CN113235776A - 一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构 - Google Patents

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Abstract

一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，在可更换部件剪力墙结构的底层墙体中设置底层转换连接部件、高性能填充块体和开缝钢板，底层转换连接部件中的耗能连接钢板可为结构提供抗拉和抗剪承载力，高性能填充块体则提供抗压和抗剪承载力，开缝钢板可补充提供抗剪承载力；保证新型剪力墙的抗侧刚度和强度，当结构底层墙身在强震作用下发生损伤时，可通过对耗能连接钢板、高性能填充块体和开缝钢板进行替换，使结构在地震后能恢复至原先的功能水平；此外，通过四类可更换部件、可更换部件与非更换部位的匹配，使该剪力墙具有四道抗震防线，保障增加结构的抗震安全性。

Description

一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构
技术领域
本发明属于可恢复功能结构领域,具体涉及一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构。
背景技术
带可更换部件的可恢复功能结构是近年来发展起来的一种新型结构形式，它的设计出发点是将结构在地震作用下最易受损(或受损程度最严重)的部位设计为可更换的部件，通过部件的替换使结构在震后能迅速恢复其正常使用功能。
剪力墙作为主要抗侧力构件广泛应用于高层建筑中，其抗震性能及震后使用功能的恢复能力对于建筑整体抗震性能来说十分关键。可更换连梁和可更换墙脚是可更换部件剪力墙的常见形式，其设计理念为将传统整浇式剪力墙的连梁和墙脚部位设计为可更换的结构部件。相比于传统整浇式剪力墙的连梁和墙脚部位在地震作用下受损严重难以修复，可更换部件剪力墙可将墙体损伤集中于可更换部件上，不仅易于震后的修复与替换，可更换部件的设置也提高了剪力墙的变形能力，并可减少震后墙体的残余变形。
常见的可更换部件剪力墙在除可更换部位外的其余墙身部分均采用整体浇筑，需在现场进行大量湿作业，耗费大量的工时和人力；且用于连接可更换部件的连接构造需预埋入墙身，现场作业很难保证其定位精度。此外，由于地震作用强度的不确定性，常见的可更换墙脚剪力墙在较大的层间位移角下墙体底部靠近可更换部件部位的整浇区混凝土会出现较严重的压溃现象，底部整浇区混凝土的损伤可能导致可更换墙脚剪力墙的整体性能降低且不易于修复。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构。
本发明的技术方案如下：
一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，其特征在于，该结构由可更换墙脚部件、底层转换连接部件、高性能填充块体、开缝钢板、预制墙体、墙体连接件、非更换预制连梁、可更换连梁、装配式楼板和基础组成。
本发明设计原理：
针对已有可更换部件剪力墙现场湿作业量大且可更换构件与结构主体连接精度低等问题，本发明提出将剪力墙结构划分为规整且易于工厂预制的模块化部件，各部件间均可通过干式连接措施实现结构的整体化建造。
已有可更换部件剪力墙大多是带单一构件可更换构件墙体(可更换连梁或可更换墙脚)，且已有研究表明底层墙身在强震时同样有可能发生破坏。本发明在同时设置可更换连梁与可更换柱脚的情况下，创新性的提出了在可更换部件剪力墙结构的底层墙体中设置底层转换连接部件、高性能填充块体和开缝钢板，底层转换连接部件中的耗能连接钢板可为结构提供抗拉和抗剪承载力，高性能填充块体则提供抗压和抗剪承载力，开缝钢板可补充提供抗剪承载力。该构造能有效保证新型剪力墙的抗侧刚度和强度与传统整浇剪力墙相当甚至更优，且当结构底层墙身在强震作用下发生较严重损伤时，可通过较为简便的施工措施对耗能连接钢板、高性能填充块体和开缝钢板进行替换，使结构在地震后能恢复至原先的功能水平。此外，通过四类可更换部件、可更换部件与非更换部位的合理匹配，使该剪力墙具有多道抗震防线(可更换连梁为第一道防线，可更换墙脚为第二道防线，高性能填充块体、耗能连接钢板和开缝钢板为第三道防线，非更换区为第四道防线)，增加结构的抗震安全性。
