤1的过程，直至满足要求后继续步骤2的过程；
步骤2，若步骤1中的轴向压力值N多遇i满足要求，在模型中提取多遇地震作用下每根钢柱（1）底部插接块（4.3）与插接槽（4.5）接触面处产生的剪力V多遇i，判断该剪力V多遇i是否小于插接块（4.3）与插接槽（4.5）发生滑动时的起滑力Fsi；
若V多遇i＞Fsi，多遇地震作用下插接块（4.3）与插接槽（4.5）进行滑移，继续步骤3的过程；
若V多遇i≤Fsi，在步骤一中更换摩擦摆隔震装置（4）的型号，并调整起滑力Fsi，重复步骤一至步骤2的过程，直至满足要求后继续步骤3的过程；
步骤3，在模型中提取摩擦摆隔震装置（4）的插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间发生相对滑动位移△u多遇1i，并验证最大相对滑移行程△u多遇1i是否小于插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间相对滑动最大位移行程L ；
若△u多遇1i＜L，继续步骤4的过程；
若△u多遇1i≥L，在步骤一中调整插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间相对滑动最大位移行程L或摩擦摆隔震装置（4）的刚度或者调整钢梁（2）和/或钢柱（1）的截面，并且重复步骤一至步骤3的过程，直至满足要求后继续步骤4的过程；
步骤4，在模型中提取钢框架结构的每根钢柱（1）上下两端的最大水平相对位移△u多遇2i，并验证层间位移角θ多遇i否小于对应地震作用下的层间位移角限值1/250；其中，层间位移角θ多遇i=△u多遇2i/H， H为每层钢框架结构中钢柱（1）的高度；
若θ多遇i＜1/250，继续步骤5的过程；
若θ多遇i≥1/250，在步骤一中调整每层钢框架结构的钢梁（2）和/或钢柱（1）的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤4的过程，直至满足要求后继续步骤5的过程；
步骤5，在模型中提取出构件的应力f多遇e，并验证构件的应力f多遇e是否小于构件的抗震承载力设计值，即f多遇e是否小于f/0.75，其中f为钢材强度设计值；所述构件包括钢梁（2）和钢柱（1）；
若f多遇e＜f/0.75，继续步骤6的过程；
若f多遇e≥f/0.75，在步骤一中调整每层钢框架结构的钢梁（2）和/或钢柱（1）的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤5的过程，直至满足要求后继续步骤6的过程；
步骤6：根据每个摩擦摆隔震装置（4）的弯矩M和起滑力Fsi，按照下列公式进行第一高强螺栓（9）和第二高强螺栓（10）的数量和规格设计；其中M=Fsi×h，h为钢柱（1）的高度；
高强螺栓数量：n=Fsi/（0.9×0.35×Pt），其中Pt为高强螺栓预拉力设计值；
高强螺栓规格：Nt =（M×ymax）/（∑yi）＜Nt b ，其中yi为高强螺栓距摩擦摆隔震装置（4）中心线距离，Nt b =0.8Pt，ymax为高强螺栓距摩擦摆隔震装置（4）中心线的最大距离；
步骤四，运用有限元分析软件对结构体系进行设防地震作用下结构体系的分析；具体分析方法包括步骤如下：
步骤Ⅰ，在模型中提取设防地震作用下每层钢框架结构中单根钢柱（1）底部的轴向压力值N设防ci，并验证轴向压力值N设防ci是否满足下列公式要求：
0＜N设防ci＜Nmax ；
若0＜N设防ci＜Nmax 继续步骤Ⅱ的过程；
若N设防ci≥Nmax；在步骤一中更换摩擦摆隔震装置（4）的型号，调整插接槽（4.5）的竖向刚度Kv，并且重复步骤一至步骤Ⅰ的过程，直至满足要求后继续步骤Ⅱ的过程；
步骤Ⅱ，在模型中提取摩擦摆隔震装置（4）的插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间发生相对滑动位移△u设防1i，并验证最大相对滑移行程△u设防1i是否小于插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间相对滑动最大位移行程L ；
若△u设防1i＜L，继续步骤Ⅲ的过程；
若△u设防1i≥L，在步骤一中调整插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间相对滑动最大位移行程L或调整摩擦摆隔震装置（4）的刚度或者调整钢梁（2）和/或钢柱（1）的截面，并且重复步骤一至步骤Ⅱ的过程，直至满足要求后继续步骤Ⅲ的过程；
