钢框架-偏心支撑结构消能梁暗置侧向支撑设计

在钢框架-偏心支撑结构中,针对钢结构住宅等建筑中不能接受常规消能梁侧向支撑的情况,设计了一种在消能梁段端部的楼板内设置型钢连接件及暗梁组成的暗置侧向支撑。有限元模拟分析表明,在规范规定的消能梁段下翼缘侧向水平荷载的作用下,该消能梁暗置侧向支撑能显著减小消能梁的扭转变形和侧向弯曲变形;在考虑消能梁上局部楼板失效的情况下,暗置侧向支撑也能提供消能梁合适的扭转约束刚度。通过某工程的原位静荷载试验,验证了该暗置支撑对消能梁发挥的预期侧向支撑作用。

广州航空轮胎大科学装置主体结构设计

广州航空轮胎大科学装置作为科学试验、产业吸引的重要建筑,方案新颖奇特,为竖向及水平圆组合的造型。结构设计时,通过设置防震缝将其分割成两个独立的结构主体,同时考虑建筑造型、试验设备、超高大跨吊车等的相关需求。竖向圆为中部通高的六层钢框架-中心支撑结构,充分利用吊车支撑做成强支撑框架,减少中部30m高跃层柱的长度系数,同时充分利用建筑形体,在30m以上做成半圆柱面单层网壳结构,实现建筑效果的同时也节约了材料;水平圆为钢框架结构,针对屋面大跨楼盖,采用单向密肋实腹钢梁,钢梁截面最大高度为1.9m,以满足建筑净空和结构挠度等要求;幕墙与主体间采用桁架式铰接支座,实现外鼓幕墙造型;10台半埋式试验台基础采用灌注桩基础,并设置隔振沟以减轻动力试验对主体结构的影响。设计最终很好地实现了建筑功能及结构安全性和适用性。

连梁可更换的Y型偏心支撑组合框架力学性能试验研究

为研究连梁可更换的Y型偏心支撑组合框架(简称“Y型V-EBCF”)的力学性能,设计制作了一榀Y型V-EBCF试件,其中可更换式连梁由低屈服点钢加工并通过高强螺栓与周边构件相连。对Y型V-ECBF试件和拆卸了连梁后的试件分别进行了拟静力试验,分析了试件的失效模式、荷载-位移曲线和残余位移角,试验结果表明:在连梁失效前,结构具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力;当拆卸失效连梁后,结构在组合框架的不平衡内力下恢复至原位,残余变形角为0.002 rad,小于规范限值(0.005 rad)及最大可更换残余位移角限值(0.0023 rad),且余下试件再加载时的滞回曲线依旧饱满稳定,表明Y型V-ECBF体系具有良好的震后恢复能力;采用现行AISC360-16规范相关公式可以准确计算低屈服点钢连梁的承载力,但超强系数建议取3.0以防止周边构件的破坏;Y型V-ECBF体系的刚度和承载力等于偏心支撑中连梁和组合框架的刚度与承载力之和。此外,Y型V-EBCF中的连梁会引起框架梁跨中承担额外的弯矩,导致跨中混凝土板的开裂,该文给出了计算跨中混凝土板裂缝宽度的公式。

连柱摇摆钢支撑抗震性能研究

为了提高连柱摇摆钢支撑的耗能能力,提出了支撑跨柱脚采用开椭圆孔截面的新型构造措施。采用有限元分析软件ABAQUS建立连柱摇摆钢支撑框架结构模型,进行了低周往复加载,对比分析了耗能连梁长度、框架跨度、框架高度等不同设计参数对结构抗震性能的影响。分析结果表明:连柱摇摆钢支撑主要由耗能连梁及耗能柱脚进入塑性来耗散能量,结构具有合理的破坏模式;连柱摇摆钢支撑结构具有较好的耗能能力,滞回曲线为饱满的梭形;结构的极限承载能力随着耗能连梁长度的增加呈现出先增大后减小的趋势,结构的累积滞回耗能能力也逐渐降低;耗能连梁应宜采用剪切屈服型,建议耗能连梁长度的取值范围为(1.2~1.5)Mp/Vp;增大框架跨度和减小框架高度等可以显著提升结构的耗能能力、刚度和承载能力。基于小变形假定和虚功原理,分析了连柱摇摆钢支撑结构在极限状态的典型屈服机制,推导出极限承载力计算公式,与有限元计算结果比较吻合,验证了公式的合理性,可为工程应用提供参考。

