1.本发明属于土木工程结构领域，具体涉及一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构。
背景技术：2.现阶段关于框架摇摆墙结构的创新研究，多在摇摆墙和框架主体结构设置新型的耗能阻尼元件进行创新设计及其研究，但对于改善该结构的耗能概念与方式方面创新较少，目前许多软钢阻尼器设计为小震弹性，而只在中震、大震下起耗能作用，经济性较差，有些阻尼器能够在小震屈服耗能，但附加给结构的刚度较大，地震作用下对主体结构不利。所以，结合“三水准、两阶段”的抗震设计方法，有必要对结构体系耗能形式进行合理设计，以实现分阶段屈服的性能目标，为结构提供两道减震防线。
3.相关框架摇摆墙结构发明专利并没有实现按照我国抗震规范小震不坏、中震可修、大震不倒”的功能要求，只提出该种结构能够在地震作用下能够实现耗能的目标，对于耗能方式还比较粗糙。有些阻尼器能够在小震屈服耗能，但附加给结构的刚度较大，地震作用下对主体结构不利。所以，结合三水准、两阶段”的抗震设计方法，有必要对抗震耗能阻尼器进行合理设计，以实现分阶段屈服的性能目标，为结构提供两道减震防线。
4.本发明基于此，为使结构耗能形式更为合理，减小摇摆墙结构在地震作用下的残余变形，提高其抗震性能提出一种能实现“分阶段”耗能的框架-摇摆墙结构体系。
技术实现要素：5.本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构。
6.本发明的技术方案是：一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，包括框架结构和设置在框架结构之间的摇摆剪力墙墙体，所述摇摆剪力墙墙体与框架结构之间设置有工字型阻尼结构，所述框架结构设置在基础梁上，所述基础梁与摇摆剪力墙墙体底部之间设置有z字型耗能阻尼器组件。
7.更进一步的，所述框架结构包括竖向的框架柱，所述框架柱中设置有横向的框架梁。
8.更进一步的，所述工字型阻尼结构包括工字型软钢连接件，所述工字型软钢连接件的一端与框架柱相连，工字型软钢连接件另一端与摇摆剪力墙墙体侧壁相连。
9.更进一步的，所述框架柱、摇摆剪力墙墙体中内置有预埋钢板，所述工字型软钢连接件两端形成配合板，所述配合板与预埋钢板通过侧螺栓相连。
10.更进一步的，所述z字型耗能阻尼器组件包括设置在摇摆剪力墙墙体下端以及基础梁上端的阻尼器连接板，所述阻尼器连接板侧壁处设置有z字型耗能阻尼器。
11.更进一步的，所述摇摆剪力墙墙体下端设置有u型外包钢板，所述u型外包钢板中形成通孔，所述通孔中设置有通长螺栓组件，所述通长螺栓组件对摇摆剪力墙墙体、u型外包钢板进行固定。
12.更进一步的，所述u型外包钢板下端形成上连接板，所述上连接板中形成上通孔，
所述z字型耗能阻尼器上部形成上部连接孔，底部螺栓组件穿过z字型耗能阻尼器、上连接板后将二者固定。
13.更进一步的，所述基础梁上端设置有下连接板，所述下连接板底部形成底板，所述底板通过螺栓固定到基础梁上，所述下连接板、上连接板上下相对应。
14.更进一步的，所述下连接板中形成下通孔，所述z字型耗能阻尼器下部形成底部连接孔，底部螺栓组件穿过z字型耗能阻尼器、下连接板后将二者固定。
15.更进一步的，所述基础梁上设置有混凝土垫层，所述混凝土垫层上设置有橡胶垫，所述橡胶垫上端与u型外包钢板下端相接触。
16.本发明针对传统框架剪力墙结构存在底部剪力需求过大的问题，放松剪力墙底部与基础的嵌固，使其成为框架摇摆墙结构，减少墙底因剪力过大而发生的破坏。
17.本发明针对框架摇摆墙结构墙体耗能能力较弱的问题，在墙体底部设置z字型耗能金属阻尼器，在墙体侧壁处设置工字型阻尼结构。
18.本发明阻尼器易于更换，分别在摇摆墙体的底部与侧面设有不同形式的阻尼器，工字型软钢连接件、z字型耗能阻尼器组件均通过螺栓进行固定。
19.本发明在墙体结构底部和侧面均设有耗能阻尼器在地震来临时进行能量耗散，且将“分阶段”概念用于框架摇摆墙结构中，为结构抗震提供两道设防机制，结构的摇摆降低了地震作用和结构本身的延性设计需求，减小了地震破坏，节约了结构造价。
附图说明
