低损伤自复位剪力墙结构的装配方法

技术领域

本发明属于建筑抗震技术领域，具体涉及一种低损伤自复位剪力墙结构的装配方法。

背景技术

近年来，可恢复功能结构成为了结构工程和地震工程领域的研究热点，与传统结构相比，可恢复功能结构具有的特点包括震后主体结构损伤小、残余位移小、损伤部位可更换等。

在20世纪90年代，美日合作研究计划PRESSS(PREcast Seismic StructuralSystem)提出了后张拉预应力自复位结构体系。该体系首先引入摇摆机制，通过放松构件与基础、构件与构件间的部分约束，将材料非线性转换为几何非线性，从而实现结构在强震下的低损伤特性。

然而，将PRESSS技术应用到梁柱等框架结构构件中，存在不少问题缺陷：

a)由于构件的截面尺寸较小，节点开合时，预应力筋的变形量有限，导致后张拉预应力筋系统可提供的自复位能力和其节点打开后侧向力刚度的效率都相对低下，且梁的伸长效应更加明显；

b)Slotted beam技术作为传统框架梁柱节点的替代形式，可减小梁的伸长效应，但是，其柱截面尺寸需求大、易发生低周疲劳破坏、梁顶部配筋需求大；

c)将PRESSS技术应用到自复位剪力墙中，其结构刚度和恢复力较框架结构虽有所提高，但是，当墙体发生转动时，与楼板变形不协调，造成地震中楼板破坏严重。

随着现代工业技术的发展，预制装配式建筑由于其建造速度快、生产成本低、符合绿色建筑的要求等特点在世界各地推广开来。

自复位剪力墙结构作为新一代可预制构件结构，可实现震后的快速可恢复功能性，具有很好的工程应用前景。自复位剪力墙结构通常由自复位剪力墙和框架梁柱构件组成，自复位剪力墙起承担水平地震的作用，框架梁柱构件起承担竖向的作用。在地震作用下，自复位剪力墙沿底部接缝处张开，并通过重力和预应力筋提供恢复力。为适应自复位墙体的摆动，降低结构损伤，这就要求柱底和梁柱节点能够实现铰接，墙板连接能够允许产生相对位移。然而，目前的节点形式还仅限于相对固接或现场湿作业多、施工复杂、不能完全实现铰接的连接形式。这种对结构节点性能的更高要求，制约了结构体系的发展。

因此，如何提出能够满足自复位剪力墙结构受力和变形需求、便于工业化生产、施工便捷的预制装配式连接方式，是推动结构体系发展的关键因素。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种低损伤自复位剪力墙结构的装配方法，可实现结构在震后的快速可恢复功能性和低损伤、便于工业化生产和现场施工。

为实现以上目的，通过以下技术方案实现：

一种

预制自复位剪力墙板、重力柱、框架梁、梁柱铰接节点、柱底铰接节点以及隔离式墙梁节点，并运送至施工现场；

在施工现场浇筑好基础，并在所述基础上对应所述自复位剪力墙和所述重力柱的放置位置，预留出连接锚固位置并做好柱底约束槽；

将所述重力柱吊装到相应位置并通过预应力筋锚固连接于所述基础的柱底约束槽；

安装临时支架，将所述框架梁吊装到相应位置，将所述框架梁的端部与所述重力柱所预留的定位凹槽拼接，待相互固定好位置后，通过合页型传力连接件锚固连接所述重力柱和所述框架梁，在所述重力柱的牛腿与框架梁的端部之间安装U型软钢阻尼器，将框架梁的端部和所述重力柱相互顶紧，将所述U型软钢阻尼器和所述牛腿相互压实；

将隔离式墙梁节点的钢连接件临时固定在框架梁预留凹槽位置，将自复位剪力墙吊装到位置后与钢连接件进行连接，通过张拉预应力钢筋或钢绞线与基础相互锚固；

撤去临时支架，完成装配过程。

另一方面，一种装配式低损伤自复位剪力墙结构，包括承担水平地震作用的自复位剪力墙、承担竖向作用的重力柱和框架梁、梁柱铰接节点、柱底铰接节点和隔离式墙梁节点。结构构件均为预制，可在施工现场装配并进行节点连接，施工便捷，现场湿作业少。在地震作用下，自复位剪力墙沿底部接缝处张开和闭合从而发生摇摆运动，以此来抵抗并耗散地震能量，重力柱和框架梁承担结构自重，整体结构将抗侧力构件和承重构件分离，分工明确，结构受力清晰、各构件之间协调工作，从而可实现震后的快速可恢复功能和低损伤。其中：