所述可更换墙脚部件由外钢管、内钢管、灌浆料、耗能钢棒、碟簧、限位圆钢板、开洞圆钢板、连接钢管和开孔端板构成。外钢管和内钢管分别焊接于底部端板上，灌浆料填充于内外钢管间，外钢管内壁和内钢管外壁上涂覆有聚四氟乙烯材料用于消除钢管与灌浆料之间的粘结力。开洞圆钢板的外径为外钢管的内径，开洞尺寸为内钢管的外径，开洞圆钢板共有上下两块，下部钢板底面与灌浆料顶面接触，上部钢板顶面焊接于连接钢管一端，且连接钢管另一端与顶部端板相焊接。上下两开洞圆钢板之间安装有碟簧，碟簧内径略大于耗能钢棒端部外径，采用叠合和对合的混合布置方式。耗能钢棒设置于内钢管内，一端与底部端板焊接，另一端与限位圆钢板相连，限位圆钢板置于上部开洞圆钢板之上。受压力作用时，部件顶部装置下压，限位圆钢板与开洞圆钢板间无接触使得耗能钢棒不参与受力，此状态下由碟簧和灌浆料共同承担压力，内外钢管对灌浆料仅起到约束作用；受拉力作用时，部件顶部装置提升，下部开洞圆钢板与灌浆料顶面脱离接触，碟簧恢复原始形状，上部开洞圆钢板与限位圆钢板相接触并带动耗能钢棒产生拉伸变形，此状态下仅耗能钢棒参与受力。该可更换墙脚部件具有较大的承载力、刚度、耗能能力和自复位能力，墙体安装了该可更换脚部部件后其承载力和刚度与普通剪力墙相比相当，甚至更好。
所述底层转换连接部件由T字形钢构件、耗能连接钢板、高强圆柱销和螺栓构成。每个底层转换连接部件中包含两个T字形钢构件，一个与上部底层墙体相连，一个预埋入基础中。T字形钢构件由矩形长条钢板、开孔钢板、限位钢板相互焊接形成，矩形长条钢板为翼缘，开孔钢板为腹板，限位钢板布置于腹板长度方向两侧且与翼缘底面相连；矩形长条钢板的截面尺寸与预制墙体相同，长度方向两端设有螺纹孔，用于与可更换墙脚部件的端板相连接；开孔钢板的长度小于长条钢板，大致为墙体长度的0.6-0.8倍；限位钢板为设置加劲肋的钢板，
且钢板上设孔，用于与高性能填充块体相连接；此外，与上部墙体相连的T字形钢构件的翼缘两侧焊接有螺栓，用于与开缝钢板连接。耗能连接钢板为I形截面钢板，钢板上下两端开孔，孔径大小与T字形钢构件的腹板一致，通过高强圆柱销可将耗能连接钢板与T字形钢构件相联接，耗能连接钢板布置于T字形钢构件腹板两侧；耗能连接钢板的具体尺寸和数量可根据实际需要调整。
所述高性能填充块体可采用高韧性水泥基复合材料，块体沿长度方向留有两通长孔洞，通过螺杆可与底层转换连接部件的上下两T字形钢构件相连接。与普通混凝土块体相比，高性能填充块体具有多缝稳态开裂的特点，在相同抗压强度的情况下，高性能填充块体在峰值后仍能具有较好的承载力，表现较好的韧性，更加适用于在地震作用下易出现裂缝和压溃的剪力墙结构底部部位。
所述开缝钢板包括开缝受力面板、水平连接面板和加劲肋。开缝受力面板的开缝形式为长条椭圆形通长缝，开缝宽度大于螺纹孔的直径。开缝受力面板与底层转换连接部件通过螺栓连接，水平连接板与预埋于基础内部的螺栓连接。设置开缝钢板可一定程度上弥补结构因设置可更换墙脚而减小的抗侧刚度；在地震作用下开缝受力面板的条带板受力屈服，产生塑性变形进而耗散一部分地震能量，减小地震对于主体结构的损害，且开缝钢板易于实现震后的替换。
所述预制墙体在构造上与传统钢筋剪力墙相似，包括纵向钢筋、箍筋和混凝土，不同之处在于所述预制墙体的上下端均设置有螺栓套筒，螺栓套筒预埋于墙身内且与纵向钢筋的端部相连。通过螺栓可将套筒与墙体连接件相连接，形成螺栓-连接件-套筒的干式连接体系，进而实现上下预制墙体的连接。对于布置于结构底层的墙体，墙体在预制时即需与底层转换连接部件形成整体，因此底层预制墙体中纵向钢筋的下端无需设置螺栓套筒，可采用焊接工艺直接与底层转换连接部件相连，并可在底层转换连接部件上增设栓钉以提高部件与墙体的连接整体性。此外，对于需要设置连梁的联肢剪力墙结构，可在预制墙体连梁高度处预埋连接构造，该构造包括开孔端板、螺栓套筒、矩形钢板和栓钉，通过该连接构造可实现预制墙体与非更换预制连梁的有效连接。