开孔型耗能连梁摇摆钢支撑抗震性能研究

在设防地震作用下,摇摆钢支撑框架结构仅耗能连梁发生破坏,有效避免主体结构发生破坏,震后仅更换耗能连梁便可恢复结构的使用功能。文章采用ABAQUS软件建立有限元模型,分析了不同设计参数摇摆钢支撑框架结构的滞回性能。分析结果表明:摇摆钢支撑结构的滞回曲线饱满,耗能能力较好;随着耗能连梁长度的增加,结构在相同侧移比下的承载力和刚度下降,耗能能力呈现出先下降再略有上升的趋势,耗能连梁长度取值范围在0.9 Mp/Vp~1.41 Mp/Vp之间较为合理;随着跨度的增加,结构的承载力、刚度、耗能能力和抗侧刚度显著增加;随着耗能连梁长度的增加,承载力和耗能能力增大,初始抗侧刚度略有下降;随着孔间板件长宽比的增加,承载力、抗侧刚度和耗能能力减小。

铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系抗震性能分析

层高高、跨度大、活荷载大特点的物流仓库、数据机房类建筑,采用普通刚接框架将导致梁、柱截面尺寸大,且大震下会出现梁端不屈服而柱脚屈服的现象,因此提出铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系,该体系主要通过梁柱铰接的高强钢框架承担竖向荷载,屈曲约束支撑及相连的刚接普通钢框架组成支撑框架主要承担结构的水平力。结合工程实例,建立有限元模型分析铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系的抗震性能。结果表明:在多遇地震下,地震作用由支撑框架承担;在罕遇地震下,结构刚度退化,结构内力响应下降,屈曲约束支撑产生较大的屈服变形,耗散地震能量,支撑框架中的框架梁、框架柱仍保持弹性状态,铰接高强钢框架的高强钢梁、钢柱保持弹性,结构层间位移角小于1/100;在极罕遇地震作用下,结构仍然不出现塑性铰。与普通刚接框架相比,铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系节省了9%的钢材用量,碳排放降低了9%;铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系抗震性能较好,在高烈度区的层高高、跨度大、活荷载大的建筑中使用具有良好的技术优势。

高层钢框架—中心支撑结构设计研究

对高层钢框架-中心支撑结构设计过程中的跃层柱计算、拉链杆设计、钢框架节点计算、钢筋混凝土梁与钢柱连接节点设计等问题进行分析探讨,提出解决方案。同时,结合实际工程案例,证明解决方案的合理性,所得结果可供工程设计参考。

多层高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能研究

高强钢组合偏心支撑是指耗能连梁采用普通钢材(Q345),而框架梁、柱等非耗能构件采用高强度钢材(Q460)的偏心支撑结构,这种结构体系不仅有效降低了构件截面,而且有助于高强度钢材的应用推广。为了研究其抗震性能,对1∶2缩尺比例的三层高强钢组合K形偏心支撑钢框架整体试件进行了低周往复加载试验,耗能连梁均为剪切屈服型。试验结果表明:高强钢组合K形偏心支撑结构具有较高的承载能力、良好的位移延性和耗能能力,二层耗能连梁的腹板受剪撕裂是试件破坏的标志,导致整体结构的承载力下降。试件最终破坏时,非耗能构件基本处于弹性受力状态,耗能连梁的弹塑性变形消散了大部分地震能量。另外,高强钢组合K形偏心支撑结构的延性指标受耗能连梁长度(e)与框架梁长度(L)比值影响,也与耗能连梁的转动能力有关,e/L越大,耗能连梁越接近于弯曲破坏,延性性能越好。

模块化装配式斜支撑节点钢框架结构整体稳定性能研究

为了获得模块化装配式斜支撑节点钢框架结构体系的受力性能和设计方法,采用有限元分析方法,考虑结构整体对核心模块新型斜支撑柱的约束作用,在结构整体中研究斜支撑柱的承载能力,通过极限承载力反推得到了斜支撑柱的计算长度系数,解决了该结构体系设计的关键问题.进行了30层结构的整体有限元分析,获得该结构体系在水平荷载超载、竖向荷载超载及二者同时超载下的极限承载力、破坏模式和机理,该体系的破坏模式符合强柱弱梁的抗震原则.研究结果表明:该结构体系侧向刚度较大,但延性较差,在水平和竖向荷载作用下极限承载力系数取2.0较合理,承载力具有足够的安全储备.

