文档介绍：第 1 章绪论
1. 1 概述
我国是个地震多发国,较多大中型城市位于抗震设防区,高层建筑最初主要采用钢筋混凝土结构。上世纪 80 年代以来,随着我国国力的不断提高,钢结构在工业与民用建筑中已得到越来越多的应用,特别是在民用建筑中的应用呈现出迅速发展的趋势。自上世纪 80 年代中期至今的二十多年间,我国己建成和在建的高层建筑钢结构和钢筋混凝土结构将近 50 幢。1996 年建成的深圳地王大厦,主楼高 325m,地上 81 层,地下 3 层,中间为型钢混凝土核心墙,外钢框架,是我国第一幢高度超过 300m 的高层钢结构建筑;1997 年建成的上海金茂大厦,地上 88 层, 总高度 421m;1998 年建成的大连远洋大厦采用钢框架混凝土核心筒的结构形式, 51 层,高 201m,设计、制造、安装和材料全部由国内承担和供应,标志着我国高层建筑钢结构完全国产化已经起步。2008 年在上海浦东竣工的上海环球金融中心, 地上 101 层,地下 3 层,总高度 492m,标志着我国的高层建筑已经进入世界先进行列。随着我的不断提高,钢结构必将越来越广泛地应用,成为我国主要的高层建筑结构形式之一[1-5]。
偏心支撑钢框架的发展历程及形式特点
中心支撑钢框架结构体系中心支撑框架结构体系是指斜向支撑构件的两端均位于梁、柱相交处;或一
端位于梁、柱相交处,另一端在另一支撑与梁的连接点处与梁相连,见图 1-1。
图 1- 1 中心支撑钢框架体系
-1 Concentrically braced steel frames
中心支撑钢框架结构优于纯框架结构,其在于该结构体系比纯框架结构体系
有较高的抗侧刚度,从而提高了结构的承载能力;中心支撑框架结构体系的不足
之处在于,在水平地震作用下中心支撑受压容易产生侧向屈曲,因此中心支撑体系存在以下一些主要问题:
(1)在往复地震力作用下支撑会发生屈曲破坏,结构承载力明显降低。(2)在地震力作用下框架柱产生压缩或拉伸变形,致使支撑的内力急剧增大。(3)往复水平地震作用下,支撑会从受压屈曲状态变为受拉的拉伸状态,从而
对结构产生冲击性作用力,使支撑及其节点和相邻的构件产生很大的附加应力, 因而产生超应力破坏。
(4)在往复地震力作用下,交叉支撑压杆一旦受压屈曲,在反向力作用下,另外一根支撑杆件也将进入屈曲状态,导致楼层的抗剪承载力迅速降低。
(5)中心支撑杆件作为第一道抗测力构件,一旦失效整个结构的抗侧能力会大大降低,从而导致整体结构丧失承载能力。
偏心支撑钢框架结构体系
偏心支撑是近期发展起来的,在地震区的高层钢结构建筑中得到较多应用的一种结构形式。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。这样支撑斜杆与柱之间,或斜杆与斜杆之间就形成了一个耗能梁段,如图 1-2 所示,其中标有字母 a 处的梁段为耗能梁段。根据偏心支撑布置形式的不同,可将其分为单斜杆式、门架式、人字形和 V 形几种常用的形式,如图 1-2 所示。
图 1- 2 偏心支撑钢框架体系
-2 Eccentrically braced steel frame
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要求;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[6]。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[7]。
偏心支撑钢框架体系的研究状况
偏心支撑钢框架体系国外研究状况
关于偏心支撑最早在上世纪 30 年代用于抗风结构中,被用于高层建筑的结构抗震设计则要晚大约 40 年。1972 年,日本竹中工务店的问井久夫等人提出了偏心支撑的构想,随后又有一批日本学者武田寿一(1973)、久德敏治(1974)、中山昭夫(1975)等相继提出各种不同的改良形式,并进行了试验及初步的理论研究, 证实了偏心支撑钢框架具有良好的耗能能力和延性。
1977 年,Roeder 和 Popov[8]首次对一个 20 层 4 跨的单斜杆式偏心支撑钢框架结构进行了静动力分析,完成了结构变形、构件受力以及整体框架性能的一系列研究,并为试验模型的建立提供了理论依据。同时,做了两榀 1/3 缩尺模型三层单跨单斜杆式偏心支撑钢框架的动力试验,研究表明:偏心支撑框架充分利用耗能梁段的剪切变形进行耗能来抵抗强震的作用,避免支撑斜杆