CN110409604A - 一种预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系及其设计方法 - Google Patents

一种预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系及其设计方法 Download PDF

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Abstract

一种预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系及其设计方法，包括至少两层钢框架结构，相邻钢框架结构在上层柱与下层楼板连接处断开；相邻钢框架结构通过双向滑动摩擦连接装置滑动连接；双向滑动摩擦连接装置包括上C型板、下C型板、摩擦片和连接件；上C型板的板面上开有第一横向长条孔；下C型板的板面上开有第一纵向长条孔；上C型板与下C型板相互插接，且通过穿在第一横向长条孔与对应的第一纵向长条孔中的连接件连接；上C型板与底部连接板连接；下C型板与顶部连接板连接；摩擦片设置在第一顶板与第二顶板之间、第二顶板与第一底板之间以及第一底板与第二底板之间。本发明解决了传统的装配式结构钢柱连接结构耗能性能差和连接节点施工困难的技术问题。

Description

一种预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系及其设计方法
技术领域
本发明属于结构工程技术领域，特别是一种预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系及其设计方法。
背景技术
装配式钢结构建筑是指主体结构由钢构件构成，由预制部品部件在工地装配而成的装配式建筑，是以工业化建造方式为基础，实现结构***、***护***、设备与管线***、内装***等一体化，以及策划、设计、生产与施工一体化的过程，最终在工地高效、可靠装配，并实现了建筑围护、主体结构、机电装修为一体的建筑，体现了绿色建筑的思想，是现代建筑发展的方向。传统的装配式结构体系中钢柱连接结构一般采用焊接或者螺栓连接；其连接节点为刚性，具有施工困难、环境污染较大、耗能性能差以及装配式结构体系的抗震性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系及其设计方法，要解决传统的装配式结构钢柱连接结构耗能性能差和连接节点施工困难的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系，包括有至少两层钢框架结构，且相邻两层钢框架结构在上层柱与下层楼板连接处断开；每层钢框架结构包括均有钢柱、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，对应连接在横向相邻和纵向相邻的钢柱的顶部之间；楼板设置在一组钢梁的顶部；在上层钢框架结构的钢柱底部设置有底部连接板；所述底部连接板上间隔开设有第一连接孔；在下层钢框架结构的钢柱顶部设置有顶部连接板；所述顶部连接板上间隔开设有第二连接孔；相邻钢框架结构之间通过设置在顶部连接板与底部连接板之间的双向滑动摩擦连接装置滑动连接，并且双向滑动摩擦连接装置的底面与楼板顶面平齐；
所述双向滑动摩擦连接装置包括有上C型板、下C型板、摩擦片和连接件；
所述上C型板包括有第一顶板、第一底板以及连接在第一顶板和第一底板侧边之间的第一竖板；其中，第一顶板的宽度大于第一底板的宽度；所述第一顶板和第一底板的板面上分别沿纵向间隔开有一组第一横向长条孔，并且第一顶板上的第一横向长条孔与第一底板上的第一横向长条孔对应设置；在第一顶板上、对应第一连接孔的位置处开设有第一穿孔；所述上C型板通过穿设在第一穿孔和第一连接孔中的第一螺栓与底部连接板连接；
所述下C型板包括有第二顶板、第二底板以及连接在第二顶板和第二底板侧边之间的第二竖板；其中，第二顶板的宽度小于第二底板的宽度；所述第二顶板和第二底板的板面上分别沿横向间隔开有一组第一纵向长条孔，并且第二顶板上的第一纵向长条孔与第二底板上的第一纵向长条孔对应设置；所述上C型板的第一底板插接在下C型板的第二顶板与第二底板之间，下C型板的第二顶板插接在上C型板的第一顶板与第一底板之间，且第一纵向长条孔与第一横向长条孔对应相交；在第二底板上、对应第二连接孔的位置处开设有第二穿孔；所述下C型板通过穿设在第二穿孔和第二连接孔中的第二螺栓与顶部连接板连接；
所述摩擦片有三块，分别设置在第一顶板与第二顶板之间、第二顶板与第一底板之间以及第一底板与第二底板之间；所述连接件有一组，对应穿设在第一横向长条孔与对应的第一纵向长条孔中，将上C型板与下C型板滑动连接；其中，每个连接件的预紧力为1kN~500kN。
优选的，所述底部连接板为环形板，且连接在上层钢框架结构的钢柱底部边缘的外侧；所述顶部连接板为环形板，且连接在下层钢框架结构的钢柱顶部边缘的外侧。
优选的，所述连接件为高强螺栓或者为预应力拉索。
优选的，当所述连接件为预应力拉索时，所述预应力拉索竖向贯穿结构体系中竖向对应的钢柱。
优选的，所述上C型板中第一顶板的宽度比第一底板的宽度大10mm~100mm。
优选的，所述下C型板中第二底板的宽度比第二顶板的宽度大10mm~100mm。
优选的，所述摩擦片的由为酚醛树脂材料制成或者由高性能碳纤维摩擦材料制成或者由黄铜制成。
优选的，在位于第一顶板与第二顶板之间的摩擦片上、对应第一横向长条孔的位置处开设有第二横向长条孔；
在位于第二顶板与第一底板之间的摩擦片上、对应第一横向长条孔的位置处开设有第三横向长条孔；