步骤Ⅲ，在模型中提取钢框架结构的每根钢柱（1）上下两端的最大水平相对位移△u设防2i，并验证层间位移角θ设防i是否小于对应地震作用下的层间位移角限值1/125；其中，层间位移角θ设防i=△u设防2i/H， H为每层钢框架结构中钢柱（1）的高度；
若θ设防i＜1/125，继续步骤Ⅳ的过程；
若θ设防i≥1/125，在步骤一中调整每层钢框架结构的钢梁（2）和/或钢柱（1）的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤Ⅲ的过程，直至满足要求后继续步骤Ⅳ的过程；
步骤Ⅳ，在模型中提取出构件的应力f设防e，并验证构件的应力f设防e是否小于构件的屈服强度，即f设防e是否小于fy，其中fy为钢材屈服强度设计值；所述构件包括钢梁（2）和钢柱（1）；
若f设防e＜fy，继续步骤五的过程；
若f设防e≥fy，构件此时进入屈服，在步骤一中调整插接块（4.3）与插接槽（4.5）发生滑动时插接块（4.3）的起滑力Fsi或者调整每层钢结构框架的钢梁（2）和/或钢柱（1）的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤Ⅳ的过程，直至满足要求后继续步骤五的过程；
步骤五，运用有限元分析软件对结构体系进行罕遇地震作用下结构体系的分析，具体分析方法包括步骤如下：
步骤ⅰ，在模型中提取罕遇地震作用下每层钢框架结构中单根钢柱（1）底部的轴向压力值N罕遇ci，并验证轴向压力值N罕遇ci是否满足下列公式要求：
0＜N罕遇ci＜Nmax；
若0＜N罕遇ci＜Nmax，继续步骤ii的过程；
若N罕遇ci≥Nmax；在步骤一中更换摩擦摆隔震装置（4）的型号，调整插接槽（4.5）的竖向刚度Kv，并且重复步骤一至步骤ⅰ的过程，直至满足要求后继续步骤ii的过程；
步骤ii，在模型中提取摩擦摆隔震装置（4）的插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间发生相对滑动位移△u罕遇1i，并验证最大相对滑移行程△u罕遇1i是否小于插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间相对滑动最大位移行程L ；
若△u罕遇1i＜L，继续步骤ⅲ的过程；
若△u罕遇1i≥L，在步骤一中调整插接块（4.3）与插接槽（4.5）发生滑动时插接块（4.3）的起滑力Fsi或者调整插接块（4.3）与插接槽（4.5）之间相对滑动最大位移行程L或调整摩擦摆隔震装置（4）的刚度或者调整钢梁（2）和/或钢柱（1）的截面，并且重复步骤一至步骤ii的过程，直至满足要求后继续步骤ⅲ的过程；
步骤ⅲ，在模型中提取钢框架结构的每根钢柱（1）上下两端的最大水平相对位移△u罕遇2i，并验证层间位移角θ罕遇i否小于对应地震作用下的层间位移角限值1/60；其中，层间位移角θ罕遇i=△u罕遇2i/H，H为每层钢框架结构中钢柱（1）的高度；
若θ罕遇i＜1/60，继续步骤ⅳ的过程；
若θ罕遇i≥1/60，在步骤一中调整钢梁（2）和/或钢柱（1）的截面，并且重复步骤一至步骤ⅲ的过程，直至满足要求后继续步骤ⅳ的过程；
步骤ⅳ，在模型中提取出钢结构体系的基底总剪力VS和基底倾覆弯矩MS，验证基底总剪力VS是否小于基础抗剪承载力VR；基底倾覆弯矩MS是否小于基础抗倾覆弯矩承载力MR；
若VS＜VR，且MS＜MR，继续步骤ⅴ的过程；
若MS≥MR或者VS≥VR，在步骤一中调整结构中钢梁（2）和/或钢柱（1）的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤ⅳ的过程，直至满足要求后继续步骤ⅴ的过程；
步骤ⅴ，在模型的钢结构体系中提取出塑性铰的数量，并评估该钢结构体系在罕遇地震下的抗震性能：对同层钢框架结构内钢梁（2）和钢柱（1）形成的塑性铰与钢梁（2）和钢柱（1）的节点总数量的比例Q进行统计，判断是否满足Q＜20%；
若Q＜20%，设计结束；
若Q≥20%，调整摩擦摆隔震装置（4）的型号，调整插接块（4.3）与插接槽（4.5）发生滑动时插接块（4.3）的起滑力Fsi或者调整钢梁（2）和/或钢柱（1）的截面尺寸，并且重复步骤一至步骤ⅴ的过程，直至满足要求设计完毕。
9.根据权利要求8所述的摩擦摆连接的装配式钢结构体系的设计方法，其特征在于：插接槽（4.5）的竖向刚度Kv的调整方法为调整插接槽（4.5）的半径；起滑力Fsi调整方法为调整摩擦带（7）的摩擦系数。
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