一种预应力柱隼连接的钢结构体系及其设计方法与流程

本发明属于结构工程技术领域，特别是一种预应力柱隼连接的钢结构体系及其设计方法。

背景技术：

装配式钢结构建筑是指由预制部品部件在工地装配而成的建筑，具备建造速度快、受气候条件制约小、节约劳动力、提高建筑质量等诸多优点，目前受到大力推广；然而目前的装配钢结构建筑大部分采用螺栓连接或焊缝连接，一定程度上降低了施工效率造成了环境污染；并且螺栓连接或焊缝连接均为刚性连接，连接节点的耗能性能差，钢结构体系抗震性较低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种预应力柱隼连接的钢结构体系及其设计方法，要解决传统的钢结构施工效率低、环境污染严重，连接节点抗震性能差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种预应力柱隼连接的钢结构体系，包括有至少两层沿竖向叠放的钢框架结构；每层钢框架结构包括有钢柱、钢梁和楼板；其中，钢柱有一组，沿钢框架结构的横向和纵向间隔布置；所述钢梁有一组，对应连接在横向相邻的钢柱之间和纵向相邻的钢柱之间；所述楼板设置在一组钢梁的顶部；其特征在于：每层钢框架结构的钢柱均在与下层的楼板连接处断开，且相邻两层钢框架结构之间采用预应力柱隼连接结构连接；

所述预应力柱隼连接结构包括有透眼、套顶榫、弹性材料和高强拉索；所述透眼设置在下层钢框架结构的每根钢柱的顶部；其中透眼的底面为平面，且在透眼的底面中部间隔开设有第一穿筋孔；所述套顶榫呈筒状，竖向连接在上层钢框架结构的每根钢柱的底部；其中，套顶榫的底面为平面，并且在套顶榫的底面上、对应第一穿筋孔的位置处开设有第二穿筋孔；上层钢框架结构的钢柱底部的套顶榫对应插接在下层钢框架结构的钢柱顶部的透眼中，并且套顶榫的底部对应支撑在透眼的底面上，套顶榫的侧壁与透眼的侧壁之间留有间距，透眼的顶部与上层钢框架结构的钢柱底部之间留有间距；所述弹性材料设置在套顶榫与透眼之间的间隙中；所述高强拉索有一组，贯穿钢结构体系中竖向对应的钢柱，其中，每根高强拉索从第一穿筋孔和第二穿筋孔中穿过，高强拉索的预紧力为1kn~5000kn；所述钢梁连接在钢柱的侧壁上部；所述楼板的顶面与透眼的顶面平齐。

优选的，所述钢柱的水平切面呈矩形或者呈圆形，在上层钢框架结构中的钢柱底部设置有封板；所述套顶榫连接在封板的底部；其中，套顶榫的水平切面形状与钢柱的水平切面形状相适应，且套顶榫的水平切面尺寸小于钢柱的水平切面尺寸。

优选的，在钢柱的内部、靠近上端口位置处设置有平面板；所述透眼为平面板与位于平面板以上的钢柱侧壁围合而成；所述透眼顶部与上层钢框架结构的钢柱底部之间的间距为1mm~5mm。

优选的，所述套顶榫的侧壁与透眼的侧壁之间的间距为5mm~100mm。

优选的，所述弹性材料采用橡胶或者弹簧或者硅胶。

一种预应力柱隼连接的钢结构体系的设计方法，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整体尺寸，每层钢框架结构中钢梁的尺寸、钢柱的尺寸、楼板的尺寸，预应力柱隼连接结构中套顶榫与透眼之间发生相对滑动时套顶榫的起滑力fsi，套顶榫与透眼之间无滑动时套顶榫的初始刚度ki，套顶榫与透眼之间发生相对滑动位移小于30mm时的小位移摩擦系数u1，套顶榫与透眼之间发生相对滑动位移大于等于30mm时的大位移摩擦系数u2，套顶榫与透眼之间相对滑动最大位移行程l，透眼的最大承受轴力ncmax，高强拉索的预拉力p；其中，i为相邻两层钢框架结构中竖向对应的钢柱的连接节点编号。

起滑力fsi：fsi=u1ni，其中u1为小位移摩擦系数，ni为第i个节点位置处，上层钢框架结构的钢柱的轴力，取钢结构体系在自重作用下钢柱的轴力和高强拉索的预拉力p，预拉力p取高强拉索极限拉力的0.2倍。

