[发明专利]一种预应力支撑摩擦减震装配式钢结构体系及其设计方法

权利要求书

1.一种预应力支撑摩擦减震装配式钢结构体系，由相同的层框架结构上下叠合而成，每个层框架结构包括钢柱(1)、钢梁(2)和楼板(3)，每个层框架结构中的钢柱(1)沿横向和纵向间隔布置，钢梁(2)沿横向和纵向布置且两端分别与相邻的两个钢柱(1)顶端侧壁固定连接，其特征在于：上下相邻的层框架结构之间的钢柱(1)在与下层楼板(3)的连接处断开，通过自身摩擦连接，同时相邻的层框架结构之间连接有高强拉索(9)；钢柱(1)顶端设置有上法兰板(4)，与钢梁(2)固定连接，钢柱(1)底端设置有下法兰板(5)，下法兰板(5)与下层相邻层框架结构的楼板(3)上表面接触设置，楼板(3)的上表面上设置有摩擦涂料层和限位装置(8)，所述限位装置(8)为沿楼板(3)边沿设置的钢板条带。

2.根据权利要求1所述的一种预应力支撑摩擦减震装配式钢结构体系，其特征在于：所述下法兰板(5)的边沿不超出相邻楼板(3)的边沿设置，下法兰板(5)的边长比钢柱(1)截面边长大至少100mm，下法兰板(5)的外边沿与相邻楼板(3)的边沿之间的最小距离不小于60mm。

3.根据权利要求1所述的一种预应力支撑摩擦减震装配式钢结构体系，其特征在于：所述摩擦涂料层表面的摩擦系数为0.1-2.0，且自钢柱(1)中轴线向四周逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的一种预应力支撑摩擦减震装配式钢结构体系，其特征在于：所述高强拉索(9)设置在层框架结构的侧立面内，每个竖直面内的高强拉索(9)呈X形排布，每根高强拉索(9)的上端通过上连接板(6)与上层的层框架结构连接，下端通过下连接板(7)与下层的层框架结构连接，上连接板(6)为直角三角形钢板，上连接板(6)的两直角边沿分别与钢柱(1)侧壁和钢梁(2)下表面焊接固定，下连接板(7)与下层的层框架结构的钢梁(2)上表面焊接固定。

5.根据权利要求1所述的一种预应力支撑摩擦减震装配式钢结构体系，其特征在于：所述每个层框架结构中的钢柱(1)顶端与楼板(3)之间还设置有双向摩擦阻尼器。

6.权利要求1-5任意一项所述的一种预应力支撑摩擦减震装配式钢结构体系的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、根据设计需求，确定基本结构参数；

基本结构参数包括层框架结构的尺寸，钢柱(1)的规格，钢梁(2)的规格，楼板(3)的规格，高强拉索(9)的预应力P，钢柱(1)底部与下方相邻楼板(3)之间的摩擦连接参数；

摩擦连接参数包括钢柱(1)与下层相邻楼板(3)之间的起滑力F_si、钢柱(1)与下层相邻楼板(3)之间发生相对滑动的最大限位行程L和钢柱(1)的最大承受轴力N_fmax；

步骤二、按照初步确定的结构尺寸对结构体系进行建模：在模型中，相邻两个层框架结构中的钢柱(1)上下断开，叠合接触设置，并通过高强拉索(9)连接，考虑钢柱(1)与相邻楼板(3)之间的摩擦连接作用，将钢柱(1)底部与下方相邻楼板(3)之间摩擦的连接参数赋予上下柱之间的连接单元；

步骤三、对模型施加多遇地震作用，对结构体系进行模拟分析；当分析目标值满足验证条件，继续进入下一步设计，当分析目标值不满足验证条件时，返回步骤一，对基本结构参数进行调整，修正设计结构，重新进行分析；

步骤四、对模型施加设防地震作用，对结构体系进行模拟分析；当分析目标值满足验证条件，继续进入下一步设计，当分析目标值经过调整仍无法满足验证条件时，返回步骤一，对基本结构参数进行调整，修正设计结构，重新进行分析；

步骤五、对模型施加罕遇地震作用，对结构体系进行模拟分析；当分析目标值经过调整仍无法满足验证条件时，返回步骤一，对基本结构参数进行调整，修正设计结构，重新进行分析；当分析目标值满足验证条件，继续进入下一步设计，直至完成结构分析设计。