自复位剪力墙为无粘结预应力预制混凝土墙，墙体的底部与基础的接缝处配有耗能钢筋以承担部分倾覆弯矩并耗散地震能量，还可在外部布置其他类型阻尼器。

重力柱和框架梁均为预制构件，重力柱在每个楼层相应位置处留有定位槽并设置牛腿，柱底设预应力筋以防止重力柱与基础脱离，通过约束槽防止柱底滑移；框架梁为普通配筋预制构件，在梁两端底部约2/3高度处预留有斜向切口，在梁的跨中与自复位剪力墙的连接处预留有凹槽。

梁柱铰接节点包括带定位槽和牛腿的重力柱、两端底部带斜向切口的框架梁、合页型传力连接件、U型软钢阻尼器；框架梁的端部与定位槽相互顶紧，用合页型传力连接件将框架梁和重力柱连接在一起，可传递剪力并允许框架梁与重力柱之间发生转动变形；U型软钢阻尼器放置在框架梁的底部和重力柱的牛腿之间并相互固定连接，可传递剪力，并能在节点开缝缺口处发生张开和闭合时起到耗能作用。

柱底铰接节点为预应力筋设缝铰接节点，地震作用下可沿底部接缝处发生摇摆，通过预应力筋防止柱底提离，并设置约束槽以防止柱底滑移。

隔离式墙梁节点通过调节自复位剪力墙和框架梁之间的竖向与转动变形的松紧程度，可实现两者之间的变形协调，从而减小破坏实现底损伤。

本发明的有益效果包括：

1)剪力墙结构传力路径清晰，分工明确，各部分之间协调工作，可有效减小地震作用下结构的破坏程度；

2)可实现结构震后的快速可恢复功能性，由自复位剪力墙抵抗并耗散地震能量，震后通过墙体自重和预应力筋实现整体结构的自复位；

3)实现了自复位剪力墙结构体系中梁柱节点铰接的形式，且可装配化生产和进行干连接施工；

4)整体结构便于装配化施工，结构构件均可通过工厂预制，在施工现场进行装配并连接，连接方式均为干性连接，现场湿作业少，可实现快速安装施工；

5)相对于传统的节点固接抗弯框架和自复位框架，可有效降低承重框架部分的钢筋用量，降低整体结构造价。

附图说明

图1为本申请低损伤自复位剪力墙结构的装配方法的整体结构示意图；

图2为本申请低损伤自复位剪力墙结构的装配方法的立面结构示意图；

图3为本申请低损伤自复位剪力墙结构的装配方法中框架梁其跨中位置的俯视结构示意图；

图4为本申请低损伤自复位剪力墙结构的装配方法中重力柱的结构示意图；

图5为本申请低损伤自复位剪力墙结构的装配方法中框架梁的示意图；

图6为本申请低损伤自复位剪力墙结构的装配方法中梁柱铰接节点安装完成后的初始状态示意图；

图7为本申请低损伤自复位剪力墙结构的装配方法中梁柱铰接节点开缝缺口张开时的形变状态示意图；

图8为本申请低损伤自复位剪力墙结构的装配方法中柱底铰接节点处的结构示意图；

图9为本申请低损伤自复位剪力墙结构的装配方法中隔离式墙梁节点处的结构示意图；

图10为本申请低损伤自复位剪力墙结构的装配方法中隔离式墙梁节点处钢连接件的结构示意图；

图11为本申请低损伤自复位剪力墙结构的装配方法的施工流程图。

图中标号：

1、自复位剪力墙；

2、重力柱，2-1、重力柱的定位槽，2-2、牛腿；

3、框架梁，3-1、框架梁的端部，3-2、框架梁预留的凹槽；

4、梁柱铰接节点，4-1、合页型传力连接件，4-2、U型软钢阻尼器，4-3、梁柱铰接节点开缝缺口；

5、柱底铰接节点，5-1、柱底约束槽；

6、隔离式墙梁节点，6-1、钢连接件；

7、基础；

8、预应力筋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述：

如图1所示和图2所示，本申请公开一种低损伤自复位剪力墙结构的装配方法，包括自复位剪力墙1、重力柱2、框架梁3、梁柱铰接节点4、柱底铰接节点5和隔离式墙梁节点6。

如图3所示，本申请中自复位剪力墙可实现外挂式连接。自复位剪力墙1与框架梁3之间通过钢连接件6-1连接。

如图4所示，所述重力柱2在每楼层相应位置预留设置有定位槽2-1和牛腿2-2。

如图5所示，所述框架梁3在两端底部约为梁高2/3处设有斜向切口，框架梁两端部3-1和重力柱的定位槽2-1拼装连接后形成狭窄的开缝缺口4-3(如图6)，梁跨中在连接自复位剪力墙的相应位置预留凹槽3-2。