初始刚度ki：ki=12ei/h³，其中e为钢材弹性模量，i为预应力柱隼连接结构的截面惯性距，h为预应力柱隼连接结构的高度。

相对滑动最大位移行程l：l根据钢柱的截面尺寸确定。

透眼的最大承受轴力ncmax：ncmax=f×s，其中，f为钢材抗压强度设计值，s为透眼与套顶榫的接触面积。

步骤二，按照初步确定的每层钢框架结构的整体尺寸对结构体系进行建模：在模型中相邻两层钢框架结构中的钢柱之间断开，并采用预应力柱隼连接结构进行连接，考虑上层钢框架结构中钢柱底部的套顶榫与下层钢框架结构中钢柱顶部的透眼之间的摩擦连接作用，将步骤一中确定的上下层钢框架结构的钢柱摩擦连接的fsi、初始刚度ki、小位移摩擦系数u1、大位移摩擦系数u2、最大承受轴力ncmax输入模型中的预应力柱隼连接结构上。

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，具体分析方法包括步骤如下。

步骤1，在模型中提取多遇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＜ncmax；

若0＜n多遇i＜ncmax，继续步骤2的过程；

若n多遇i≥ncmax，或者n多遇i≤0，在步骤一中对套顶榫与透眼的接触面积或者高强拉索的预拉力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，在模型中提取地震作用下每根套顶榫与透眼的接触面处产生的剪力v多遇i，判断榫卯连接节点处剪力v多遇i是否小于起滑力fsi；

若v多遇i＜fsi，继续步骤3的过程；

若v多遇i≥fsi，在步骤一中调整套顶榫的初始刚度ki和起滑力fsi，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，在模型中提取预应力柱隼连接结构处套顶榫与透眼之间的最大水平相对位移△u多遇1i，并验证最大水平相对位移△u多遇1i是否小于相对滑动最大位移行程l；

若△u多遇1i＜l，继续步骤4过程；

若△u多遇1i≥l，在步骤一中调整套顶榫的初始刚度ki或调整相对滑动最大位移行程l或调整钢柱和/或钢梁的截面面积，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5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；所述构件包括钢柱和钢梁；

若f多遇e≤f/0.75，继续步骤四的过程；

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5的过程，直至满足要求后继续步骤四的过程。

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，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＜ncmax；

若0＜n设防i＜ncmax，继续步骤ⅱ的过程；

若n设防i≥ncmax，或者n设防i≤0，在步骤一中对套顶榫的最大承受轴力ncmax或者高强拉索的预拉力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，在模型中提取榫卯连接节点处套顶榫与透眼之间的最大水平相对位移△u设防1i，并验证最大水平相对位移△u设防1i是否小于相对滑动最大位移行程l；

若△u设防1i＜l，继续步骤ⅲ的过程；

若△u设防1i≥l，在步骤一中调整套顶榫的初始刚度ki或调整相对滑动最大位移行程l，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；所述构件包括钢柱和钢梁；

若f设防e≤fy，继续步骤五的过程；

若f设防e＞fy，在步骤一中调整套顶榫的起滑力fsi或者调整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五的过程。

步骤五，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，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＜ncmax；

若0＜n罕遇i＜ncmax，继续步骤ii的过程；

若n罕遇i≥ncmax，或者n罕遇ci≤0，在步骤一中对套顶榫的最大承受轴力ncmax或者高强拉索的预拉力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，在模型中提取预应力柱隼连接结构处套顶榫与透眼之间的最大水平相对位移△u罕遇1i，并验证最大水平相对位移△u罕遇1i是否小于相对滑动最大位移行程l；

若△u罕遇1i＜l，继续步骤ⅲ的过程；

若△u罕遇1i≥l，在步骤一中调整套顶榫的起滑力fsi或调整相对滑动最大位移行程l或调整调整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设防i=△u罕遇2i/h，h为每层钢框架结构中钢柱的高度；

若θ设防i＜1/60，继续步骤ⅳ的过程；

若θ设防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，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%调整预应力柱隼连接结构的起滑力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，套顶榫的最大承受轴力ncmax的调整方法为对透眼与套顶榫的接触面积进行调整。