所述墙体连接件由连接钢板和开孔端板组成。连接钢板构造形式可采用十字形或一字形钢板，并与上下端板焊接为一体。端板处设有螺纹孔，通过螺栓可与预制墙体中的螺栓套筒相连接。
所述非更换预制连梁在构造上同传统预制连梁相似，包括了纵向钢筋、箍筋和混凝土，不同之处在于所述非更换预制连梁增设了开孔端板、螺栓套筒、矩形钢板、栓钉和加劲连接板。纵向钢筋和预埋钢板的一端与开孔端板焊接，另一端焊接于加劲连接板上。螺栓套筒与开孔端板焊接，其焊接位置与端板上螺栓孔的位置相一致，用于与可更换连梁连接。加劲连接板由钢板及“井”字形加劲肋板拼焊而成，一侧钢板与纵向钢筋和矩形钢板相连，另一侧钢板上设有螺栓孔用于与预制墙体内的预埋连接件相连接。此外，为使得可更换连梁在地震作用下能率先变形耗能，非更换预制连梁的设计抗弯强度与抗剪强度均应大于可更换连梁，保证非更换预制连梁在大震作用下不屈服。
所述可更换连梁在构造形式上包括有中部耗能阻尼器和开孔端板，耗能阻尼器可采用金属阻尼器、粘弹性阻尼器、摩擦型阻尼器或混合式阻尼器等多种形式，阻尼器两端焊接有开孔端板，通过螺栓可与非更换预制连梁连接。
所述装配式楼板包含预制底板和后浇混凝土层。预制底板可采用钢筋桁架叠合板、波纹钢腹板肋叠合板、预应力空心叠合楼板等，预制板板侧预埋入螺栓，在底板装配时可通过薄壁冷弯钢板实现预制底板的拼接。后浇混凝土层包含混凝土和用于搭接的钢筋网片。此外，可更换连梁在强震下产生的变形可能导致上部楼板严重破坏，因此对于可更换连梁正上方的楼板设置分隔缝，分隔缝内可填充聚氨酯泡沫填缝剂，并可在其上部设置盖板。
所述基础含剪力墙结构底层与基础相连所需的各类预埋件，包含底层转换连接部件的T字形钢构件、端板和螺栓。
本发明的施工方法包括以下步骤：
首先，在工厂完成主体部件的加工，包括预制墙体、底层转换连接部件、可更换墙脚部件、高性能填充块体、开缝钢板、墙体连接件、非更换预制连梁和可更换连梁。对于安装于结构底层的墙体，制作时可将纵向钢筋一端直接焊接于底层转换连接部件的T字形钢构件，使墙体和T字形钢构件形成联合式的装配部件。
然后，按照设计要求将所需预埋件(包含T字形钢构件、端板和螺栓等)布置于基础模板中，预埋件可与基础中的钢筋笼焊接以提高抗拉拔能力，浇筑基础所需混凝土，完成基础部分的施工。
接着，将可更换墙脚部件布置于设计安装区域的基础上，并将底层联合式墙体吊装于可更换墙脚部件上，可更换墙脚部件通过螺栓连接固定于底层联合式墙体与基础上；通过高强圆柱销可将耗能连接钢板联接于上下两T字形钢构件上，并将高性能填充块体布置于耗能连接钢板外侧，高性能填充块体通过螺杆与T字形钢构件连接；将开缝钢板布置于高性能填充块体外侧，并与底层联合式墙体和基础相连，即完成可恢复装配式剪力墙结构底层的施工。
接着，将墙体连接件布置于底层墙体顶部，并通过螺栓与预制墙体中的螺栓套筒相连接；再将上部墙体安放于墙体连接件上，同样通过螺栓相互连接，形成预制墙体-墙体连接件-预制墙体的连接体系。对于需要设置联肢剪力墙的结构，通过高强螺栓将加劲连接板与预埋于墙体的开孔端板连接紧固，可实现非更换预制连梁与预制墙体拼装。
接着，将预制底板布置于预制墙体和非更换预制连梁顶部，采用相对应的连接构造，相邻预制底板间可通过薄壁冷弯钢板实现拼接，在底板上布置钢筋网片并浇筑混凝土，待混凝土硬化后即完成装配式楼板的制作。参考上述施工步骤，将结构各层墙体、连梁和楼板依次组装拼接，即完成剪力墙结构标准层墙体的施工。
最后，将预制的可更换连梁安装于两片剪力墙间，可更换连梁的端板与非更换预制连梁的端板通过螺栓连接，即完成本发明的施工。
有益效果：