耗能段腹板高厚比对Y型偏心支撑钢框架滞回性能影响的试验研究

Y型偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中抗震耗能的结构形式之一,为了研究Y型偏心支撑钢框架中耗能梁段腹板高厚比对结构滞回性能的影响,进行了2榀1/3缩尺Y型偏心支撑钢框架的低周反复荷载试验。本文主要介绍了试验过程,分析了Y型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。试验结果表明:Y型偏心支撑钢框架延性好、耗能能力强,耗能梁段腹板高厚比的改变对Y型偏心支撑钢框架强度、刚度以及耗能能力具有较大的影响。耗能梁段腹板高厚比设计得合理,Y型偏心支撑钢框架侧向刚度较大,可以满足在小震或中震作用下的结构变形要求,在大震作用下提供良好的变形能力和耗散地震能量的功能。

Y形偏心支撑钢框架SAP2000非线性分析模型

为研究Y形偏心支撑钢框架结构的弹塑性性能,根据剪切耗能梁段恢复力特性和钢框架的力学性能,提出符合抗震规范的耗能梁段独立剪切铰参数的定义方法,建立Y形偏心支撑钢框架SAP2000非线性塑性铰分析模型.通过3个模型试件在循环荷载下的骨架曲线和有限元分析的PUSHOVER曲线的对比,论证模型的合理性.结果表明,本文提出的改进塑性铰模型能够较为合理地反映Y形偏心支撑钢框架结构的非线性性能.

Y形偏心钢支撑RC框架结构滞回性能试验研究

为了研究耗能段与RC框架梁采用不同连接节点形式对Y形偏心钢支撑RC框架结构滞回性能的影响,进行了2榀1/3缩尺Y形偏心钢支撑RC框架的低周反复荷载试验。介绍了试验过程,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。试验结果表明:应用Y形偏心钢支撑加固RC框架合理可行,Y形偏心钢支撑承担了结构80%以上的水平荷载;U型外包钢与框架横梁连接的试件连接节点承载能力较高,耗能段耗能充分,结构的滞回曲线饱满;钢板与框架横梁底部连接的试件滞回曲线捏缩,耗能段耗能不充分,结构整体耗能能力差;U形外包钢与框架横梁连接的试件,耗能段破坏导致结构失效;钢板与框架梁底部连接的试件,连接节点破坏导致结构失效。

无侧移半刚性框架柱的稳定分析

基于现行钢结构设计规范GB50017-2003中柱计算长度的概念,利用柱子框架模型,引入梁线刚度修正系数和柱的相对线刚度比,应用梁柱理论建立了可以同时考虑柱端和梁端不同连接条件的无侧移半刚接钢框架柱计算长度系数的修正公式。基于上述修正公式,提出了计算无侧移框架梁柱连接转动刚度的简化方法:利用弯矩-转角曲线的初始切线刚度确定的切线连接刚度。研究表明,三柱子模型,当柱远端铰接时,按GB50017附录D表D-1得到的计算长度系数设计柱是不安全的,最大误差13.0%,当柱远端固接时,偏于保守,最大误差21.9%;连接刚度的简化方法误差控制在3%以内,具有很好的实用性和精确性,可以代替精确方法用于无侧移半刚性连接框架的稳定设计。

K型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能分析

K型偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中常用的一种抗震耗能结构形式,偏心支撑结构弹性阶段刚度大,塑性阶段耗能能力强是适用于高烈度震区的一种有效的抗侧力结构体系.根据偏心支撑结构在地震荷载作用下耗能梁段进入塑性的破坏特点,提出了耗能梁段采用曲壳单元和其余构件采用梁单元的非线性有限元模型来分析K型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能和破坏机理,并自编了计算程序.通过有限元模拟计算分析,得到了K型偏心支撑钢框架抗震设计中合理的支撑截面大小、耗能梁段长度、高跨比、加劲肋间距、加劲肋厚度、腹板厚度等设计参数的确定方法.