在位于第二顶板与第一底板之间的摩擦片上、对应第一纵向长条孔的位置处开设有第三纵向长条孔，并且第三横向长条孔与第三纵向长条孔之间连通；
在位于第一底板与第二底板之间的摩擦片上、对应第一纵向长条孔的位置处开设有第二纵向长条孔。
一种预应力装配式钢框架摩擦减震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，初步确定钢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，连接件的预拉力P，双向滑动摩擦连接装置的初始刚度Ki、双向滑动摩擦连接装置中上C型板与下C型板之间的相对起滑力Fsi、双向滑动摩擦连接装置中上C型板与下C型板之间的最大相对位移行程L以及双向滑动摩擦连接装置的最大承受轴力Nfmax；其中，i相邻两层钢框架结构中钢柱之间的节点编号。
初始刚度：Ki=12EI/h3，其中E为材料弹性模量，I为双向滑动摩擦连接装置的截面惯性距，h为双向滑动摩擦连接装置的高度。
起滑力Fsi：Fsi=1.4×μNi，其中μ为摩擦系数，依据选择摩擦片的材料进行确定，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连接件的预拉力P，预拉力P取高强螺栓设计预拉力或预应力拉索的极限拉力的0.2倍。
最大相对位移行程L：根据钢柱的截面尺寸和双向滑动摩擦连接装置中上C型板与下C型板之间的实际最大滑移量确定，取30~60mm。
最大承受轴力Nfmax：根据摩擦材料不破碎进行控制，即Nfmax=b1×b2×Pf；其中，b1和b2分别为摩擦片的长度和宽度，Pf 为摩擦片的抗压强度。
步骤二，按照步骤一中初步确定的各个参数对钢结构体系进行建模，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，将双向滑动摩擦连接装置的初始刚度Ki、起滑力Fsi、最大相对位移行程L以及最大承受轴力Nfmax输入连接单元中。
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，分析时所述连接件为高强螺栓；具体分析方法包括步骤如下。
步骤1，在模型中提取对应的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i，并验证轴向压力值N多遇i是否满足下列公式要求：0＜N多遇i＜Nfmax ；
若0＜N多遇i＜Nfmax，继续步骤2的过程；
若N多遇i≥Nfmax，在步骤一中对连接件的预拉力P进行调整，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，在模型中提取地震作用下每根钢柱底部的双向滑动摩擦连接装置中产生的剪力V多遇i，判断连接节点处剪力是否小于双向滑动摩擦连接装置的起滑力Fsi；
若V多遇i＜Fsi，继续步骤3的过程；
若V多遇i≥Fsi，在步骤一中调整双向滑动摩擦连接装置的摩擦系数μ和连接件的预拉力P，并且重复步骤一至步骤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是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4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≤f/0.75，其中f为钢材强度设计值；该构件包括钢梁和钢柱；
若f多遇e≤f/0.75，继续步骤5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：在模型中提取出每个双向滑动摩擦连接装置左右两端的弯矩M多遇，并结合起滑力Fsi，按照下列公式进行双向滑动摩擦连接装置中高强螺栓的数量和规格设计：
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多遇×ymax）/（∑yi）＜Nt b ，其中yi为高强螺栓距双向滑动摩擦连接装置中心线的距离，Nt b =0.8Pt，ymax为高强螺栓距双向滑动摩擦连接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，分析时所述连接件为高强螺栓；具体分析方法包括步骤如下。
步骤Ⅰ，在模型中提取对应的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i，并验证轴向压力值N设防i是否满足下列公式要求：0＜N设防i＜Nfmax ；
若0＜N设防i＜Nfmax，继续步骤Ⅱ的过程；
若N设防i≥Nfmax，在步骤一中对连接件的预拉力P进行调整，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，在模型中提取双向滑动摩擦连接装置的上C型板与下C型板的最大相对滑移行程△u设防1i，并验证最大相对滑移行程△u设防1i是否小于双向滑动摩擦连接装置的最大相对位移行程L；
若△u设防1i＜L，继续步骤Ⅲ的过程；
若△u设防1i≥L，在步骤一中调整双向滑动摩擦连接装置的起滑力Fsi或最大相对位移行程L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≤fy，其中fy为钢材屈服强度设计值；该构件包括钢梁和钢柱；
若f设防e≤fy，继续步骤Ⅴ的过程；
若f设防e＞fy，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，在模型中提取出每个双向滑动摩擦连接装置左右两端的弯矩M设防，判断是否满足下列公式要求：
