钢支撑及框架-中心支撑双重抗侧力体系研究现状、不足及改进

本文在总结钢支撑滞回性能及高层双重抗侧力体系研究现状的基础上,分析了现象学、物理学及有限元3种钢支撑模拟方法的优缺点,并针对现有支撑模拟方法及支撑疲劳累积损伤研究的不足提出了可行的改进方法。分析了框架-中心支撑双重体系研究中若干关键性问题之后,指出了我国《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)等有关规范中关于双重体系设计相关条款存在的分歧及不足,并提出了通过双重结构体系在罕遇地震下的反应特性模拟分析来统一认识的建议。

高层钢结构双重抗侧力体系的二阶简化分析

为简化双重抗侧力体系二阶分析 ,将结构的二阶效应转化为结构的负刚度 ,从而建立分析模型。应用该模型导出的基本微分方程 ,在形式上与由一阶理论导得的方程无异 ,应用上特别简便。与精确的电算结果比较表明 。

框架-剪力墙结构双重抗侧力体系设计方法研究进展及展望

近年来,框架-剪力墙结构作为一种双重抗侧力体系,得到了越来越广泛的应用。基于国内对框架-剪力墙结构双重抗侧力体系的研究,总结了框架-剪力墙结构在框架倾覆力矩的计算、框架二道防线剪力调整及大震弹塑性性能等方面的成果,指出:“改进轴力法”及“统一解方法”可以较为准确地计算底部框架承担的倾覆力矩;刚度特征值是影响框架层剪力分配的重要指标,框架层剪力调整时框架梁内力可不做调整;现有的大震弹塑性方面的分析结果并不一致,需统一性能指标并加强试验研究。展望了该结构体系有待进一步研究的问题,包括底部框架倾覆力矩的比例界限问题、框架层剪力的实用调整方法,以及新型单重抗侧力体系的研究等。

双重抗侧力体系高层建筑结构探究

文中主要探讨双重抗侧力体系高层建筑结构的优点以及设计施工时应注意的问题。

双重弯剪型抗侧力结构的屈曲及其二阶效应

该文采用连续模型对刚度和轴力均匀的双重弯剪型抗侧力结构的屈曲进行分析,得到了计算临界荷载的精确公式。公式表明:双重抗侧力结构总的临界荷载是两个结构作为独立结构时各自临界荷载的简单相加,与竖向荷载在两个结构上的分布无关。对在均布水平荷载和顶端竖向集中荷载共同作用下的双重弯剪型结构进行了二阶分析,得到了弯曲侧移、剪切侧移、总侧移及其两个结构中的弯矩的二阶效应放大系数,并提出了简化计算公式。该公式用于顶部侧移计算非常精确,用于下部侧移计算精度良好且偏于安全;该公式也可以用于子结构整体弯矩的计算,子结构是框架的情况下也可以用于框架柱柱端弯矩的放大计算,在下部2/3高度范围内偏于安全。整个解析解的推导过程表明,这些放大系数也与竖向荷载在两个结构上的分布没有关系。

两片弯剪型抗侧力体系的相互作用

推导了在水平荷载作用下共同工作的两个弯剪型抗侧力结构的基本微分方程组及其解析解。与传统框架-剪力墙结构可以一次求解不同,两个弯剪型结构共同作用的分析必须分两步求解。算例分析表明,一个结构的抗弯刚度参与另一个结构共同工作的能力受到自身抗剪刚度的影响,一个结构的抗剪刚度参与另一个结构共同作用的能力也受到自身抗弯刚度的影响。

两个弯剪型抗侧力体系的线性相互作用

本文对两个弯剪型抗侧力结构在水平荷载作用下的共同工作进行了分析。推导了基本微分方程并得到了水平均布荷载下的解析解。算例表明,一个结构的抗弯刚度参与另一个结构共同工作的能力受到自身抗剪刚度的影响;反之,一个结构的抗剪刚度参与另一个结构共同作用的能力也受到自身抗弯刚度的影响。本文还提出了一个简单的、利用两个弯剪型子结构作为独立结构在水平力作用下的挠度,构造双重弯剪型结构在相同水平力作用下水平挠度的方法,对比表明,这种构造出来的挠度与精确解挠度非常接近。通过这种构造模型,对双重弯剪型结构之间的相互作用可以获得非常直观的了解和理解,本文建议了一个串联-并联电路来帮助理解双重抗侧力结构之间的共同作用。