(1)本发明具有良好的变形能力、自复位能力和耗能能力。剪力墙结构连梁部位设置有可更换连梁，在正常使用状态下可为结构提供足够刚度，在地震作用下可通过塑形变形耗散地震能量。剪力墙结构底部两端设置有可更换墙脚部件，该部件不仅具有良好的拉压力学性能，还可为结构提供自复位能力。在受压情况下，内填灌浆料和碟簧共同承担压力，内外钢管只起到约束灌浆料的作用，使其具有较高的承载力和变形能力，碟簧能为墙体提供恢复力并有效减小结构震后的残余变形；在受拉情况下，仅由耗能钢棒承担拉力，钢棒通过拉伸变形参与结构耗能。此外，本发明中所采用的开缝钢板在墙体发生较大的变形时通过钢板的变形参与耗能，为结构安全性提供双重保障。
(2)本发明的可更换程度高。除了设置可更换连梁和可更换墙脚部件外，结构还采用高性能填充块体作为底层剪力墙的墙身部件。高性能填充块体不仅在正常使用状态下可为结构提供足够的竖向承载力，相比同等强度下的传统混凝土材料，高韧性水泥基复合材料具有更好的韧性及多缝稳态开裂的特点，可保证结构在地震作用下依然保持有较稳定的承载力。此外，在结构遭受较大地震作用而导致剪力墙底部块体出现较严重的压溃破坏后，可通过较为便捷的施工流程对块体进行替换，实现结构的震后原位快速修复。
(3)本发明可实现各预制部件间可靠且快速的装配连接。传统装配式剪力墙的连接形式主要为浆锚搭接和套筒灌浆，该类连接方式需要预制部件出筋和灌浆施工工序。预制部件的出筋不利于构件的运输，且外伸钢筋易产生的错位变形不利于部件的安装定位；灌浆施工工序的质量视操作工人的熟练程度而异，因而结构的安全性无法得到有效保障。新型剪力墙结构中各部件的连接均采用干式连接，底部墙体与基础通过底层转换连接部件实现连接，各层墙体间采用套筒-螺栓-墙体连接件的方式，墙体与非更换预制连梁间通过螺栓连接。所提出的连接方法操作简便，且该方法的连接质量可控，有效保障了结构的安全性。
(4)本发明可实现结构的模块化生产和装配式建造。除基础部分与楼板后浇混凝土层外，本发明的主体部件均可由工厂预制，有效保证了各部件的加工质量；预制完成后的部件在施工现场通过简单的安装工艺即可完成剪力墙结构的组装，极大降低了人力和时间成本，提高了结构的建设速度。符合国家提倡建筑工业化的要求，易于推广应用。
附图说明
图1为可恢复功能装配式抗震剪力墙结构的立体图；
图2为可恢复功能装配式抗震剪力墙结构的组装示意图；
图3为可更换墙脚部件的构造示意图；
图4为底层转换连接部件的构造示意图；
图5为预制墙体的构造示意图；
图6为开缝钢板的构造示意图；
图7为墙体连接件的构造示意图；
图8为非更换预制连梁的构造示意图；
图9为可更换连梁的构造示意图；
图10为装配式楼板的构造及连接示意图；
图中：1－可更换墙脚部件；2－底层转换连接部件；3－高性能填充块体；4－开缝钢板；5－预制墙体；6－墙体连接件；7－非更换预制连梁；
8－可更换连梁；9－装配式楼板；10－基础；
11－外钢管；12－内钢管；13－灌浆料；14－耗能钢棒；15－碟簧；
16－限位圆钢板；17－开洞圆钢板；18－连接钢管；19－开孔端板；
20－T字形钢构件；21－耗能连接钢板；22－高强圆柱销；23－螺栓；
24－开缝受力面板；25－水平连接面板；26－加劲肋；27－纵向钢筋；
28－箍筋；29－混凝土；30－螺栓套筒；31－栓钉；32－矩形钢板；
33－连接钢板；34－加劲连接板；35－耗能阻尼器；36－预制底板；
37－薄壁冷弯钢板；38－钢筋网片；39－聚氨酯泡沫填缝剂。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方法作进一步描述。
如图1、图2所示，一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，其特征在于，该结构由可更换墙脚部件1、底层转换连接部件2、高性能填充块体3、开缝钢板4、预制墙体5、墙体连接件6、非更换预制连梁7、可更换连梁8、装配式楼板9和基础组成10，其中：
所述底层转换连接部件2位于结构底层，与基础10和首层预制墙体5相连接，其上下两T字形钢构件20间布置有可更换墙脚部件1和高性能填充块体3，可更换墙脚部件1安装于两侧端部，高性能填充块体3安置于中部，二者分别采用螺栓和螺杆连接。