高强螺栓规格：Nt =（M设防×ymax）/（∑yi）＜Nt b，其中yi为高强螺栓距双向滑动摩擦连接装置中心线的距离，Nt b =0.8Pt，ymax为高强螺栓距双向滑动摩擦连接装置中心线的最大距离；
若Nt＜Nt b，继续步骤五的过程；
若Nt≥Nt b，返回步骤5重新进行双向滑动摩擦连接装置中高强螺栓的数量和规格设计与钢柱的设计，并且重复步骤Ⅰ至步骤Ⅴ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，所述连接件为预应力拉索；具体分析方法包括步骤如下。
步骤ⅰ，在模型中提取对应的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i，并验证轴向压力值N罕遇i是否满足下列公式要求：0＜N罕遇i＜Nfmax ；
若0＜N罕遇i＜Nfmax，继续步骤ii的过程；
若N罕遇i≥Nfmax，在步骤一中对连接件的预拉力P进行调整，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，在模型中提取双向滑动摩擦连接装置的上C型板与下C型板的最大相对滑移行程△u罕遇1i，并验证最大相对滑移行程△u罕遇1i是否小于双向滑动摩擦连接装置的最大相对位移行程L；
若△u罕遇1i＜L，继续步骤ⅲ的过程；
若△u罕遇1i≥L，在步骤一中调整双向滑动摩擦连接装置的起滑力Fsi或最大相对位移行程L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是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/或钢柱的截面尺寸和预应力拉索的预拉力P，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%调整双向滑动摩擦连接装置的起滑力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，摩擦系数μ的调整方法采用更换摩擦片的材料；
最大相对位移行程L的调整方法采用更换摩擦片的材料和/或调整钢柱的截面尺寸；
起滑力Fsi的调整方法采用更换双向滑动摩擦连接装置的摩擦片的材料和/或调整预紧力P。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
1、本发明的预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系，在相邻两层钢框架结构中通过设置双向摩擦阻尼器相互运动耗散地震能量，减少构件损伤，提高结构抗震性能；将双向滑动摩擦连接装置作为一种连接装置应用于装配式钢框架结构的钢柱与钢柱连接中，在地震作用下发生侧向位移达到双向滑动摩擦连接装置起滑位移时，节点连接处通过上C型板与下C型板之间相互摩擦耗散地震能量，减少节点损伤，既保证了上下柱之间的高效装配，减少了环境污染，又能够提高连接处节点的抗震性能。
2、本发明的预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系，多个相同的单层钢框架结构的钢柱之间通过双向滑动摩擦连接装置进行连接，相邻两层钢柱之间通过施加预应力完成装配，是建造方式的重大变革，有利于节约资源、减少施工污染、提高生产效率和质量安全水平，有利于促进建筑业与信息化工业化深度融合、推动和化解过剩产能。
3、本发明提出了一种预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系及其设计方法，适用于装配式钢结构，其目的在于提高装配式钢结构施工效率的同时增强结构的抗震性能，填补针对该体系的设计方法的空缺，保证受力性能，进一步推广预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系工程应用，降低工程造价。
4、本发明中预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系传力路径明确，震后容易修复，具有良好的使用性能；并且预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系设计方法，完善了结构体系设计方法，保证了预应力装配式钢框架摩擦减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是本发明的预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系结构示意图。
图2是本发明中连接件为预应力拉索时的上下层钢框架结构连接节点结构示意图。
图3是本发明中连接件为高强螺栓时的上下层钢框架结构连接节点结构示意图。
图4是本发明中双向滑动摩擦连接装置的立体结构示意图。
图5是本发明中双向滑动摩擦连接装置的竖向切面结构示意图。
图6是本发明中上C型板的平面结构示意图。
图7是本发明中上C型板的竖向切面结构示意图。
图8是本发明中下C型板的底面结构示意图。
图9是本发明中下C型板的竖向切面结构示意图。
图10是本发明中钢柱底部设置底部连接板的结构示意图。
图11是本发明中钢柱顶部设置顶部连接板的结构示意图。
图12是本发明中设置在第一顶板与第二顶板之间的摩擦片的结构示意图。
图13是本发明中设置在第二顶板与第一底板之间的摩擦片的结构示意图。
图14是本发明中设置在第一底板与第二底板之间的摩擦片的结构示意图。
