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解析高層鋼結(jié)構(gòu)的中心支撐類型
2021-06-04 09:32 高層鋼結(jié)構(gòu) 華邦建設(shè)
帶有中心支撐的鋼框架是高層鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式之一。中心支撐體系包括十字交叉支撐、單斜桿支撐、人字形或V形支撐、K形支撐。K形支撐的交點(diǎn)位于柱上，在地震作用下，因受壓斜撐屈曲或受拉斜撐屈服引起較大的側(cè)向變形，易使柱首先出現(xiàn)破壞，因而在地震區(qū)很少采用，單斜桿支撐需要在結(jié)構(gòu)中相向?qū)ΨQ布置，以防止支撐屈曲后，使結(jié)構(gòu)水平位移向一側(cè)發(fā)展。且每層中不同方向斜桿的截面面積在水平方向的投影，相差不能超過10%。交叉支撐和人字形支撐在彈性工作階段，具有較大的剛度，層向變位小，能很好地滿足正常使用的功能要求，在高層鋼結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系中較常應(yīng)用。
交叉支撐在往復(fù)荷載作用下，其組成桿件的屈曲變形只在交叉節(jié)點(diǎn)的一側(cè)發(fā)展，其滯回曲線呈反S滑移形。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，其承載力下降，但由于受拉側(cè)的支撐桿可接近拉直，在多次循環(huán)后，承載力趨于穩(wěn)定，最后因低周疲勞而破壞。按支撐僅能承受拉力設(shè)計(jì)的中心支撐鋼框架，其受力能力頗差，對(duì)抗震結(jié)構(gòu)不宜采用。兼承拉、壓的支撐，通過受壓屈曲或受壓屈曲和受拉屈服來耗散能量，從而構(gòu)成較復(fù)雜的滯回性能。當(dāng)支撐桿在壓力下屈曲時(shí)，向外呈弓狀彎曲，屈曲的支撐桿承載能力下降，導(dǎo)致受拉支撐承擔(dān)更大的荷載。弓狀彎曲使支撐桿端部的轉(zhuǎn)角過大，同時(shí)引起支撐桿中部附近出現(xiàn)局部屈曲。
人字形或V形支撐的滯回性能同樣呈反S滑移形。與剛度較大的橫梁相連的人字形支撐體系，在首次達(dá)到水平極限荷載后，有明顯的承載力下降現(xiàn)象，但降幅不大，而與有限剛度橫梁相連的人字形支撐體系，在往復(fù)荷載作用下，其承載力下降幅度較大，只有原來的40%左右，在設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意。這種支撐有兩個(gè)問題，第一、當(dāng)一側(cè)支撐屈曲時(shí)，樓蓋系統(tǒng)在梁跨中部的支撐節(jié)點(diǎn)處，將出現(xiàn)較大的豎向變位;第二、支撐系統(tǒng)受壓側(cè)支撐屈曲后承載力將大大惡化，而受拉側(cè)支撐中的拉力可能超過受壓支撐不斷減小的屈曲后承載力，產(chǎn)生豎向不平衡力使梁受彎。為解決這兩個(gè)問題，人字形支撐橫梁需要有足夠的剛度，使其在受壓支撐屈曲后橫梁不致彎折。在確定人字形支撐體系中的橫梁截面時(shí)，不考慮重力荷載作用下支撐的支點(diǎn)作用。
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