20.图1 是本发明的主视图；图2 是本发明的侧视图；图3 是本发明的俯视图；图4 是本发明中工字型软钢连接件的安装示意图；图5 是本发明中z字型耗能阻尼器的零件图；图6 是本发明中z字型耗能阻尼器的安装示意图；图7 是本发明中z字型耗能阻尼器的安装侧视图；其中：1摇摆剪力墙墙体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2ꢀꢀ
无粘结预应力钢筋3工字型软钢连接件
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4ꢀꢀ
侧螺栓5预埋钢板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6ꢀꢀ
u型外包钢板7通长螺栓组件
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8ꢀꢀ
底部螺栓组件9z字型耗能阻尼器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10 橡胶垫11 混凝土垫层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12 内置钢棒13 钢槽
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
14 阻尼器连接板15 框架梁
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
16 框架柱17 预埋通长螺杆
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
18 基础梁91 上部连接孔
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
92 底部连接孔93z型槽141上连接板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
142下连接板。
具体实施方式
21.以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：如图1~7所示，一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，包括框架结构和设置在框架结构之间的摇摆剪力墙墙体1，所述摇摆剪力墙墙体1与框架结构之间设置有工字型阻尼结构，所述框架结构设置在基础梁18上，所述基础梁18与摇摆剪力墙墙体1底部之间设置有z字型耗能阻尼器组件。
22.所述框架结构包括竖向的框架柱16，所述框架柱16中设置有横向的框架梁15。
23.所述工字型阻尼结构包括工字型软钢连接件3，所述工字型软钢连接件3的一端与框架柱16相连，工字型软钢连接件3另一端与摇摆剪力墙墙体1侧壁相连。
24.所述框架柱16、摇摆剪力墙墙体1中内置有预埋钢板5，所述工字型软钢连接件3两端形成配合板，所述配合板与预埋钢板5通过侧螺栓4相连。
25.所述z字型耗能阻尼器组件包括设置在摇摆剪力墙墙体1下端以及基础梁18上端的阻尼器连接板14，所述阻尼器连接板14侧壁处设置有z字型耗能阻尼器9。
26.所述摇摆剪力墙墙体1下端设置有u型外包钢板6，所述u型外包钢板6中形成通孔，所述通孔中设置有通长螺栓组件7，所述通长螺栓组件7对摇摆剪力墙墙体1、u型外包钢板6进行固定。
27.所述u型外包钢板6下端形成上连接板141，所述上连接板141中形成上通孔，所述z字型耗能阻尼器9上部形成上部连接孔91，底部螺栓组件8穿过z字型耗能阻尼器9、上连接板141后将二者固定。
28.所述基础梁18上端设置有下连接板142，所述下连接板142底部形成底板，所述底板通过螺栓固定到基础梁18上，所述下连接板142、上连接板141上下相对应。
29.所述下连接板142中形成下通孔，所述z字型耗能阻尼器9下部形成底部连接孔92，底部螺栓组件8穿过z字型耗能阻尼器9、下连接板142后将二者固定。
30.所述基础梁18上设置有混凝土垫层11，所述混凝土垫层11上设置有橡胶垫10，所述橡胶垫10上端与u型外包钢板6下端相接触。
31.在摇摆剪力墙墙体1侧壁处，所述摇摆剪力墙墙体1与框架结构之间的工字型阻尼结构在竖向上等间距均布。