人字撑-钢框架弹塑性抗侧性能的精细化研究

为了研究人字撑-钢框架双重抗侧力结构体系中受压支撑屈曲后的剩余强度、框架抗侧强度对结构体系抗侧性能的影响以及结构体系的最大抗侧承载力等问题,在考虑现行规范相关规定的基础上,设计50个典型人字撑-框架结构算例,开展弹塑性抗侧性能的非线性有限元分析.研究组成结构体系的2个子结构支撑架和框架在整个抗侧过程中的性能及其对结构体系总的抗侧性能的影响.结果表明,结构体系的抗侧性能在压撑屈曲后存在快速下降,框架的相对强弱对下降幅度具有重要的影响;框架与支撑的极限承载力之和不能作为结构体系的抗侧承载能力.根据计算结果提出人字撑横梁承受的不平衡力的改进计算方法.

框架-横梁未充分加强型人字撑架的抗侧性能

为了充分了解框架-人字撑架(横梁未充分加强型)的抗侧性能,对50个算例进行静力推覆分析,其中框架分别承担基底总剪力的25%和50%.研究表明:框架分担基底剪力的比例大小和支撑架横梁的强弱是影响这种双重抗侧力体系抗侧性能的最关键因素;框架抗侧承载力占基底剪力的比例越大,支撑架横梁越强,结构体系超强系数就越大.推导了框架-支撑体系中关键点受压支撑屈曲、支撑架横梁和框架形成塑性铰时对应的层侧移角公式.分析表明在这些点中,受压支撑屈曲总是最先发生,此时框架的抗侧承载力发挥很小.此外,由于支撑架横梁没有充分加强,受拉支撑的轴力无法达到其屈服承载力.为了获得较好的抗侧性能,提出了人字撑架横梁需要承担的最小不平衡力。

非等高双重抗侧力体系的稳定性

该文研究了非等高的双重抗侧力体系的稳定性。首先,分析了弯曲型高-剪切型低的双重抗侧力体系,提出了该结构体系的屈曲方程及稳定临界荷载解析解。通过分析弯曲型高-剪切型低的双重抗侧力体系的上下两部分存在相互支援作用,给出了求解该体系稳定临界荷载的近似公式,通过算例对比,发现与解析解相比,近似解具有很好的精度;同时,近似法便于实际应用。其次,研究了剪切型高-弯曲型低的双重抗侧力体系稳定性,研究发现由于轴压力分布的不同,此类体系将出现两种不同形式的失稳模式,分别为结构上部发生纯剪切型失稳的局部失稳模式以及结构下部发生整体有侧移失稳模式。提出了判别结构在某一特定形式的荷载作用下,发生哪一种失稳模式的准则,以及相应的临界荷载计算公式。

非等高双重弯剪型抗侧力体系的稳定性

研究了非等高的双重弯剪型抗侧力体系的稳定性。首先,建立了非等高双重弯剪型抗侧力体系的连续化分析模型,提出了该结构体系的屈曲方程及稳定临界荷载解析解。其次,通过分析结构体系的上下两部分存在相互支援作用,给出了求解该结构体系稳定临界荷载的近似公式,通过算例对比,发现与解析解相比,近似解具有很好的精度;同时,近似法便于实际应用。最后,分析了随着内部两子结构相对高度的变化,相应的非等高双重抗侧力体系总的临界荷载发生变化的规律。研究发现,并非当两子结构高度相等时,总的临界荷载取到最大值,而是存在最优相对高度的概念,即当内部两子结构的相对高度为最优相对高度时,结构总的临界荷载最大。

钢框架-支撑体系框架剪力分担率验算

提出了一种双重抗侧力体系框架剪力分担率验算方法——反应谱验算法,并以钢框架-支撑体系为例,在多遇和罕遇地震作用下,与均布验算法进行了比较,证明了此种方法的合理性。

多层工业钢结构多道抗震防线设计方法及其应用

随着钢结构设计理念的不断强化以及结构安全性能要求的不断提高,多道抗震防线设计已经成为当前结构设计必须考虑的技术要求。为加强多道抗震防线设计方法的理解,并推动其在工业多层钢结构设计中的应用,文章对该方法的原理及适用范围进行阐述,并结合大量的PKPM计算,对比分析不同情况下的多层工业钢结构,给出多防线设计的合理化建议,以供相关工程应用参考。

