(208)--钢结构原理钢结构原理.pdf

一、钢结构房屋一、钢结构房屋结构类型结构类型 有抗震要求的多高层钢结构的体系主要有有抗震要求的多高层钢结构的体系主要有框架体系框架体系、框架框架-支支撑撑(抗震墙板抗震墙板)体系、体系、筒体体系筒体体系(框筒、筒中筒、桁架筒、束筒框筒、筒中筒、桁架筒、束筒等等)或或巨型框架体系巨型框架体系 1 1、框架体系框架体系 沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成的体系沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成的体系 延性好，但抗侧移刚度较差延性好，但抗侧移刚度较差 适用于建造适用于建造2020层以下的房屋层以下的房屋 沿纵横方向的多榀框架既是承受侧向水平荷载的抗侧力构沿纵横方向的多榀框架既是承受侧向水平荷载的抗侧力构件，也是承受竖向荷载的构件。件，也是承受竖向荷载的构件。框架框架-支撑体系是在支撑体系是在框架体系框架体系中沿结构的纵、横两个方向均中沿结构的纵、横两个方向均匀匀布置一定数量的支撑布置一定数量的支撑所形成的结构体系。所形成的结构体系。2.2.框架框架-支撑体系支撑体系 支撑体系的布置由建筑要求及结构功能来确定，可分支撑体系的布置由建筑要求及结构功能来确定，可分为为中心支撑中心支撑和和偏心支撑偏心支撑。支撑的布置可明显减小建筑物下部层间位移支撑的布置可明显减小建筑物下部层间位移 .中心支撑中心支撑 中心支撑是指中心支撑是指斜杆、横梁及柱汇交于一点斜杆、横梁及柱汇交于一点的支撑体系，或的支撑体系，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。交时均无偏心距。(a)(a)X X 形形支撑；支撑；(b(b）单斜单斜支撑；支撑；(c(c）人字人字支撑；支撑；(d)(d)K K 形形支撑；支撑；(e)(e)V V 形形支撑支撑 中心支撑的中心支撑的类型：类型：中心支撑中心支撑依靠支撑构件的轴向刚度和轴向承载力为依靠支撑构件的轴向刚度和轴向承载力为结构提供水平刚度和水平承载力，从而结构提供水平刚度和水平承载力，从而增加增加了了结构的抗结构的抗侧移刚度，提高抗震能力侧移刚度，提高抗震能力。但是，由于。但是，由于支撑承受支撑承受的的过大过大压力压力很可能导致很可能导致支撑屈曲支撑屈曲，致使原，致使原结构承载力结构承载力迅速迅速降低降低。支撑的支撑的斜杆从受压的压曲状态斜杆从受压的压曲状态变为变为受拉伸状态受拉伸状态，将对结，将对结构产生冲击作用力，使支撑及其节点和相邻的结构产生构产生冲击作用力，使支撑及其节点和相邻的结构产生很很大的附加应力大的附加应力。在强烈地震作用下，在强烈地震作用下，支撑结构率先进入屈服支撑结构率先进入屈服，可以，可以保护或者延缓主体结构的破坏，这种结构具有保护或者延缓主体结构的破坏，这种结构具有多道多道抗震防线抗震防线。中心支撑框架结构构件简单，实际工程应用较多。中心支撑框架结构构件简单，实际工程应用较多。但是由于但是由于支撑构件刚度大，受力较大支撑构件刚度大，受力较大，容易发生整体容易发生整体或者局部失稳或者局部失稳，导致结构总体刚度和强度降低较快，导致结构总体刚度和强度降低较快，不利于结构抗震能力的发挥，必须注意其不利于结构抗震能力的发挥，必须注意其构造设计构造设计 a a、地震区的建筑、地震区的建筑中心支撑框架中心支撑框架宜采用交叉支撑宜采用交叉支撑、人字支撑、斜杆支撑，不宜采用人字支撑、斜杆支撑，不宜采用K K形支撑形支撑，因为后，因为后者对柱子易形成抗剪集中现象。者对柱子易形成抗剪集中现象。b b、在房屋中，当、在房屋中，当采用单斜支撑采用单斜支撑且按且按受拉设计受拉设计时，时，应同时设置不同倾斜方向的两组单斜杆应同时设置不同倾斜方向的两组单斜杆，且每层中，且每层中不同方向单斜杆的面积在水平方向的投影面积之差不同方向单斜杆的面积在水平方向的投影面积之差不得大于不得大于1010。中心支撑布置规定：中心支撑布置规定：b.b.偏心支撑偏心支撑 偏心支撑是指偏心支撑是指支撑两端至少有一端与梁相交支撑两端至少有一端与梁相交（不在柱节点（不在柱节点处），处），另一端可在梁与柱交点处连接另一端可在梁与柱交点处连接，或偏离另一根支撑斜，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耗能梁段耗能梁段，或在两根支撑斜杆之间构成，或在两根支撑斜杆之间构成耗能梁段耗能梁段的支撑。