32.在摇摆剪力墙墙体1底部处，所述混凝土垫层11、橡胶垫10位于摇摆剪力墙墙体1、基础梁18中部处，所述z字型耗能阻尼器组件位于混凝土垫层11两侧。
33.所述工字型软钢连接件3为工字型的软钢结构。
34.所述u型外包钢板6中顶部形成凹槽，所述凹槽与摇摆剪力墙墙体1的厚度相适应，所述u型外包钢板6的长度与摇摆剪力墙墙体1的长度相一致。
35.相应的，所述u型外包钢板6中的通长螺栓组件7等间距均布布设。
36.相应的，所述通长螺栓组件7为双排。
37.所述摇摆剪力墙墙体1中设置有竖向的无粘结预应力钢筋2，所述无粘结预应力钢筋2竖向贯穿摇摆剪力墙墙体1。
38.作为一种方式，所述无粘结预应力钢筋2为四根，所述无粘结预应力钢筋2下端探出摇摆剪力墙墙体1，中部的两根无粘结预应力钢筋2穿过混凝土垫层1、橡胶垫10后穿过基础梁18，两个外侧的无粘结预应力钢筋2不穿过混凝土垫层1、橡胶垫10，直接穿过基础梁
18。
39.所述基础梁18底部形成便于装配的凹槽。
40.又一实施例一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，包括框架结构和设置在框架结构之间的摇摆剪力墙墙体1，所述摇摆剪力墙墙体1与框架结构之间设置有工字型阻尼结构，所述框架结构设置在基础梁18上，所述基础梁18与摇摆剪力墙墙体1底部之间设置有z字型耗能阻尼器组件。
41.所述框架结构包括竖向的框架柱16，所述框架柱16中设置有横向的框架梁15。
42.所述工字型阻尼结构包括工字型软钢连接件3，所述工字型软钢连接件3的一端与框架柱16相连，工字型软钢连接件3另一端与摇摆剪力墙墙体1侧壁相连。
43.所述框架柱16、摇摆剪力墙墙体1中内置有预埋钢板5，所述工字型软钢连接件3两端形成配合板，所述配合板与预埋钢板5通过侧螺栓4相连。
44.所述z字型耗能阻尼器组件包括设置在摇摆剪力墙墙体1下端以及基础梁18上端的阻尼器连接板14，所述阻尼器连接板14侧壁处设置有z字型耗能阻尼器9。
45.所述摇摆剪力墙墙体1下端设置有u型外包钢板6，所述u型外包钢板6中形成通孔，所述通孔中设置有通长螺栓组件7，所述通长螺栓组件7对摇摆剪力墙墙体1、u型外包钢板6进行固定。
46.所述u型外包钢板6下端形成上连接板141，所述上连接板141中形成上通孔，所述z字型耗能阻尼器9上部形成上部连接孔91，底部螺栓组件8穿过z字型耗能阻尼器9、上连接板141后将二者固定。
47.所述基础梁18上端设置有下连接板142，所述下连接板142底部形成底板，所述底板通过螺栓固定到基础梁18上，所述下连接板142、上连接板141上下相对应。
48.所述下连接板142中形成下通孔，所述z字型耗能阻尼器9下部形成底部连接孔92，底部螺栓组件8穿过z字型耗能阻尼器9、下连接板142后将二者固定。
49.所述基础梁18上设置有混凝土垫层11，所述混凝土垫层11上设置有橡胶垫10，所述橡胶垫10上端与u型外包钢板6下端相接触。
50.在摇摆剪力墙墙体1侧壁处，所述摇摆剪力墙墙体1与框架结构之间的工字型阻尼结构在竖向上等间距均布。
51.在摇摆剪力墙墙体1底部处，所述混凝土垫层11、橡胶垫10位于摇摆剪力墙墙体11、基础梁18中部处，所述z字型耗能阻尼器组件位于混凝土垫层11两侧。
52.所述工字型软钢连接件3为工字型的软钢结构。
53.所述u型外包钢板6中顶部形成凹槽，所述凹槽与摇摆剪力墙墙体1的厚度相适应，所述u型外包钢板6的长度与摇摆剪力墙墙体1的长度相一致。
54.相应的，所述u型外包钢板6中的通长螺栓组件7等间距均布布设。
55.相应的，所述通长螺栓组件7为双排。
56.所述摇摆剪力墙墙体1中设置有竖向的无粘结预应力钢筋2，所述无粘结预应力钢筋2竖向贯穿摇摆剪力墙墙体1。
57.作为一种方式，所述无粘结预应力钢筋2为四根，所述无粘结预应力钢筋2下端探出摇摆剪力墙墙体1，中部的两根无粘结预应力钢筋2穿过混凝土垫层11、橡胶垫10后穿过
基础梁18，两个外侧的无粘结预应力钢筋2不穿过混凝土垫层1、橡胶垫10，直接穿过基础梁18。
58.所述基础梁18底部形成便于装配的凹槽。