南宁某高层研发办公楼结构体系选型分析

南宁某高层研发办公楼的剪力墙结合楼梯间、电梯井、设备房,集中布置在建筑中部形成平面尺寸较大的核心筒。对于这种外围框架、内部核心筒剪力墙的平面布局,目前没有规范应按框架—剪力墙结构体系还是按框架—核心筒结构体系进行设计。本文根据框架—剪力墙结构与框架—核心筒结构的受力特征,从建筑平面布局、核心筒尺寸、核心筒墙体与底部剪力墙倾覆弯矩占比等方面进行分析,提出研发办公楼按框架—剪力墙结构设计更加合理,符合规范的设计要求。项目可供同类型的高层建筑结构设计参考。

横梁未加强型人字撑框架体系的抗侧性能

对7组横梁未加强的人字支撑框架进行弹塑性分析,支撑几何长细比从43变化至132,支撑又分承担和不承担竖向重力两种。研究表明重力荷载使支撑提前屈曲,降低了支撑抗侧力峰值,抗震设防烈度越低,其影响越大。通过对整体、支撑和框架的侧力-侧移曲线的分析,解释了设计人字撑横梁时不应考虑跨中支撑点作用的原因,对欧美日等将中等长细比的支撑框架列为抗震性能最差的框架支撑体系提供了解释。揭示了支撑与框架的极限抗侧力不同时出现的重要现象,提出了设计对策;提出了塑性破坏机构,推导了横梁跨中挠度和支撑出平面外位移与层侧移角的关系。

兰泰苹果园高层住宅钢结构设计

基于实际项目,介绍了框架-中心支撑体系在高层住宅楼钢结构中的运用以及钢结构住宅设计的特点和要点,具体包括:设计目标和标准、结构体系的选择、结构布置的原则、多遇地震分析、节点分析、罕遇地震验算、重要构造措施等。设计结果表明,框架-中心支撑体系在高层住宅楼钢结构中是可行的;结构经过合理布置较好满足建筑功能要求,并使各项计算指标满足相关规范要求;节点设计满足强度和刚度要求;所采取的防火和防腐措施可实现预定防护要求。

组合钢板剪力墙的发展与研究现状

根据组合钢板剪力墙施工方法的不同,对其进行分类,并分别从结构的构造措施、破坏特征、受力机理以及墙板与框架的相互作用等方面进行讨论,结果发现:防屈曲钢板剪力墙抗震性能优异,是一种适合在高烈度震区使用的抗侧力体系。综述国内外的组合钢板墙的理论与试验研究,并对其研究现状进行评价,根据当前研究的不足,提出今后研究的主要方向。

屈曲约束开斜槽钢板剪力墙简化分析模型及其应用

屈曲约束开斜槽钢板剪力墙是在非加劲薄钢板剪力墙基础上提出的一种兼具承载-耗能双功能、可预制装配的新型耗能减振构件。基于剪力墙的受力机理,本文提出了可用于结构体系分析和设计的简化等效多杆模型,并采用OpenSees软件建立等效多杆的简化模型,通过与拟静力往复试验结果的分析对比剪力墙基本力学性能,验证了等效多杆模型的适用性。将其应用到钢框架中并形成钢框架-新型剪力墙双重抗侧力结构体系,采用本文提出的简化模型,对一30层结构进行了抗震设计和分析。结果表明,屈曲约束开斜槽钢板剪力墙充分发挥了抗侧-耗能的双功能,使结构体系具有优越的抗震能力。

太原湖滨广场综合项目结构超限设计探讨

以太原湖滨广场综合项目为例,对工程采用的钢管混凝土框架—核心筒结构双重抗侧力体系作了研究,介绍了结构选型、计算参数、结构整体设计指标等内容,并对结果进行了分析,对结构体系及构件进行了性能设计,其主要抗侧力构件满足中震弹性或不屈服目标。

考虑剪力分担率的钢框架组合墙结构安全性探析

钢框架组合墙结构是一种新型的结构体系,具有良好的抗震性能。该体系中,组合墙是主要的抗侧力构件,作为保证抗侧力安全的第一道防线;钢框架作为第二道防线,它所承担的水平力占总水平力的比例是这类结构的一个重要安全设计指标,称为剪力分担率。钢框架的剪力分担率超过25%时形成双重抗侧力体系。在结构设计与建造过程中,剪力分担率往往被作为重要的结构安全性参数予以重视。本文将从安全性角度就剪力分担率对钢框架组合墙结构的影响进行初步探析。