附图标记：1－钢柱、2－钢梁、3－楼板、4－底部连接板、5－第一连接孔、6－顶部连接板、7－第二连接孔、8－双向滑动摩擦连接装置、8.1－上C型板、8.1.1－第一顶板、8.1.2－第一底板、8.1.3－第一竖板、8.2－下C型板、8.2.1－第二顶板、8.2.2－第二底板、8.2.3－第二竖板、8.3－摩擦片、8.4－连接件、9－第一横向长条孔、10－第一穿孔、11－第一纵向长条孔、12－第二穿孔、13－第二纵向长条孔14－第三纵向长条孔、15－第一螺栓、16－第二螺栓、17－第二横向长条孔、18－第三横向长条孔。
具体实施方式
如图1-14所示，这种预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系，包括有至少两层钢框架结构，且相邻两层钢框架结构在上层钢柱1与下层的楼板3连接处断开；每层钢框架结构包括均有钢柱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，对应连接在横向相邻和纵向相邻的钢柱1的顶部之间；楼板3设置在一组钢梁2的顶部；在上层钢框架结构的钢柱1底部设置有底部连接板4；所述底部连接板4上间隔开设有第一连接孔5；在下层钢框架结构的钢柱1顶部设置有顶部连接板6；所述顶部连接板6上间隔开设有第二连接孔7；相邻钢框架结构之间通过设置在顶部连接板6与底部连接板4之间的双向滑动摩擦连接装置8滑动连接，并且双向滑动摩擦连接装置8的底面与楼板3顶面平齐；
所述双向滑动摩擦连接装置8包括有上C型板8.1、下C型板8.2、摩擦片8.3和连接件8.4；
所述上C型板8.1包括有第一顶板8.1.1、第一底板8.1.2以及连接在第一顶板8.1.1和第一底板8.1.2侧边之间的第一竖板8.1.3；其中，第一顶板8.1.1的宽度大于第一底板8.1.2的宽度；所述第一顶板8.1.1和第一底板8.1.2的板面上分别沿纵向间隔开有一组第一横向长条孔9，并且第一顶板8.1.1上的第一横向长条孔9与第一底板8.1.2上的第一横向长条孔9对应设置；在第一顶板8.1.1上、对应第一连接孔5的位置处开设有第一穿孔10；所述上C型板8.1通过穿设在第一穿孔10和第一连接孔5中的第一螺栓15与底部连接板4连接；
所述下C型板8.2包括有第二顶板8.2.1、第二底板8.2.2以及连接在第二顶板8.2.1和第二底板8.2.2侧边之间的第二竖板8.2.3；其中，第二顶板8.2.1的宽度小于第二底板8.2.2的宽度；所述第二顶板8.2.1和第二底板8.2.2的板面上分别沿横向间隔开有一组第一纵向长条孔11，并且第二顶板8.2.1上的第一纵向长条孔11与第二底板8.2.2上的第一纵向长条孔11对应设置；所述上C型板8.1的第一底板8.1.2插接在下C型板8.2的第二顶板8.2.1与第二底板8.2.2之间，下C型板8.2的第二顶板8.2.1插接在上C型板8.1的第一顶板8.1.1与第一底板8.1.2之间，且第一纵向长条孔11与第一横向长条孔9对应相交；在第二底板8.2.2上、对应第二连接孔7的位置处开设有第二穿孔12；所述下C型板8.2通过穿设在第二穿孔12和第二连接孔7中的第二螺栓15与顶部连接板6连接；
所述摩擦片8.3有三块，分别设置在第一顶板8.1.1与第二顶板8.2.1之间、第二顶板8.2.1与第一底板8.1.2之间以及第一底板8.1.2与第二底板8.2.2之间；所述连接件8.4有一组，对应穿设在第一横向长条孔9与对应的第一纵向长条孔11中，将上C型板8.1与下C型板8.2滑动连接；其中，每个连接件8.4的预紧力为1kN~500kN。
本实施例中，所述底部连接板4为环形板，且连接在上层钢框架结构的钢柱1底部边缘的外侧；所述顶部连接板6为环形板，且连接在下层钢框架结构的钢柱1顶部边缘的外侧。
本实施例中，所述连接件8.4为高强螺栓或者为预应力拉索。
本实施例中，当所述连接件8.4为预应力拉索时，所述预应力拉索竖向贯穿结构体系中竖向对应的钢柱1。
本实施例中，所述上C型板8.1中第一顶板8.1.1的宽度比第一底板8.1.2的宽度大10mm~100mm。
本实施例中，所述下C型板8.2中第二底板8.2.2的宽度比第二顶板8.2.1的宽度大10mm~100mm。
本实施例中，所述摩擦片8.3的由为酚醛树脂材料制成或者由高性能碳纤维摩擦材料制成或者由黄铜制成。
本实施例中，在位于第一顶板8.1.1与第二顶板8.2.1之间的摩擦片8.3上、对应第一横向长条孔9的位置处开设有第二横向长条孔17；
在位于第二顶板8.2.1与第一底板8.1.2之间的摩擦片8.3上、对应第一横向长条孔9的位置处开设有第三横向长条孔18；在位于第二顶板8.2.1与第一底板8.1.2之间的摩擦片8.3上、对应第一纵向长条孔11的位置处开设有第三纵向长条孔14，并且第三横向长条孔18与第三纵向长条孔14之间连通；
在位于第一底板8.1.2与第二底板8.2.2之间的摩擦片8.3上、对应第一纵向长条孔11的位置处开设有第二纵向长条孔13。
这种预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系的设计方法，其设计目标为在多遇地震作用下，上下层钢框架结构的钢柱1之间不进行滑动，结构构件完好，满足小震作用下强度和变形的结构指标，保证小震不坏的性能化设计要求；在设防地震作用下，上下层钢框架结构的钢柱1之间进行滑动，控制层间最大位移角小于1/125，结构体系轻微损坏，结构构件简单修理后继续使用，无需更换双向滑动摩擦连接装置8，保证中震可修的性能化设计要求；在罕遇地震作用下，上下层钢框架结构的钢柱1之间进行滑动，控制层间最大位移角小于1/60，结构体系中等破坏，结构构件需加固后继续使用，根据检修情况确定是否更换双向滑动摩擦连接装置8，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，具体分为多遇地震设计、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，初步确定钢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，连接件8.4的预拉力P，双向滑动摩擦连接装置8的初始刚度Ki、双向滑动摩擦连接装置8中上C型板8.1与下C型板8.2之间的相对起滑力Fsi、双向滑动摩擦连接装置8中上C型板8.1与下C型板8.2之间的最大相对位移行程L以及双向滑动摩擦连接装置8的最大承受轴力Nfmax；其中，i相邻两层钢框架结构中钢柱1之间的节点编号。