59.本实施例中，所述摇摆剪力墙墙体1中设置有预埋通长螺杆17，所述预埋通长螺杆17连接摇摆剪力墙墙体1中的预埋钢板5。
60.本实施例中，所述摇摆剪力墙墙体1下端设置有内置钢棒12，所述混凝土垫层11顶部形成钢槽13，所述内置钢棒12插入到钢槽13中。
61.所述z字型耗能阻尼器9的中部形成z型槽93。
62.作为一种方式，所述上连接板141、下连接板142两侧各设置有三个z字型耗能阻尼器9。
63.优选的，三个z字型耗能阻尼器9中，中部的z字型耗能阻尼器9与其两侧的z字型耗能阻尼器9方向相反。
64.如图7所示，三个z字型耗能阻尼器9中z型槽93呈交叉状。
65.摇摆剪力墙墙体1与工字型软钢连接的水平方向内设有通长螺栓连接7，通长螺栓连接7有利于传递框架结构给摇摆墙的水平力。
66.所述阻尼器连接板14的作用是通过底部螺栓组件8固定底部阻尼元件z字型软钢。
67.当摇摆剪力墙墙体1摇摆时，通过产生相对于基础梁的位移使z字型软钢9产生塑性变形进行耗能。u型外包钢板6底部为橡胶垫10，为实现墙体1的摇摆。
68.所述橡胶垫10的长度宜为摇摆剪力墙墙体1宽度的70%-80%，且放在摇摆剪力墙墙体1的中部，橡胶垫10的厚度按照摇摆剪力墙墙体1发生1/20转角不与基础梁18发生接触为控制条件计算，同时其最小厚度应大于薄型千斤顶的最小高度，以便橡胶垫10失效或者老化后进行更换。
69.本实施例还设置了抗剪连接，抗剪连接为在橡胶垫10长度的三分点处开洞且贯穿其厚度，并在对应基础部位埋置钢杯或钢槽13，从而将在摇摆剪力墙墙体1外伸两根钢棒12，通过橡胶垫10开洞插入钢杯中。在橡胶垫10与基础梁18之间有混凝土垫层11，其作用是为了垫高墙体，使得墙体z字型阻尼元件有空间存放。
70.为了减小或避免结构震后的残余变形，在摇摆剪力墙墙体1中内置无粘结预应力钢绞线2，利于减小结构震后残余变形。
71.本发明中的分阶段包括以下阶段：在小震作用下，底部的z字型耗能阻尼器组件和框架结构与摇摆剪力墙墙体1连接的工字型阻尼结构均保持弹性状态。
72.在中震作用下，工字型阻尼结构部分屈服耗能或者全部屈服耗能，此时z字型耗能阻尼器组件不屈服。
73.在大震作用下，底部的z字型耗能阻尼器组件和框架与摇摆墙连接的工字型阻尼结构全部屈服。
74.本发明针对传统框架剪力墙结构存在底部剪力需求过大的问题，放松剪力墙底部与基础的嵌固，使其成为框架摇摆墙结构，减少墙底因剪力过大而发生的破坏。
75.本发明针对框架摇摆墙结构墙体耗能能力较弱的问题，在墙体底部设置z字型耗能金属阻尼器；针对剪力墙和框架在地震中总是存在两种变形模式，即框架剪切型变形模
式和剪力墙弯曲型变形模式，且连梁容易出现脆性剪切破坏的问题，将连梁替换为z工字型软钢屈曲约束支撑，使其承担连接作用并充当耗能装置，使结构变成双重耗能型框架摇摆墙结构且能实现分阶段耗能的目的，由于金属阻尼器和工字型软钢的塑性变形均可能导致摇摆墙在震后残余位移过大，因此为摇摆墙设置了自复位装置用以解决残余位移过大的问题。
76.本发明阻尼器易于更换，分别在摇摆墙体的底部与侧面设有不同形式的阻尼器，设于墙体底部的阻尼器为具有z字型耗能肢的阻尼片构成，通过螺栓与墙体连接，在小震作用下底部z字型耗能肢的阻尼元件即进入屈服状态并耗能，此时工字型软钢不屈服或者部分屈服耗能，在中震作用下z字型耗能肢的阻尼元件屈服耗能，此时工字型软钢部分屈服耗能或者全部屈服耗能，在大震作用下z字型耗能肢的阻尼元件和工字型软钢全部屈服。
77.本发明在墙体结构底部和侧面均设有耗能阻尼器在地震来临时进行能量耗散，且首次将“分阶段”概念用于框架摇摆墙结构中，为结构抗震提供两道设防机制，结构的摇摆降低了地震作用和结构本身的延性设计需求，减小了地震破坏，节约了结构造价。