所述开缝钢板4布置于结构底层墙厚方向两侧，与基础10和底层转换连接部件2相连。
所述墙体连接件6设置于结构楼板高度处，通过螺栓套筒将上下层的预制墙体5连接成一体。
所述装配式楼板9布置于墙体连接件6两侧，预制底板36底面置于下层预制墙体顶面，预制底板36间通过薄壁冷弯钢板37连接成整体。
左右两片预制墙体5间设置有非更换预制连梁7和可更换连梁8，非更换预制连梁7位于楼板下方，设有加劲连接板34的一端与墙体通过螺栓相连，另一端与可更换连梁8相连接。
上述各部件间连接安全可靠，受力路径清晰、简单，可有效传递结构的内力，在地震作用下可将结构损伤引导至预期可更换部位，通过可更换部件的变形耗散地震能量，保证结构主体部分不受损伤或仅有轻微损伤。可更换部件与主体部分的连接构造简单，便于震后更换。
如图3所示，所述可更换墙脚部件1由外钢管11、内钢管12、灌浆料13、耗能钢棒14、碟簧15、限位圆钢板16、开洞圆钢板17、连接钢管18和开孔端板19构成(本发明创新点之一)，其中：外钢管11和内钢管12分别焊接于底部端板19上，灌浆料13填充于内外钢管间，外钢管11内壁和内钢管12外壁上涂覆有聚四氟乙烯材料用于消除钢管与灌浆料之间的粘结力。开洞圆钢板17的外径为外钢管的内径，开洞尺寸为内钢管的外径，开洞圆钢板17共有上下两块，下部钢板17底面与灌浆料13顶面接触，上部钢板17顶面焊接于连接钢管18一端，且连接钢管18另一端与顶部端板19相焊接。上下两开洞圆钢板17之间安装有碟簧15，碟簧15内径略大于耗能钢棒14端部外径，采用叠合和对合的混合布置方式。耗能钢棒14设置于内钢管内，一端与底部端板19焊接，另一端与限位圆钢板16相连，限位圆钢板16置于上部开洞圆钢板17之上。受压力作用时，部件顶部装置下压，限位圆钢板16与开洞圆钢板17间无接触使得耗能钢棒14不参与受力，此状态下由碟簧15和灌浆料13共同承担压力，内外钢管对灌浆料13仅起到约束作用；受拉力作用时，部件顶部装置提升，下部开洞圆钢板17与灌浆料13顶面脱离接触，碟簧15恢复原始形状，上部开洞圆钢板17与限位圆钢板16相接触并带动耗能钢棒14产生拉伸变形，此状态下仅耗能钢棒14参与受力。该可更换墙脚部件具有较大的承载力、刚度、耗能能力和自复位能力，墙体安装了该可更换脚部部件后其承载力和刚度与普通剪力墙相比相当甚至更好。
如图4所示，所述底层转换连接部件2(本发明创新点之一)由T字形钢构件20、耗能连接钢板21、高强圆柱销22和螺栓23构成。每个底层转换连接部件中包含两个T字形钢构件20，一个与上部底层墙体相连，一个预埋入基础中。T字形钢构件20由矩形长条钢板、开孔钢板、限位钢板相互焊接形成，矩形长条钢板为翼缘，开孔钢板为腹板，限位钢板布置于腹板长度方向两侧且与翼缘底面相连；矩形长条钢板的截面尺寸与预制墙体5相同，长度方向两端设有螺纹孔，用于与可更换墙脚部件1的端板相连接；开孔钢板的长度小于长条钢板，大致为墙体长度的0.6-0.8倍；限位钢板为设置加劲肋的钢板，且钢板上设孔，用于与高性能填充块体3相连接；此外，与上部墙体相连的T字形钢构件20的翼缘两侧焊接有螺栓23，用于与开缝钢板4连接。耗能连接钢板21为I形截面钢板，钢板上下两端开孔，孔径大小与T字形钢构件20的腹板一致，通过高强圆柱销22可将耗能连接钢板21与T字形钢构件20相联接，耗能连接钢板21布置于T字形钢构件20腹板两侧；耗能连接钢板21的具体尺寸和数量可根据实际需要调整。
所述高性能填充块体3可采用高韧性水泥基复合材料，块体沿长度方向留有两通长孔洞，通过螺杆可与底层转换连接部件2的上下两T字形钢构件20相连接。与普通混凝土块体相比，高性能填充块体具有多缝稳态开裂的特点，在相同抗压强度的情况下，高性能填充块体在峰值后仍能具有较好的承载力，表现较好的韧性，更加适用于在地震作用下易出现裂缝和压溃的剪力墙结构底部部位。