初始刚度：Ki=12EI/h3，其中E为材料弹性模量，I为双向滑动摩擦连接装置8的截面惯性距，h为双向滑动摩擦连接装置8的高度。
起滑力Fsi：Fsi=1.4×μNi，其中μ为摩擦系数，依据选择摩擦片8.3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的轴力和连接件8.4的预拉力P，预拉力P取高强螺栓设计预拉力或预应力拉索的极限拉力的0.2倍。
最大相对位移行程L：根据钢柱1的截面尺寸和双向滑动摩擦连接装置8中上C型板8.1与下C型板8.2之间的实际最大滑移量确定，取30~60mm。
最大承受轴力Nfmax：根据摩擦材料不破碎进行控制，即Nfmax=b1×b2×Pf；其中，b1和b2分别为摩擦片8.3的长度和宽度，Pf 为摩擦片8.3的抗压强度。
步骤二，按照步骤一中初步确定的各个参数对钢结构体系进行建模，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，将双向滑动摩擦连接装置8的初始刚度Ki、起滑力Fsi、最大相对位移行程L以及最大承受轴力Nfmax输入连接单元中。
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，分析时所述连接件8.4为高强螺栓；具体分析方法包括步骤如下。
步骤1，在模型中提取对应的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i，并验证轴向压力值N多遇i是否满足下列公式要求：0＜N多遇i＜Nfmax ；
若0＜N多遇i＜Nfmax，继续步骤2的过程；
若N多遇i≥Nfmax，在步骤一中对连接件8.4的预拉力P进行调整，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，在模型中提取地震作用下每根钢柱1底部的双向滑动摩擦连接装置8中产生的剪力V多遇i，判断连接节点处剪力是否小于双向滑动摩擦连接装置8的起滑力Fsi；
若V多遇i＜Fsi，继续步骤3的过程；
若V多遇i≥Fsi，在步骤一中调整双向滑动摩擦连接装置8的摩擦系数μ和连接件8.4的预拉力P ，并且重复步骤一至步骤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是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4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≤f/0.75，其中f为钢材强度设计值；该构件包括钢梁2和钢柱1；
若f多遇e≤f/0.75，继续步骤5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：在模型中提取出每个双向滑动摩擦连接装置8左右两端的弯矩M多遇，并结合起滑力Fsi，按照下列公式进行双向滑动摩擦连接装置8中高强螺栓的数量和规格设计：
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多遇×ymax）/∑yi＜Nt b ，其中yi为高强螺栓距双向滑动摩擦连接装置8中心线的距离，Nt b =0.8Pt，ymax为高强螺栓距双向滑动摩擦连接装置8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，分析时所述连接件8.4为高强螺栓；具体分析方法包括步骤如下。
步骤Ⅰ，在模型中提取对应的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i，并验证轴向压力值N设防i是否满足下列公式要求：0＜N设防i＜Nfmax ；
若0＜N设防i＜Nfmax，继续步骤Ⅱ的过程；
若N设防i≥Nfmax，在步骤一中对连接件8.4的预拉力P进行调整，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，在模型中提取双向滑动摩擦连接装置8的上C型板8.1与下C型板8.2的最大相对滑移行程△u设防1i，并验证最大相对滑移行程△u设防1i是否小于双向滑动摩擦连接装置8的最大相对位移行程L；
若△u设防1i＜L，继续步骤Ⅲ的过程；
若△u设防1i≥L，在步骤一中调整双向滑动摩擦连接装置8的起滑力Fsi或最大相对位移行程L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≤fy，其中fy为钢材屈服强度设计值；该构件包括钢梁2和钢柱1；
若f设防e≤fy，继续步骤Ⅴ的过程；
若f设防e＞fy，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，在模型中提取出每个双向滑动摩擦连接装置8左右两端的弯矩M设防，判断是否满足下列公式要求：
高强螺栓规格：Nt =（M设防×ymax）/∑yi＜Nt b，其中yi为高强螺栓距双向滑动摩擦连接装置8中心线的距离，Nt b =0.8Pt，ymax为高强螺栓距双向滑动摩擦连接装置8中心线的最大距离；