优选的，相对滑动最大位移行程l的调整方法为对钢柱的截面尺寸进行调整。

优选的，初始刚度ki的调整方法为对预应力柱隼连接结构的截面惯性距和/或预应力柱隼连接结构的高度进行调整。

优选的，起滑力fsi的调整方法为对小位移摩擦系数u1和/或大位移摩擦系数u2和/高强拉索预拉力p进行调整。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。

1、本发明的预应力柱隼连接的钢结构体系中上下层钢框架结构的钢柱之间采用套顶榫与透眼插接连接，并在上下层钢柱中施加预应力，实现了上层钢柱与下层钢柱之间的无焊接和螺栓连接，保证了上下层钢框架结构之间的高效装配，减少了环境污染；并且套顶榫与透眼之间的摩擦，实现了柱连接节点处的摩擦耗能，减少了节点的损伤，提高了结构的抗震性能，针对该体系的设计方法，保证该体系的受力性能，降低工程造价。

2、本发明的透眼的侧壁与套顶榫之间填充有弹性材料，在保证了套顶榫与透眼在地震作用下能够滑动产生摩擦耗能的同时能够恢复，减少了节点损伤，提高结构抗震性能。

3、本发明的预应力柱隼连接的钢结构体系结构简单、传力路径明确，且震后容易修复，具有良好的使用性能。

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是本发明中钢结构体系的立体结构示意图。

图2是本发明的钢结构体系中相邻两层钢框架结构断开后的结构示意图。

图3是本发明的钢结构体系套顶榫插入透眼前的节点结构示意图。

图4是本发明的钢结构体系套顶榫插入透眼后的节点结构示意图。

图5是本发明中套顶榫插入透眼的水平切面结构示意图。

图6是本发明中套顶榫与透眼之间设置弹性材料的水平切面结构示意图。

图7是本发明中套顶榫插入之前，弹性材料设置在透眼四周侧面的结构示意图。

附图标记：1－钢柱、2－钢梁、3－楼板、4－透眼、5－套顶榫、6－弹性材料、7-封板、8-平面板、9-高强拉索、10-第一穿筋孔、11-第二穿筋孔。

具体实施方式

如图1-7所示，这种预应力柱隼连接的钢结构体系，包括有至少两层沿竖向叠放的钢框架结构；每层钢框架结构包括有钢柱1、钢梁2和楼板3；其中，钢柱1有一组，沿钢框架结构的横向和纵向间隔布置；所述钢梁2有一组，对应连接在横向相邻的钢柱1之间和纵向相邻的钢柱1之间；所述楼板3设置在一组钢梁2的顶部；每层钢框架结构的钢柱1均在与下层的楼板3连接处断开，且相邻两层钢框架结构之间采用预应力柱隼连接结构连接；

所述预应力柱隼连接结构包括有透眼4、套顶榫5、弹性材料6和高强拉索9；所述透眼4设置在下层钢框架结构的每根钢柱1的顶部；其中透眼4的底面为平面，且在透眼4的底面中部间隔开设有第一穿筋孔10；所述套顶榫5呈筒状，竖向连接在上层钢框架结构的每根钢柱1的底部；其中，套顶榫5的底面为平面，并且在套顶榫5的底面上、对应第一穿筋孔10的位置处开设有第二穿筋孔11；上层钢框架结构的钢柱1底部的套顶榫5对应插接在下层钢框架结构的钢柱1顶部的透眼4中，并且套顶榫5的底部对应支撑在透眼4的底面上，套顶榫5的侧壁与透眼4的侧壁之间留有间距，透眼4的顶部与上层钢框架结构的钢柱1底部之间留有间距；所述弹性材料6设置在套顶榫5与透眼4之间的间隙中；所述高强拉索9有一组，贯穿钢结构体系中竖向对应的钢柱1，其中，每根高强拉索9从第一穿筋孔10和第二穿筋孔11中穿过，高强拉索9的预紧力为1kn~5000kn；所述钢梁2连接在钢柱1的侧壁上部；所述楼板3的顶面与透眼4的顶面平齐。

本实施例中，所述钢柱1的水平切面呈矩形，在上层钢框架结构中的钢柱1底部设置有封板7；所述套顶榫5连接在封板7的底部；其中，套顶榫5的水平切面形状与钢柱1的水平切面形状相适应，且套顶榫5的水平切面尺寸小于钢柱1的水平切面尺寸。