技术特征：1.一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，包括框架结构和设置在框架结构之间的摇摆剪力墙墙体（1），其特征在于：所述摇摆剪力墙墙体（1）与框架结构之间设置有工字型阻尼结构，所述框架结构设置在基础梁（18）上，所述基础梁（18）与摇摆剪力墙墙体（1）底部之间设置有z字型耗能阻尼器组件。2.根据权利要求1所述的一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，其特征在于：所述框架结构包括竖向的框架柱（16），所述框架柱（16）中设置有横向的框架梁（15）。3.根据权利要求2所述的一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，其特征在于：所述工字型阻尼结构包括工字型软钢连接件（3），所述工字型软钢连接件（3）的一端与框架柱（16）相连，工字型软钢连接件（3）另一端与摇摆剪力墙墙体（1）侧壁相连。4.根据权利要求3所述的一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，其特征在于：所述框架柱（16）、摇摆剪力墙墙体（1）中内置有预埋钢板（5），所述工字型软钢连接件（3）两端形成配合板，所述配合板与预埋钢板（5）通过侧螺栓（4）相连。5.根据权利要求2所述的一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，其特征在于：所述z字型耗能阻尼器组件包括设置在摇摆剪力墙墙体（1）下端以及基础梁（18）上端的阻尼器连接板（14），所述阻尼器连接板（14）侧壁处设置有z字型耗能阻尼器（9）。6.根据权利要求5所述的一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，其特征在于：所述摇摆剪力墙墙体（1）下端设置有u型外包钢板（6），所述u型外包钢板（6）中形成通孔，所述通孔中设置有通长螺栓组件（7），所述通长螺栓组件（7）对摇摆剪力墙墙体（1）、u型外包钢板（6）进行固定。7.根据权利要求6所述的一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，其特征在于：所述u型外包钢板（6）下端形成上连接板（141），所述上连接板（141）中形成上通孔，所述z字型耗能阻尼器（9）上部形成上部连接孔（91），底部螺栓组件（8）穿过z字型耗能阻尼器（9）、上连接板（141）后将二者固定。8.根据权利要求7所述的一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，其特征在于：所述基础梁（18）上端设置有下连接板（142），所述下连接板（142）底部形成底板，所述底板通过螺栓固定到基础梁（18）上，所述下连接板（142）、上连接板（141）上下相对应。9.根据权利要求8所述的一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，其特征在于：所述下连接板（142）中形成下通孔，所述z字型耗能阻尼器（9）下部形成底部连接孔（92），底部螺栓组件（8）穿过z字型耗能阻尼器（9）、下连接板（142）后将二者固定。10.根据权利要求9所述的一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，其特征在于：所述基础梁（18）上设置有混凝土垫层（11），所述混凝土垫层（11）上设置有橡胶垫（10），所述橡胶垫（10）上端与u型外包钢板（6）下端相接触。
技术总结本发明公开了一种分阶段耗能的框架-摇摆墙结构，包括框架结构和设置在框架结构之间的摇摆剪力墙墙体，所述摇摆剪力墙墙体与框架结构之间设置有工字型阻尼结构，所述框架结构设置在基础梁上，所述基础梁与摇摆剪力墙墙体底部之间设置有Z字型耗能阻尼器组件。本发明针对传统框架剪力墙结构存在底部剪力需求过大的问题，放松剪力墙底部与基础的嵌固，使其成为框架摇摆墙结构，减少墙底因剪力过大而发生的破坏。本发明在墙体结构底部和侧面均设有耗能阻尼器在地震来临时进行能量耗散，且将“分阶段”概念用于框架摇摆墙结构中，为结构抗震提供两道设防机制，结构的摇摆降低了地震作用和结构本身的延性设计需求，减小了地震破坏，节约了结构造价。节约了结构造价。节约了结构造价。
技术研发人员：白润山 华书建 任龙辉 王秋燕 董齐辉 阮凯 段君胜 李铁林 郭俊岩 杨恩友
受保护的技术使用者：河北建筑工程学院
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2022/7/4