若Nt＜Nt b，继续步骤五的过程；
若Nt≥Nt b，返回步骤5重新进行双向滑动摩擦连接装置8中高强螺栓的数量和规格设计与钢柱1的设计，并且重复步骤Ⅰ至步骤Ⅴ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，所述连接件8.4为预应力拉索；具体分析方法包括步骤如下。
步骤ⅰ，在模型中提取对应的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i，并验证轴向压力值N罕遇i是否满足下列公式要求：0＜N罕遇i＜Nfmax ；
若0＜N罕遇i＜Nfmax，继续步骤ii的过程；
若N罕遇i≥Nfmax，在步骤一中对连接件8.4的预拉力P进行调整，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，在模型中提取双向滑动摩擦连接装置8的上C型板8.1与下C型板8.2的最大相对滑移行程△u罕遇1i，并验证最大相对滑移行程△u罕遇1i是否小于双向滑动摩擦连接装置8的最大相对位移行程L；
若△u罕遇1i＜L，继续步骤ⅲ的过程；
若△u罕遇1i≥L，在步骤一中调整双向滑动摩擦连接装置8的起滑力Fsi或最大相对位移行程L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是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的截面尺寸和预应力拉索的预拉力P，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%调整双向滑动摩擦连接装置8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，摩擦系数μ的调整方法采用更换摩擦片8.3的材料；
最大相对位移行程L的调整方法采用更换摩擦片8.3的材料和/或调整钢柱1的截面尺寸；
起滑力Fsi的调整方法采用更换双向滑动摩擦连接装置的摩擦片8.3的材料和/或调整预紧力P。
本实施例中，多个相同的单层钢框架结构可根据吊装能力的需要，采取现场地面拼装后整体吊装或者构件单独吊装后再拼接方式。
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 (10)

1.一种预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系，包括有至少两层钢框架结构，且相邻两层钢框架结构在上层柱与下层楼板连接处断开；每层钢框架结构包括均有钢柱（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，对应连接在横向相邻和纵向相邻的钢柱（1）的顶部之间；楼板（3）设置在一组钢梁（2）的顶部；其特征在于：在上层钢框架结构的钢柱（1）底部设置有底部连接板（4）；所述底部连接板（4）上间隔开设有第一连接孔（5）；在下层钢框架结构的钢柱（1）顶部设置有顶部连接板（6）；所述顶部连接板（6）上间隔开设有第二连接孔（7）；相邻钢框架结构之间通过设置在顶部连接板（6）与底部连接板（4）之间的双向滑动摩擦连接装置（8）滑动连接，并且双向滑动摩擦连接装置（8）的底面与楼板（3）顶面平齐；
所述双向滑动摩擦连接装置（8）包括有上C型板（8.1）、下C型板（8.2）、摩擦片（8.3）和连接件（8.4）；
所述上C型板（8.1）包括有第一顶板（8.1.1）、第一底板（8.1.2）以及连接在第一顶板（8.1.1）和第一底板（8.1.2）侧边之间的第一竖板（8.1.3）；其中，第一顶板（8.1.1）的宽度大于第一底板（8.1.2）的宽度；所述第一顶板（8.1.1）和第一底板（8.1.2）的板面上分别沿纵向间隔开有一组第一横向长条孔（9），并且第一顶板（8.1.1）上的第一横向长条孔（9）与第一底板（8.1.2）上的第一横向长条孔（9）对应设置；在第一顶板（8.1.1）上、对应第一连接孔（5）的位置处开设有第一穿孔（10）；所述上C型板（8.1）通过穿设在第一穿孔（10）和第一连接孔（5）中的第一螺栓（15）与底部连接板（4）连接；
所述下C型板（8.2）包括有第二顶板（8.2.1）、第二底板（8.2.2）以及连接在第二顶板（8.2.1）和第二底板（8.2.2）侧边之间的第二竖板（8.2.3）；其中，第二顶板（8.2.1）的宽度小于第二底板（8.2.2）的宽度；所述第二顶板（8.2.1）和第二底板（8.2.2）的板面上分别沿横向间隔开有一组第一纵向长条孔（11），并且第二顶板（8.2.1）上的第一纵向长条孔（11）与第二底板（8.2.2）上的第一纵向长条孔（11）对应设置；所述上C型板（8.1）的第一底板（8.1.2）插接在下C型板（8.2）的第二顶板（8.2.1）与第二底板（8.2.2）之间，下C型板（8.2）的第二顶板（8.2.1）插接在上C型板（8.1）的第一顶板（8.1.1）与第一底板（8.1.2）之间，且第一纵向长条孔（11）与第一横向长条孔（9）对应相交；在第二底板（8.2.2）上、对应第二连接孔（7）的位置处开设有第二穿孔（12）；所述下C型板（8.2）通过穿设在第二穿孔（12）和第二连接孔（7）中的第二螺栓（15）与顶部连接板（6）连接；
所述摩擦片（8.3）有三块，分别设置在第一顶板（8.1.1）与第二顶板（8.2.1）之间、第二顶板（8.2.1）与第一底板（8.1.2）之间以及第一底板（8.1.2）与第二底板（8.2.2）之间；所述连接件（8.4）有一组，对应穿设在第一横向长条孔（9）与对应的第一纵向长条孔（11）中，将上C型板（8.1）与下C型板（8.2）滑动连接；其中，每个连接件（8.4）的预紧力为1kN~500kN。