当然在其他实施例中，所述钢柱1的水平切面还可以为圆形或者五边形或者六边形等多边形。

本实施例中，在钢柱1的内部、靠近上端口位置处设置有平面板8；所述透眼4为平面板8与位于平面板8以上的钢柱1侧壁围合而成；所述透眼4顶部与上层钢框架结构的钢柱1底部之间的间距为1mm~5mm。

本实施例中，所述套顶榫5的侧壁与透眼4的侧壁之间的间距为5mm~100mm。

本实施例中，所述弹性材料6采用橡胶或者弹簧或者硅胶。

当然在其他实施例中，所述钢柱1的水平切面还可以为圆形或者五边形或者六边形等多边形。

本实施例中，透眼4底面涂有相应的摩擦材料，该摩擦材料为高性能碳纤维或者黄铜或者酚醛树脂。

本实施例中，所述钢梁2与钢柱1之间采用全焊接或者栓焊混合连接或者全螺栓连接，在钢梁2之间还连接有次梁，次梁与钢梁2之间采用铰接连接。

本实施例中，所述钢梁2的截面形式可以为矩形或h形，楼板3为现浇或预制的钢筋混凝土楼板。

本实施例中，套顶榫5与上层钢框架结构的钢柱1在工厂进行焊接，透眼4中的平面板8直接与下层钢框架结构的钢柱1进行焊接；现场装配时，直接将上层钢框架结构的钢柱1的套顶榫5直接放入下层钢框架结构的钢柱1的透眼4内，之后穿入预应力高强拉索9，施加预应力，实现了上下层钢框架结构的连接。

本实施例中，所述钢梁2和钢柱1根据吊装能力的需要，可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；所述套顶榫5与透眼4之间留有间隙，中间填充弹性材料6，结构在地震作用下发生侧向位移时，上下层钢框架结构柱节点处的套顶榫5和透眼4之间相互摩擦，产生滑动消耗地震能量减少节点损伤，之后弹性材料6又能使套顶榫5复位，提高结构抗震性能。

这种预应力柱隼连接的钢结构体系的设计方法，钢结构体系的性能化设计目标为多遇地震作用下，上下柱之间进行滑动，控制层间最大位移角小于1/250，结构构件完好，满足小震作用下强度和变形的结构性能指标，保证小震不坏的性能化设计要求。设防地震作用下，上下柱之间进行滑动，控制层间最大位移角小于1/125，结构轻微破坏，结构构件简单修理后继续使用，保证中震可修的性能化设计要求。罕遇地震作用下，上下柱之间进行滑动，控制层间最大位移角小于1/60，结构具有轻微至中等破坏，结构构件修复后继续使用，保证大震可修的性能化设计要求。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，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整体尺寸，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，预应力柱隼连接结构中套顶榫5与透眼4之间发生相对滑动时套顶榫5的起滑力fsi，套顶榫5与透眼4之间无滑动时套顶榫5的初始刚度ki，套顶榫5与透眼4之间发生相对滑动位移小于30mm时的小位移摩擦系数u1，套顶榫5与透眼4之间发生相对滑动位移大于等于30mm时的大位移摩擦系数u2，套顶榫5与透眼4之间相对滑动最大位移行程l，透眼4的最大承受轴力ncmax，高强拉索9的预拉力p；其中，i为相邻两层钢框架结构中竖向对应的钢柱1的连接节点编号。

起滑力fsi：fsi=u1ni，其中u1为小位移摩擦系数，ni为第i个节点位置处，上层钢框架结构的钢柱1的轴力，取钢结构体系在自重作用下钢柱1的轴力和高强拉索9的预拉力p，预拉力p取高强拉索9极限拉力的0.2倍。

