理论教育 多高层钢结构的体系及抗震设计

多高层钢结构的体系及抗震设计

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:常用的支撑体系有中心支撑和偏心支撑。图7-9偏心支撑类型纯框架结构延性好,抗震性能好,但由于抗侧刚度较差,不宜用于层数太高的建筑。框架—偏心支撑结构可通过偏心连梁e的剪切屈服,耗散地震能量,同时又能保证支撑不丧失整体稳定,抗震性能优于框架—中心支撑结构。内藏钢板支撑可做成中心支撑也可做成偏心支撑,但在高烈度地区,宜采用偏心支撑。

多高层钢结构的体系及抗震设计

多层钢结构的体系主要有框架体系、框架—支撑(抗震墙板)体系等。

1)框架体系

框架体系是由沿纵横向方向的多榀框架构成及承担水平荷载的抗侧力结构,它也是承担竖向荷载的结构。这类结构的抗侧力能力主要取决于梁柱构件和节点的强度与延性,故常采用刚性连接节点。

2)框架—支撑体系

框架—支撑体系是在框架体系中沿结构的纵、横两个方向均匀布置一定数量的支撑所形成的结构体系。在框架—支撑体系中,框架是剪切型结构,底部层间位移大;支撑为弯曲型结构,底部层间位移小,两者并联,可以明显减小建筑物下部的层间位移,因此在相同的侧移限值标准的情况下,框架—支撑体系可以用于比框架体系更高的房屋。

支撑体系的布置由建筑要求及结构功能来确定,一般布置在端框架中、电梯井周围等处。支撑类型的选择与是否抗震有关,也与建筑的层高、柱距以及建筑使用要求,如人行通道、门洞和空调管道设置等有关,因此需要根据不同的设计条件选择适宜的类型。常用的支撑体系有中心支撑和偏心支撑。

(1)中心支撑

中心支撑是指斜杆与横梁及柱汇交于一点,或两根斜杆与横杆汇交于一点,也可与柱子汇交于一点,但汇交时均无偏心距。根据斜杆的不同布置形式,可形成X形支撑、单斜支撑、人字形支撑、K形支撑及V形支撑等类型,如图7-8所示。

图7-8 中心支撑类型

(2)偏心支撑

偏心支撑是指支撑斜杆的两端,至少有一端与梁相交(不在柱节点处),另一端可在梁与柱交点处连接,或偏离另一根支撑斜杆一段长度与梁连接,并在支撑斜杆杆端与柱子之间构成一消能梁段,或在两根支撑斜杆之间构成一消能梁段的支撑,如图7-9所示。

图7-9 偏心支撑类型

纯框架结构延性好,抗震性能好,但由于抗侧刚度较差,不宜用于层数太高的建筑。框架—中心支撑结构抗侧刚度大,适用于层数较多的建筑,但由于支撑构件的滞回性能较差,耗散的地震能量有限,因此抗震性能不如纯框架。框架—偏心支撑结构可通过偏心连梁e的剪切屈服,耗散地震能量,同时又能保证支撑不丧失整体稳定,抗震性能优于框架—中心支撑结构。图7-10中给出的中心支撑框架和偏心支撑框架在往复水平荷载作用下的滞回性能试验曲线就说明了这一点。(www.daowen.com)

图7-10 各种支撑框架的滞回性能

3)框架—抗震墙板体系

框架—抗震墙板体系是以钢框架为主体,并配置一定数量的抗震墙板。由于抗震墙板可以根据需要布置在任何位置上,因此布置灵活。另外,抗震墙板可以分开布置,两片以上抗震墙并联体较宽,从而可减小抗侧力体系等效高宽比,提高结构的抗推和抗倾覆能力。抗震墙板主要有以下3种类型。

(1)钢抗震墙板

钢抗震墙板一般需采用厚钢板,其上下两边缘和左右两边缘可分别与框架梁和框架柱连接,一般采用高强度螺栓连接。钢板抗震墙板承担沿框架梁、柱周边的地震作用,不承担框架梁上的竖向荷载。非抗震设防及按6度抗震设防的建筑,采用钢板抗震墙可不设置加劲肋。按7度及7度以上抗震设防的建筑,宜采用带纵向和横向加劲肋的钢板抗震墙,且加劲肋宜两面设置。

(2)内藏钢板支撑抗震墙板

内藏钢板支撑抗震墙板是以钢板为基本支撑,外包钢筋混凝土墙板的预制构件。内藏钢板支撑可做成中心支撑也可做成偏心支撑,但在高烈度地区,宜采用偏心支撑。预制墙板仅在钢板支撑斜杆的上下端节点处与钢框架梁相连,除该节点部位外与钢框架的梁或柱均不相连,留有间隙,因此,内藏钢板支撑抗震墙仍是一种受力明确的钢支撑。由于钢支撑有外包混凝土,故可不考虑平面内和平面外的屈曲。墙板对提高框架结构的承载能力和刚度,以及在强震时吸收地震能量方面均有重要作用。

(3)带竖缝混凝土抗震墙板

普通整块钢筋混凝土墙板由于初期刚度过高,地震时首先斜向开裂,发生脆性破坏而退出工作,造成框架超载而破坏,为此提出了一种带竖缝的抗震墙板。它在墙板中设有若干条竖缝,将墙分割成一系列延性较好的壁柱。多遇地震时,墙板处于弹性阶段,侧向刚度大,墙板如同由壁柱组成的框架板承担水平抗震。罕遇地震时,墙板处于弹塑性阶段而在柱壁上产生裂缝,壁柱屈服后刚度降低,变形增大,起到耗能减震的作用。

图7-11 框架—抗震墙板结构

上述结构体系有一定的使用范围,如《建筑抗震设计规范》规定,抗震等级为一、二级的钢结构房屋宜采用偏心支撑、带竖缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏钢板支撑钢筋混凝土墙板或屈曲约束支撑等消能支撑及筒体结构。对高层钢结构,上述结构体系如果无法满足刚度的要求,则需要采用刚度更大的结构体系,如框筒体系、桁架筒体系、筒中筒体系、束筒体系、巨型框架体系等。

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