2.根据权利要求1所述的预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系，其特征在于：所述底部连接板（4）为环形板，且连接在上层钢框架结构的钢柱（1）底部边缘的外侧；所述顶部连接板（6）为环形板，且连接在下层钢框架结构的钢柱（1）顶部边缘的外侧。
3.根据权利要求1所述的预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系，其特征在于：所述连接件（8.4）为高强螺栓或者为预应力拉索。
4.根据权利要求2所述的预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系，其特征在于：当所述连接件（8.4）为预应力拉索时，所述预应力拉索竖向贯穿结构体系中竖向对应的钢柱（1）。
5.根据权利要求1所述的预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系，其特征在于：所述上C型板（8.1）中第一顶板（8.1.1）的宽度比第一底板（8.1.2）的宽度大10mm~100mm。
6.根据权利要求1所述的预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系，其特征在于：所述下C型板（8.2）中第二底板（8.2.2）的宽度比第二顶板（8.2.1）的宽度大10mm~100mm。
7.根据权利要求1所述的预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系，其特征在于：所述摩擦片（8.3）的由为酚醛树脂材料制成或者由高性能碳纤维摩擦材料制成或者由黄铜制成。
8.根据权利要求1所述的预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系，其特征在于：在位于第一顶板（8.1.1）与第二顶板（8.2.1）之间的摩擦片（8.3）上、对应第一横向长条孔（9）的位置处开设有第二横向长条孔（17）；
在位于第二顶板（8.2.1）与第一底板（8.1.2）之间的摩擦片（8.3）上、对应第一横向长条孔（9）的位置处开设有第三横向长条孔（18）；
在位于第二顶板（8.2.1）与第一底板（8.1.2）之间的摩擦片（8.3）上、对应第一纵向长条孔（11）的位置处开设有第三纵向长条孔（14），并且第三横向长条孔（18）与第三纵向长条孔（14）之间连通；
在位于第一底板（8.1.2）与第二底板（8.2.2）之间的摩擦片（8.3）上、对应第一纵向长条孔（11）的位置处开设有第二纵向长条孔（13）。
9.一种权利要求1-8中任意一项所述的预应力装配式钢框架摩擦减震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，初步确定钢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，连接件（8.4）的预拉力P，双向滑动摩擦连接装置（8）的初始刚度Ki、双向滑动摩擦连接装置（8）中上C型板（8.1）与下C型板（8.2）之间的相对起滑力Fsi、双向滑动摩擦连接装置（8）中上C型板（8.1）与下C型板（8.2）之间的最大相对位移行程L以及双向滑动摩擦连接装置（8）的最大承受轴力Nfmax；其中，i相邻两层钢框架结构中钢柱（1）之间的节点编号；
初始刚度：Ki=12EI/h3，其中E为材料弹性模量，I为双向滑动摩擦连接装置（8）的截面惯性距，h为双向滑动摩擦连接装置（8）的高度；
起滑力Fsi：Fsi=1.4×μNi，其中μ为摩擦系数，依据选择摩擦片（8.3）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）的轴力和连接件（8.4）的预拉力P，预拉力P取高强螺栓设计预拉力或预应力拉索的极限拉力的0.2倍；
最大相对位移行程L：根据钢柱（1）的截面尺寸和双向滑动摩擦连接装置（8）中上C型板（8.1）与下C型板（8.2）之间的实际最大滑移量确定，取30~60mm；
最大承受轴力Nfmax：根据摩擦材料不破碎进行控制，即Nfmax=b1×b2×Pf；其中，b1和b2分别为摩擦片（8.3）的长度和宽度，Pf 为摩擦片（8.3）的抗压强度；
步骤二，按照步骤一中初步确定的各个参数对钢结构体系进行建模，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，将双向滑动摩擦连接装置（8）的初始刚度Ki、起滑力Fsi、最大相对位移行程L以及最大承受轴力Nfmax输入连接单元中；
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，分析时所述连接件（8.4）为高强螺栓；具体分析方法包括步骤如下：
步骤1，在模型中提取对应的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i，并验证轴向压力值N多遇i是否满足下列公式要求：0＜N多遇i＜Nfmax ；
若0＜N多遇i＜Nfmax，继续步骤2的过程；
若N多遇i≥Nfmax，在步骤一中对连接件（8.4）的预拉力P进行调整，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，在模型中提取地震作用下每根钢柱（1）底部的双向滑动摩擦连接装置（8）中产生的剪力V多遇i，判断连接节点处剪力是否小于双向滑动摩擦连接装置（8）的起滑力Fsi；