三种新型梁柱连接节点用于单斜杆偏心支撑结构的抗震性能研究

单斜杆偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中常用的一种抗震耗能结构形式,但是其耗能梁段与柱直接相连,既要保证梁端的抗弯承载力足够大,又要保证耗能梁段充分发展剪切塑性变形,以便耗散更多的地震能量。本文针对单斜杆偏心支撑的设计要求,提出了三种新型剪切型耗能梁段与柱连接节点加强措施—加肋板、加侧板、改进加楔形盖板方案。本文给出了设计方法,利用ANSYS有限元分析程序,采用壳单元建立了有限元分析模型,与梁柱直接相连的单斜杆偏心支撑结构进行了理论分析比较。验证了新型加强节点不仅可以使耗能梁段的屈服远离翼缘焊缝,排除耗能梁段与柱邻近区域的屈服,并具有良好的变形能力和抗侧移能力。当然这些结论的可靠性尚需试验的验证。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——稳定和长细比

钢结构的稳定问题普遍存在于钢结构设计中,凡是钢结构的受压部位,在设计时都必须认真考虑其稳定性。根据《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》,详细介绍了钢结构稳定验算的实质和注意事项,并结合钢结构稳定验算的实质,探讨了抗震构件和非抗震构件的容许长细比,给出了不同剩余抗弯能力比下的框架柱轴压比和长细比限值以及非抗震构件的容许长细比建议。最后介绍了《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)关于钢支撑容许长细比的规定依据。

中关村金融中心超高层钢结构设计中的关键技术

中关村金融中心超高层钢结构建筑的平面、立面布置复杂。在设计中采用钢框架-支撑结构体系,合理设置钢-混凝土组合结构过渡层。在高层建筑结构设计中首次采用按冶金建筑标准生产的Q345GJ钢材。在避难层采用桁架将竖向支撑连为一体,有效地增大了结构的侧向刚度,减小侧向位移。采用4层高的折线形柱实现建筑立面的变化,相应设置楼层水平桁架以改善折线柱水平分力的传递。采用大位移滑动支座,解决连廊与主楼的变形差异问题。将桩基础改为天然地基基础,方便施工,有效地缩短了工期、降低了造价。

支撑钢框架中关键柱破坏后结构抗倒塌性能分析

为研究支撑对多层平面钢框架在关键柱破坏后抗倒塌性能的影响,采用瞬时拆柱法分别对3种中心支撑和2种偏心支撑的钢框架在中柱失效和边柱失效的情况下进行了弹塑性动力效应分析。结果表明:支撑对结构的极限抗倒塌承载力并没有太大的提高,但对结构刚度提升十分明显;无论设置何种支撑,边柱失效的影响都要大于中柱失效;偏心支撑的设置并没有比中心支撑体现出更优越的性能,反而会在一定程度上降低结构的刚度。

偏心支撑体系在多层钢结构框架中的应用研究

钢结构偏心支撑体系在国外已被广泛应用于多层钢框架中，而我国8～12层钢结构框架仍以混合型体系为主。为了推广这种体系，详细介绍了耗能梁的分类、耗能梁对偏心支撑结构的作用、多层钢框架中弯曲型耗能梁——偏心支撑钢结构体系在弹性阶段对侧移的控制及设计。分析表明，这种新型体系受力性能合理、弹性刚度好、经济性能高，适用于在多层钢框架中应用。

高强钢组合D型偏心支撑框架合理耗能梁段长度研究

为研究耗能梁段长度对高强钢组合 D 型偏心支撑框架的受力性能的影响，采用 ABAQUS 有限元分析软件，建立了8种不同长度的耗能梁段高强钢组合 D 型偏心支撑钢框架（耗能梁段及支撑为 Q345钢，梁和柱为Q460钢）有限元模型，对其滞回性能进行非线性有限元分析。结果表明：高强钢组合 D 型偏心支撑钢框架结构形式具有良好的耗能能力；耗能梁段长度对结构的强度、刚度、延性及耗能性能均有较大影响。随着耗能梁段长度的增加，剪切屈服型结构的刚度及承载力均降低，延性和耗能能力增强。最后，根据有限元模拟结果得到耗能梁段长度取（0.96-1.38）Mp / Vp较为合理。