如图6所示，所述开缝钢板4包括开缝受力面板24、水平连接面板25和加劲肋26。开缝受力面板24的开缝形式为长条椭圆形通长缝，开缝宽度大于螺纹孔的直径。开缝受力面板24与底层转换连接部件2通过螺栓23连接，水平连接板25与预埋于基础内部的螺栓23连接。设置开缝钢板4可一定程度上弥补结构因设置可更换墙脚而减小的抗侧刚度；在地震作用下开缝受力面板24的条带板受力屈服，产生塑性变形进而耗散一部分地震能量，减小地震对于主体结构的损害，且开缝钢板4易于实现震后的替换。
如图5所示，所述预制墙体5在构造上与传统钢筋剪力墙相似，包括纵向钢筋27、箍筋28和混凝土29，不同之处在于所述预制墙体5的上下端均设置有螺栓套筒30，螺栓套筒30预埋于墙身内且与纵向钢筋27的端部相连。通过螺栓23可将套筒30与墙体连接件6相连接，形成螺栓-连接件-套筒的干式连接体系，进而实现上下预制墙体5的连接。对于布置于结构底层的墙体，墙体在预制时即需与底层转换连接部件2形成整体，因此底层预制墙体5中纵向钢筋27的下端无需设置螺栓套筒30，可采用焊接工艺直接与底层转换连接部件2相连，并可在底层转换连接部件2上增设栓钉31以提高部件与墙体的连接整体性。此外，对于需要设置连梁的联肢剪力墙结构，可在预制墙体连梁高度处预埋连接构造，该构造包括开孔端板19、螺栓套筒30、矩形钢板32和栓钉31，通过该连接构造可实现预制墙体5与非更换预制连梁7的有效连接。
如图7所示，所述墙体连接件6由连接钢板33和开孔端板19组成。连接钢板33构造形式可采用十字形或一字形钢板，并与上下端板19焊接为一体。端板19处设有螺纹孔，通过螺栓23可与预制墙体5中的螺栓套筒30相连接。
如图8所示，所述非更换预制连梁7在构造上同传统预制连梁相似，包括了纵向钢筋27、箍筋28和混凝土29，不同之处在于所述非更换预制连梁增设了开孔端板19、螺栓套筒30、矩形钢板32、栓钉31和加劲连接板34。纵向钢筋27和预埋钢板32的一端与开孔端板19焊接，另一端焊接于加劲连接板34上。螺栓套筒30与开孔端板19焊接，其焊接位置与端板上螺栓孔的位置相一致，用于与可更换连梁8连接。加劲连接板34由钢板及“井”字形加劲肋板拼焊而成，一侧的钢板与纵向钢筋27和矩形钢板32相连，另一侧钢板上设有螺栓孔，用于与预制墙体5内的预埋连接件相连接。此外，为使得可更换连梁8在地震作用下能率先变形耗能，非更换预制连梁7的设计抗弯强度与抗剪强度均应大于可更换连梁8，保证非更换预制连梁7在大震作用下不屈服。
如图9所示，所述可更换连梁8在构造形式上包括有中部耗能阻尼器35和开孔端板19，耗能阻尼器35可采用金属阻尼器、粘弹性阻尼器、摩擦型阻尼器或混合式阻尼器等多种形式，阻尼器35两端焊接有开孔端板19，通过螺栓23可与非更换预制连梁7连接。
如图10所示，所述装配式楼板9包含预制底板36和后浇混凝土层。预制底板36可采用钢筋桁架叠合板、波纹钢腹板肋叠合板、预应力空心叠合楼板等，预制底板36板侧预埋入螺栓23，在底板装配时可通过薄壁冷弯钢板37实现预制底板36的拼接。后浇混凝土层包含混凝土29和用于搭接的钢筋网片38。此外，可更换连梁8在强震下产生的变形可能导致上部楼板严重破坏，因此对于可更换连梁8正上方的楼板设置分隔缝，分隔缝内可填充聚氨酯泡沫填缝剂39，并可在其上部设置盖板。
所述基础10含剪力墙结构底层与基础相连所需的各类预埋件，包含底层转换连接部件2的T字形钢构件20、端板19和螺栓23等。
本发明的施工方法为：
首先，在工厂完成主体部件的加工，包括可更换墙脚部件1、底层转换连接部件2、高性能填充块体3、开缝钢板4、预制墙体5、墙体连接件6、非更换预制连梁7、可更换连梁8和预制底板36。对于安装于结构底层的墙体，制作时可将纵向钢筋27一端直接焊接于底层转换连接部件2的T字形钢构件20上，使墙体5和T字形钢构件20形成联合式的装配部件。
然后，按照设计要求将所需预埋件(包含T字形钢构件20、端板19和螺栓23等)布置于基础10模板中，预埋件可与基础10中的钢筋笼焊接以提高抗拉拔能力，浇筑基础所需混凝土29，完成基础10部分的施工。