的支撑。偏心支撑的偏心支撑的类型：类型：(a)(a)门架式门架式1 1；(b(b）门架式门架式2 2；(c(c）单斜杆单斜杆式式 (d)(d)人字人字式；式；(e)(e)V V 字形字形式式 偏心支撑偏心支撑可通过可通过耗能梁段剪切屈服耗能梁段剪切屈服限制支撑限制支撑受压屈曲，使结构具有稳定的承载能力和良好受压屈曲，使结构具有稳定的承载能力和良好的耗能性能，抗侧力刚度介于纯框架和中心支的耗能性能，抗侧力刚度介于纯框架和中心支撑框架之间撑框架之间。罕遇地震时，罕遇地震时，消能梁段消能梁段能能率先屈服率先屈服成为消耗成为消耗地震能量的消能区，地震能量的消能区，即消能梁段在支撑失稳之即消能梁段在支撑失稳之前就进入弹塑性阶段并利用非弹性变形进行消前就进入弹塑性阶段并利用非弹性变形进行消能，从而保护能，从而保护支撑斜杆不屈曲支撑斜杆不屈曲或屈曲在后，形或屈曲在后，形成了成了新的抗震防线新的抗震防线。偏心支撑偏心支撑改变支撑斜杆与梁改变支撑斜杆与梁(消能梁段消能梁段)的先后屈服顺序，的先后屈服顺序，与中心支撑相比与中心支撑相比具有较大的延性，具有较大的延性，更适用于高烈度地区。更适用于高烈度地区。偏心支撑框架的每根支撑至少偏心支撑框架的每根支撑至少有一根与框架梁相连接有一根与框架梁相连接，并在支撑与梁交点和柱之间或同一跨内另一支撑与梁交点并在支撑与梁交点和柱之间或同一跨内另一支撑与梁交点之间之间形成消能梁段形成消能梁段。3.3.框架剪力墙板体系框架剪力墙板体系 框架剪力墙板体系是以框架剪力墙板体系是以钢框架为主体钢框架为主体，并，并配置一定配置一定数量的剪力墙板。数量的剪力墙板。抗震墙板的设置为结构提供了抗震墙板的设置为结构提供了较大的侧移刚度较大的侧移刚度 剪力墙板主要剪力墙板主要类型：类型：钢板剪力墙板钢板剪力墙板 内藏钢板支撑剪力墙墙板内藏钢板支撑剪力墙墙板 带竖缝钢筋混凝土剪力墙板带竖缝钢筋混凝土剪力墙板 内藏钢板剪力墙与框架连接内藏钢板剪力墙与框架连接 4.4.筒体结构体系筒体结构体系 刚度大，抗侧力能力强刚度大，抗侧力能力强，能形成，能形成较大的使用空间较大的使用空间，对于超，对于超高层建筑是一种经济有效的结构形式。高层建筑是一种经济有效的结构形式。根据筒体的布置、组成、数量的不同，筒体结构体系可分根据筒体的布置、组成、数量的不同，筒体结构体系可分为框架筒、桁架筒、筒中筒及束筒等体系。为框架筒、桁架筒、筒中筒及束筒等体系。1)1)框架筒体系框架筒体系 由由密柱深梁刚性连接密柱深梁刚性连接构成构成外筒结构外筒结构承受水平荷载；承受水平荷载；结构内部结构内部的的梁柱铰接梁柱铰接，柱子，柱子只承受竖向荷载而不承担水只承受竖向荷载而不承担水平荷载。平荷载。2 2）桁架筒体系）桁架筒体系 在框筒中沿外框筒在框筒中沿外框筒增设大型交叉支撑增设大型交叉支撑构成。构成。支撑的设置大大提高了结构的空间刚度支撑的设置大大提高了结构的空间刚度。3)3)筒中筒体系筒中筒体系 4)4)束筒体系束筒体系 由外围框筒和核心内筒组成的体系，筒与筒由外围框筒和核心内筒组成的体系，筒与筒之间由楼盖系统联结，保证各筒体协同工作。之间由楼盖系统联结，保证各筒体协同工作。由由几个筒体并列组合几个筒体并列组合的体系。的体系。由于各个筒体本身就具有较高的刚度，由于各个筒体本身就具有较高的刚度，因此该体系抗侧刚度很大因此该体系抗侧刚度很大 5.5.巨型框架体系巨型框架体系 巨型框架体系是由柱距较大的巨型框架体系是由柱距较大的立体桁架柱及立体桁架梁构成立体桁架柱及立体桁架梁构成。(a(a）桁架型；）桁架型；(b(b）斜格型；）斜格型；(c(c）框筒型）框筒型 立体桁架柱和梁分别形成巨型柱和梁，巨型梁沿纵横向布置立体桁架柱和梁分别形成巨型柱和梁，巨型梁沿纵横向布置形成空间桁架层，在空间桁架层之间形成空间桁架层，在空间桁架层之间设置次框架结构设置次框架结构，以承受，以承受空间桁架层之间的各层楼面荷载，并将其传递给巨型梁和柱空间桁架层之间的各层楼面荷载，并将其传递给巨型梁和柱。这种体系能满足建筑设置大空间要求，同时又保证结构具这种体系能满足建筑设置大空间要求，同时又保证结构具有较大的刚度和强度有较大的刚度和强度