解析高層鋼結構的中心支撐類型
2021-06-04 09:32 高層鋼結構 華邦建設
帶有中心支撐的鋼框架是高層鋼結構的主要結構形式之一。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向變形，易使柱首先出現破壞，因而在地震區很少采用，單斜桿支撐需要在結構中相向對稱布置，以防止支撐屈曲后，使結構水平位移向一側發展。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，在高層鋼結構抗側力體系中較常應用。
交叉支撐在往復荷載作用下，其組成桿件的屈曲變形只在交叉節點的一側發展，其滯回曲線呈反S滑移形。隨著循環次數的增加，其承載力下降，但由于受拉側的支撐桿可接近拉直，在多次循環后，承載力趨于穩定，最后因低周疲勞而破壞。按支撐僅能承受拉力設計的中心支撐鋼框架，其受力能力頗差，對抗震結構不宜采用。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，從而構成較復雜的滯回性能。當支撐桿在壓力下屈曲時，向外呈弓狀彎曲，屈曲的支撐桿承載能力下降，導致受拉支撐承擔更大的荷載。弓狀彎曲使支撐桿端部的轉角過大，同時引起支撐桿中部附近出現局部屈曲。
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，在首次達到水平極限荷載后，有明顯的承載力下降現象，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，在設計時需要特別注意。這種支撐有兩個問題，第一、當一側支撐屈曲時，樓蓋系統在梁跨中部的支撐節點處，將出現較大的豎向變位;第二、支撐系統受壓側支撐屈曲后承載力將大大惡化，而受拉側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，產生豎向不平衡力使梁受彎。為解決這兩個問題，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，不考慮重力荷載作用下支撐的支點作用。
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