如图6和图7所示，所述梁柱铰接节点4处设有重力柱2、框架梁3、合页型传力连接件4-1和U型软钢阻尼器4-2，是一种新型的装配式干连接节点，可以实现梁柱之间的铰接关系。其中，所述合页型传力连接件4-1分别与重力柱2和框架梁3固定，进而可传递节点处剪力，允许转动变形。所述U型软钢阻尼器4-2设置于框架梁和重力柱牛腿2-2之间，进而可传递剪力且在开缝缺口4-3张开与闭合时进行耗能，便于更换。

如图8所示，在柱底铰接节点5处，重力柱2通过预应力钢筋与基础7连接，柱底铰接节点5通过杯型约束槽5-1防止重力柱2的柱底滑移。

如图9所示，在所述隔离式墙梁节点6处，钢连接件6-1与框架梁3中间所预留的凹槽3-2咬合。

如图10所示，钢连接件6-1通过合理的弧度设计可以适应墙体与梁之间的变形不协调。

实施机理：

本申请将结构的抗侧力构件和承重构件分离，由自复位剪力墙承担水平地震作用，重力柱和框架梁承担竖向重力作用；要实现这种结构功能分工，就需要重力柱和框架梁的节点处只承担剪力而无抵抗弯矩的能力。

本申请通过一种新型的梁柱铰接节点设计实现了这种铰接关系，结合柱底铰接节点4和隔离式墙梁节点5可以让整体结构实现地震后的可恢复功能性和低损伤。

当结构遭受地震作用时，自复位剪力墙1因受到水平地震作用沿底部接缝处发生张开和闭合，以此来抵抗并耗散地震能量。但，也因此会导致自复位剪力墙与其他结构构件的连接出现变形不协调。

本申请中的节点形式可以很好的适应这种变形不协调，在自复位剪力墙底部接缝处发生张开和闭合的同时，梁柱铰接节点处的狭窄开缝缺口4-3也可以适应这种变形随之发生张开和闭合，同时由U型软钢阻尼器4-2进行耗能，从而降低结构的地震响应；柱底沿开缝缺口4-3处也会发生摇摆，由于柱截面较小，约束槽5-1可以防止柱脚发生滑移。隔离式墙梁节点处的钢连接件6-1会跟随自复位剪力墙1运动，钢连接件6-1中上下角钢与开槽梁之间的间距可以适应竖向相对运动，钢连接件6-1的弧度设计可以适应相对扭转变形，且将水平地震作用传递给自复位剪力墙。

现场装配方案：

本发明构件均为工厂预制，运送到施工现场后进行安装，现场湿作业少，连接简单方便，可以实现工业化生产。具体装配流程参照11图所示。

具体实施操作时：

首先根据设计和施工要求，在工厂加工预制自复位剪力墙板1、重力柱2和框架梁3、节点连接件等构件；

施工时，在现场浇筑好基础7，并在基础7上，放置自复位剪力墙1和重力柱2的相应位置预留预应力筋管道和锚固位置，做好柱底约束槽5-1；

将预制构件分别运送到施工现场后，将重力柱2吊装到相应位置，通过预应力筋8和基础7紧密连接以确保传递竖向作用；

安装临时支架，随后将框架梁3吊装到相应位置，梁端3-1的上部和重力柱预留的定位凹槽2-1相互拼接，固定好位置后，安装合页型传力连接件4-1和U型软钢阻尼器4-2，确保梁端3-1和柱2相互顶紧，并保证U型软钢阻尼器4-2和柱牛腿2-2相互压实；

之后，将墙梁节点6的钢连接件6-1临时固定在框架梁预留凹槽3-2的位置，将自复位剪力墙1吊装到位置后与钢连接件6-1进行连接，张拉预应力钢筋8或钢绞线并与基础7相互锚固；

整体结构安装完成后，撤去临时支架即完成现场装配。

本发明所提供的低损伤自复位剪力墙结构的装配方法，所具有的技术优点包括：

整体结构分工合理，传力明确，协调工作，在地震结束后恢复到原位置，可以实现低损伤。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明的保护范围内。