初始刚度ki：ki=12ei/h³，其中e为钢材弹性模量，i为预应力柱隼连接结构的截面惯性距，h为预应力柱隼连接结构的高度。

相对滑动最大位移行程l：l根据钢柱1的截面尺寸确定。

透眼4的最大承受轴力ncmax：ncmax=f×s，其中，f为钢材抗压强度设计值，s为透眼4与套顶榫5的接触面积。

步骤二，按照初步确定的每层钢框架结构的整体尺寸对结构体系进行建模：在模型中相邻两层钢框架结构中的钢柱1之间断开，并采用预应力柱隼连接结构进行连接，考虑上层钢框架结构中钢柱1底部的套顶榫5与下层钢框架结构中钢柱1顶部的透眼4之间的摩擦连接作用，将步骤一中确定的上下层钢框架结构的钢柱1摩擦连接的fsi、初始刚度ki、小位移摩擦系数u1、大位移摩擦系数u2、最大承受轴力ncmax输入模型中的预应力柱隼连接结构上。

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，具体分析方法包括步骤如下。

步骤1，在模型中提取多遇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＜ncmax；

若0＜n多遇i＜ncmax，继续步骤2的过程；

若n多遇i≥ncmax，或者n多遇i≤0，在步骤一中对套顶榫5与透眼4的接触面积或者高强拉索9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，在模型中提取地震作用下每根套顶榫5与透眼4的接触面处产生的剪力v多遇i，判断榫卯连接节点处剪力v多遇i是否小于起滑力fsi；

若v多遇i＜fsi，继续步骤3的过程；

若v多遇i≥fsi，在步骤一中调整套顶榫5的初始刚度ki和起滑力fsi，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，在模型中提取预应力柱隼连接结构处套顶榫5与透眼4之间的最大水平相对位移△u多遇1i，并验证最大水平相对位移△u多遇1i是否小于相对滑动最大位移行程l；

若△u多遇1i＜l，继续步骤4过程；

若△u多遇1i≥l，在步骤一中调整套顶榫5的初始刚度ki或调整相对滑动最大位移行程l或调整钢柱1和/或钢梁2的截面面积，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5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；所述构件包括钢柱1和钢梁2；

若f多遇e≤f/0.75，继续步骤四的过程；

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5的过程，直至满足要求后继续步骤四的过程。

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，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＜ncmax；

若0＜n设防i＜ncmax，继续步骤ⅱ的过程；

若n设防i≥ncmax，或者n设防i≤0，在步骤一中对套顶榫5的最大承受轴力ncmax或者高强拉索9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，在模型中提取榫卯连接节点处套顶榫5与透眼4之间的最大水平相对位移△u设防1i，并验证最大水平相对位移△u设防1i是否小于相对滑动最大位移行程l；

若△u设防1i＜l，继续步骤ⅲ的过程；

若△u设防1i≥l，在步骤一中调整套顶榫5的初始刚度ki或调整相对滑动最大位移行程l，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；所述构件包括钢柱1和钢梁2；

若f设防e≤fy，继续步骤五的过程；

若f设防e＞fy，在步骤一中调整套顶榫5的起滑力fsi或者调整钢框架结构的钢梁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五的过程。

步骤五，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，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＜ncmax；

若0＜n罕遇i＜ncmax，继续步骤ii的过程；

若n罕遇i≥ncmax，或者n罕遇ci≤0，在步骤一中对套顶榫5的最大承受轴力ncmax或者高强拉索9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，在模型中提取预应力柱隼连接结构处套顶榫5与透眼4之间的最大水平相对位移△u罕遇1i，并验证最大水平相对位移△u罕遇1i是否小于相对滑动最大位移行程l；

若△u罕遇1i＜l，继续步骤ⅲ的过程；

若△u罕遇1i≥l，在步骤一中调整套顶榫5的起滑力fsi或调整相对滑动最大位移行程l或调整调整钢框架结构的钢梁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设防i=△u罕遇2i/h，h为每层钢框架结构中钢柱1的高度；

若θ设防i＜1/60，继续步骤ⅳ的过程；

若θ设防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，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%调整预应力柱隼连接结构的起滑力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，套顶榫5的最大承受轴力ncmax的调整方法为对透眼4与套顶榫5的接触面积进行调整。

本实施例中，相对滑动最大位移行程l的调整方法为对钢柱1的截面尺寸进行调整。

本实施例中，初始刚度ki的调整方法为对预应力柱隼连接结构的截面惯性距和/或预应力柱隼连接结构的高度进行调整。

本实施例中，起滑力fsi的调整方法为对小位移摩擦系数u1和/或大位移摩擦系数u2和/高强拉索9预拉力p进行调整。

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。