接着，将可更换墙脚部件1布置于设计安装区域的基础上，并将底层联合式墙体吊装于可更换墙脚部件1上，可更换墙脚部件1通过螺栓23连接固定于底层联合式墙体与基础10上；通过高强圆柱销22可将耗能连接钢板21联接于上下两T字形钢构件20上，并将高性能填充块体3布置于耗能连接钢板21外侧，高性能填充块体3通过螺杆与T字形钢构件20连接；将开缝钢板4布置于高性能填充块体3外侧，并与底层联合式墙体和基础10相连，即完成可恢复装配式剪力墙结构底层的施工。
接着，将墙体连接件6布置于底层墙体顶部，并通过螺栓23与预制墙体5中的螺栓套筒30相连接；再将上部墙体5安放于墙体连接件6上，同样通过螺栓23相互连接，形成预制墙体-墙体连接件-预制墙体的连接体系。对于需要设置联肢剪力墙的结构，通过高强螺栓23将加劲连接板34与预埋于墙体5的开孔端板19连接紧固，可实现非更换预制连梁7与预制墙体5拼装。
接着，将预制底板36布置于预制墙体5和非更换预制连梁7顶部，采用相对应的连接构造，相邻预制底板36间可通过薄壁冷弯钢板37实现拼接，在底板上布置钢筋网片38并浇筑混凝土19，待混凝土19硬化后即完成装配式楼板9的制作。参考上述施工步骤，将结构各层墙体、连梁和楼板依次组装拼接，即完成剪力墙结构标准层墙体的施工。
最后，将预制的可更换连梁8安装于两片剪力墙间，可更换连梁8的端板与非更换预制连梁7的端板通过螺栓23连接，即完成本发明的施工。

Claims (10)

1.一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，其特征在于，包括可更换墙脚部件、底层转换连接部件、高性能填充块体、开缝钢板、预制墙体、墙体连接件、非更换预制连梁、可更换连梁、装配式楼板和基础；
在可更换部件剪力墙结构的底层墙体中设置底层转换连接部件、高性能填充块体和开缝钢板，底层转换连接部件中的耗能连接钢板可为结构提供抗拉和抗剪承载力，高性能填充块体则提供抗压和抗剪承载力，开缝钢板可补充提供抗剪承载力；
保证新型剪力墙的抗侧刚度和强度，当结构底层墙身在强震作用下发生损伤时，可通过对耗能连接钢板、高性能填充块体和开缝钢板进行替换，使结构在地震后能恢复至原先的功能水平；此外，通过四类可更换部件、可更换部件与非更换部位的匹配，使该剪力墙具有四道抗震防线：可更换连梁为第一道防线，可更换墙脚为第二道防线，高性能填充块体、耗能连接钢板和开缝钢板为第三道防线，非更换区为第四道防线，保障增加结构的抗震安全性。
2.如权利要求书1所述一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，其特征在于，所述可更换墙脚部件包括外钢管、内钢管、灌浆料、耗能钢棒、碟簧、限位圆钢板、开洞圆钢板、连接钢管和开孔端板；
外钢管和内钢管分别焊接于底部端板上，灌浆料填充于内外钢管间，外钢管内壁和内钢管外壁上涂覆有聚四氟乙烯材料用于消除钢管与灌浆料之间的粘结力；开洞圆钢板的外径为外钢管的内径，开洞尺寸为内钢管的外径，开洞圆钢板共有上下两块，下部钢板底面与灌浆料顶面接触，上部钢板顶面焊接于连接钢管一端，且连接钢管另一端与顶部端板相焊接；上下两开洞圆钢板之间安装有碟簧，碟簧内径大于耗能钢棒端部外径，采用叠合和对合的混合布置方式；耗能钢棒设置于内钢管内，一端与底部端板焊接，另一端与限位圆钢板相连，限位圆钢板置于上部开洞圆钢板之上；
受压力作用时，部件顶部装置下压，限位圆钢板与开洞圆钢板间无接触使得耗能钢棒不参与受力，此状态下由碟簧和灌浆料共同承担压力，内外钢管对灌浆料仅起到约束作用；受拉力作用时，部件顶部装置提升，下部开洞圆钢板与灌浆料顶面脱离接触，碟簧恢复原始形状，上部开洞圆钢板与限位圆钢板相接触并带动耗能钢棒产生拉伸变形，此状态下仅耗能钢棒参与受力。
3.如权利要求书1所述一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，其特征在于，所述底层转换连接部件包括T字形钢构件、耗能连接钢板、高强圆柱销和螺栓；