若V多遇i＜Fsi，继续步骤3的过程；
若V多遇i≥Fsi，在步骤一中调整双向滑动摩擦连接装置（8）的摩擦系数μ和连接件（8.4）的预拉力P ，并且重复步骤一至步骤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是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4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≤f/0.75，其中f为钢材强度设计值；该构件包括钢梁（2）和钢柱（1）；
若f多遇e≤f/0.75，继续步骤5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：在模型中提取出每个双向滑动摩擦连接装置（8）左右两端的弯矩M多遇，并结合起滑力Fsi，按照下列公式进行双向滑动摩擦连接装置（8）中高强螺栓的数量和规格设计：
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多遇×ymax）/（∑yi）＜Nt b ，其中yi为高强螺栓距双向滑动摩擦连接装置（8）中心线的距离，Nt b =0.8Pt，ymax为高强螺栓距双向滑动摩擦连接装置（8）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，分析时所述连接件（8.4）为高强螺栓；具体分析方法包括步骤如下：
步骤Ⅰ，在模型中提取对应的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i，并验证轴向压力值N设防i是否满足下列公式要求：0＜N设防i＜Nfmax ；
若0＜N设防i＜Nfmax，继续步骤Ⅱ的过程；
若N设防i≥Nfmax，在步骤一中对连接件（8.4）的预拉力P进行调整，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，在模型中提取双向滑动摩擦连接装置（8）的上C型板（8.1）与下C型板（8.2）的最大相对滑移行程△u设防1i，并验证最大相对滑移行程△u设防1i是否小于双向滑动摩擦连接装置（8）的最大相对位移行程L；
若△u设防1i＜L，继续步骤Ⅲ的过程；
若△u设防1i≥L，在步骤一中调整双向滑动摩擦连接装置（8）的起滑力Fsi或最大相对位移行程L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≤fy，其中fy为钢材屈服强度设计值；该构件包括钢梁（2）和钢柱（1）；
若f设防e≤fy，继续步骤Ⅴ的过程；
若f设防e＞fy，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，在模型中提取出每个双向滑动摩擦连接装置（8）左右两端的弯矩M设防，判断是否满足下列公式要求：
高强螺栓规格：Nt =（M设防×ymax）/（∑yi）＜Nt b，其中yi为高强螺栓距双向滑动摩擦连接装置（8）中心线的距离，Nt b =0.8Pt，ymax为高强螺栓距双向滑动摩擦连接装置（8）中心线的最大距离；
若Nt＜Nt b，继续步骤五的过程；
若Nt≥Nt b，返回步骤5重新进行双向滑动摩擦连接装置（8）中高强螺栓的数量和规格设计与钢柱（1）的设计，并且重复步骤Ⅰ至步骤Ⅴ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，所述连接件（8.4）为预应力拉索；具体分析方法包括步骤如下：
步骤ⅰ，在模型中提取对应的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i，并验证轴向压力值N罕遇i是否满足下列公式要求：0＜N罕遇i＜Nfmax ；
若0＜N罕遇i＜Nfmax，继续步骤ii的过程；
若N罕遇i≥Nfmax，在步骤一中对连接件（8.4）的预拉力P进行调整，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，在模型中提取双向滑动摩擦连接装置（8）的上C型板（8.1）与下C型板（8.2）的最大相对滑移行程△u罕遇1i，并验证最大相对滑移行程△u罕遇1i是否小于双向滑动摩擦连接装置（8）的最大相对位移行程L；
若△u罕遇1i＜L，继续步骤ⅲ的过程；
若△u罕遇1i≥L，在步骤一中调整双向滑动摩擦连接装置（8）的起滑力Fsi或最大相对位移行程L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是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）的截面尺寸和预应力拉索的预拉力P，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%调整双向滑动摩擦连接装置（8）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。
10.根据权利要求9所述的预应力装配式钢框架摩擦减震结构体系的设计方法，其特征在于：
摩擦系数μ的调整方法采用更换摩擦片（8.3）的材料；
最大相对位移行程L的调整方法采用更换摩擦片（8.3）的材料和/或调整钢柱（1）的截面尺寸；
起滑力Fsi的调整方法采用更换双向滑动摩擦连接装置的摩擦片（8.3）的材料和/或调整预紧力P。
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