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偏心支撑钢框架的设计（5页）.pdf下载

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  • 上传人：伤孤寂
  • 文件格式：..pdf
  • 类别：建筑
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  • 更新时间：2020-01-10
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    偏心支撑钢框架的设计
    林芹
    摘要：简述了偏心支撑钢框架结构的工作原理及特点，介绍了偏心支撑钢框架的设计计算方法，其中重点介绍了各杆
    件的内力计算：耗能梁段设计、非耗能梁段设计、支撑设计和框架柱设计，为工程设计人员提供了指导。
    关键词：钢结构，偏心支撑框架，耗能梁段
    中图分类号：TU375．4
    文献标识码：A
    1概述
    随着我国改革开放和经济建设的发展，钢结构在我国的应用
    越来越广泛，主要是由于钢结构与其他材料结构形式相比有其突
    出的优点，如：强度高、重量轻、抗震性能好、施工周期短等。
    钢结构建筑常用的结构体系有：纯钢框架结构、中心支撑钢
    框架结构和偏心支撑钢框架结构。纯钢框架结构体系是典型的
    柔性结构体系，弹性刚度较差，当建筑达到一定的高度时，在水平
    荷载作用下，结构的侧移较大，为了控制层间位移及侧向位移，有
    时必须采用超过承载力要求的梁、柱截面，从而失去了经济合理
    性。中心支撑钢框架在弹性阶段工作时，强度和整体刚度都较
    好，对减小结构的水平位移和改善结构的内力分布能起到一定的
    作用，但在强震作用下，支撑容易受压屈曲，影响整体结构的承载
    力和耗能能力。而偏心支撑钢框架则结合了中心支撑钢框架强
    度高、刚度大和纯框架结构耗能能力好的优点。
    偏心支撑钢框架在高层建筑结构抗震设计中的应用是在20世
    纪70年代。美国加州大学伯克利分校教授Popov为首的学者对
    偏心支撑钢框架进行了一系列的试验研究，证实了偏心支撑钢框
    架具有良好的耗能能力和延性¨j。
    我困清华大学和中国建筑科学研究院等有关单位的学者对
    偏心支撑钢框架的性能做了大量的试验和理论研究，证实了偏心
    支撑钢框架的良好性能口J
    J。
    偏心支撑钢框架是高烈度地震区比较合适的一种抗震体系，
    在国外应用较为广泛。我国由于经济和技术等多方面的原因，目
    前工程实例的应用不多，较为典型的是北京的工商银行总行和上
    海金贸大厦都使用的是偏心支撑结构。
    2偏心支撑钢框架的工作原理及特点
    偏心支撑的主要特点是每一根支撑斜杆的两端，至少有一端
    不在梁柱节点处相连。这种支撑斜杆与柱之间，或斜杆与斜杆之
    间就形成了一个耗能梁段，如图1所示，其中标有字母a处的梁
    段为耗能梁段。
    少式．
    ／人
    ／＼
    ／＼
    ＼／
    ＼／
    ＼／
    ．V—
    b)单斜杆埠!
    c)Y犁d)v型
    图l偏心支撑框架体系
    偏心支撑结构体系在弹性阶段具有较高的强度和刚度，满足
    规范要求的层间位移；在罕遇地震作用下，一方面通过耗能梁段
    的非弹性变形进行耗能，另一方面耗能梁段首先发生剪切屈服，
    很好地保护支撑斜杆不屈曲或屈曲滞后，从而有效地保持并相应
    地延长结构抗震能力和抗震持续时间，以达到节约钢材的目
    的【“。
    耗能梁段在整个抗震过程中起到了“保险丝”的作用，通过塑
    性变形，有效地限制了支撑斜杆中轴向应力，避免了过大的力传
    入支撑使之屈曲。结构具有很强的延性和耗能能力”-。
    图1a)～图1d)分别为K型、单斜杆型、Y型和V型偏心支
    撑。K型偏心支撑钢框架的耗能梁段在梁的中部，受力较好，应
    用最为广泛；单斜杆型偏心支撑钢框架的耗能梁段在梁的端部，
    导致与耗能梁段相连的框架柱受力增加，但其构造简单；Y型偏
    心支撑钢框架的耗能梁段不在梁内，构造复杂，但在大震作用下，
    耗能梁段破坏时，易于替换；V型偏心支撑钢框架的耗能梁段在
    梁的两侧，构造复杂，且与耗能梁段相连的柱受力较大。偏心支
    撑钢框架的选用要综合考虑多种因素，既要考虑结构受力的特
    点，也要考虑结构建筑平面功能的要求。
    3偏心支撑钢框架的计算方法
    偏心支撑框架设计的基本概念，是使耗能梁段进入塑性状
    态，而其他构件仍处于弹性状态。
    设计良好的偏心支撑框架，除柱脚有可能出现塑性铰外，其
    他塑性铰均出现在梁段上∞1。本文依据我国设计规范，对偏心支
    撑钢框架的实际计算方法进行讨论，并以工字梁为例，重点介绍
    各杆件的内力计算，例如：耗能梁段的设计、非耗能梁段的设计、
    支撑设计和框架柱设计等。
    3．1耗能梁段设计
    3．1．1
    耗能梁段的长度
    从国内外大量的理论和试验数据方面来看，耗能梁段的长
    短，对偏心支撑钢框架的抗侧刚度影响较大。耗能梁段短，结构
    的抗侧刚度大，但耗能梁段在荷载作用下易于过早屈服；耗能梁
    段长．结构的抗侧刚度不足。因此合理的选择耗能梁段的长度，
    对偏心支撑钢框架来说至关重要。耗能梁段的确定往往还受到
    建筑物造型和用途等方面的要求，估算时：耗能梁段的长度可取
    0．1倍～0．15倍梁的长度。
    耗能梁段可分为剪切屈服型和弯曲屈服型两种。
    剪切屈服型梁短，粱段弯矩小，主要是由剪力使梁段屈服；弯
    曲屈服型梁段长，梁段弯矩大，容易形成弯曲塑性铰。
    试验研究表明：剪切屈服型耗能梁段对偏心支撑钢框架抵抗
    大震特别有利，一方面，能使其弹性刚度与中心支撑框架接近；另
    一方面，其耗能能力和滞回性能优于弯曲屈服型…。我国《高层
    民用建筑钢结构技术规程》1
    7
    3建议耗能梁段的长度取为剪切屈服

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