每个底层转换连接部件中包含两个T字形钢构件，一个与上部底层墙体相连，一个预埋入基础中；T字形钢构件由矩形长条钢板、开孔钢板、限位钢板相互焊接形成，矩形长条钢板为翼缘，开孔钢板为腹板，限位钢板布置于腹板长度方向两侧且与翼缘底面相连；矩形长条钢板的截面尺寸与预制墙体相同，长度方向两端设有螺纹孔，用于与可更换墙脚部件的端板相连接；开孔钢板的长度小于长条钢板；限位钢板为设置加劲肋的钢板，且钢板上设孔，用于与高性能填充块体相连接；此外，与上部墙体相连的T字形钢构件的翼缘两侧焊接有螺栓，用于与开缝钢板连接；耗能连接钢板为I形截面钢板，钢板上下两端开孔，孔径大小与T字形钢构件的腹板一致，通过高强圆柱销可将耗能连接钢板与T字形钢构件相联接，耗能连接钢板布置于T字形钢构件腹板两侧；耗能连接钢板的具体尺寸和数量可根据实际需要调整。
4.如权利要求书1所述一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，其特征在于，所述高性能填充块体，块体沿长度方向留有两通长孔洞，通过螺杆可与底层转换连接部件的上下两T字形钢构件相连接。
5.如权利要求书1所述一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，其特征在于，所述开缝钢板包括开缝受力面板、水平连接面板和加劲肋；
开缝受力面板的开缝形式为长条椭圆形通长缝，开缝宽度大于螺纹孔的直径；开缝受力面板与底层转换连接部件通过螺栓连接，水平连接板与预埋于基础内部的螺栓连接；设置开缝钢板弥补结构因设置可更换墙脚而减小的抗侧刚度；在地震作用下开缝受力面板的条带板受力屈服，产生塑性变形进而耗散一部分地震能量，减小地震对于主体结构的损害，且开缝钢板易于实现震后的替换。
6.如权利要求书1所述一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，其特征在于，所述预制墙体在构造上与传统钢筋剪力墙相似，包括纵向钢筋、箍筋和混凝土，不同之处在于所述预制墙体的上下端均设置有螺栓套筒，螺栓套筒预埋于墙身内且与纵向钢筋的端部相连；通过螺栓可将套筒与墙体连接件相连接，形成螺栓-连接件-套筒的干式连接体系，进而实现上下预制墙体的连接；对于布置于结构底层的墙体，墙体在预制时即需与底层转换连接部件形成整体。
7.如权利要求书1所述一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，其特征在于，所述墙体连接件由连接钢板和开孔端板组成；
连接钢板构造形式采用十字形或一字形钢板，并与上下端板焊接为一体；端板处设有螺纹孔，通过螺栓与预制墙体中的螺栓套筒相连接。
8.如权利要求书1所述一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，其特征在于，所述非更换预制连梁在构造上同传统预制连梁相似，包括了纵向钢筋、箍筋和混凝土，不同之处在于所述非更换预制连梁增设了开孔端板、螺栓套筒、矩形钢板、栓钉和加劲连接板；
纵向钢筋和预埋钢板的一端与开孔端板焊接，另一端焊接于加劲连接板上；螺栓套筒与开孔端板焊接，其焊接位置与端板上螺栓孔的位置相一致，用于与可更换连梁连接；加劲连接板由钢板及“井”字形加劲肋板拼焊而成，一侧钢板与纵向钢筋和矩形钢板相连，另一侧钢板上设有螺栓孔用于与预制墙体内的预埋连接件相连接。
9.如权利要求书1所述一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，其特征在于，所述可更换连梁在构造形式上包括有中部耗能阻尼器和开孔端板，阻尼器两端焊接有开孔端板，通过螺栓可与非更换预制连梁连接。
10.如权利要求书1所述一种可恢复功能装配式抗震剪力墙结构，其特征在于，所述装配式楼板包含预制底板和后浇混凝土层；
在预制底板装配时通过薄壁冷弯钢板实现预制底板的拼接；后浇混凝土层包含混凝土和用于搭接的钢筋网片。
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