《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。

钢支撑性能对高层钢结构动力反应的影响

钢框架－支撑结构体系是高层钢结构常用的结构体系。支撑的性能对高层钢框架－支撑体系的动力性能影响较大，其中支撑的长细比是关键的影响因素。文中通过大量的计算分析研究支撑长细比对高层钢框架－支撑体系弹塑性地震反应的影响，所得结论可供工程设计时参考。

支撑长细比及节点板对中心支撑钢框架抗震性能的影响

支撑作为中心支撑框架主要的抗侧力构件,其性能对整体结构的抗震性能影响较大,其中支撑的长细比是影响支撑性能的关键因素。节点板作为连接支撑与框架常用的连接构件,对体系的刚度也有一定的影响。利用OpenSees建立了考虑节点板作用的3层1跨的中心支撑框架模型,并与试验结果进行对比验证其可靠性。在此模型的基础上对中心支撑框架是否考虑节点板作用及其长细比对整体抗震性能的影响进行了弹塑性时程分析及易损性分析。分析结果表明,在设计过程中考虑节点板的作用,将有利于合理地评估中心支撑框架的抗震性能。我国《建筑抗震设计规范》对长细比的限值过于保守,使得在罕遇地震下支撑仍处于弹性范围内,没有充分发挥其性能。因此,建议适当增大中心支撑框架的支撑长细比,从而保证支撑充分发挥其性能,并减小结构的地震作用。

支撑长细比对人字形中心支撑钢框架结构影响系数的影响

为考察支撑长细比对中心支撑钢框架结构影响系数的影响,设计支撑长细比不同的4个人字形中心支撑钢框架并通过增量动力分析计算其结构影响系数。结果表明,对于按照我国规范设计的普通中心支撑钢框架,随着支撑长细比的增加,结构影响系数R逐渐减小;而对于欧美规范中的特殊中心支撑钢框架则并非如此。

钢支撑抗震性能设计及机理探讨

从钢支撑设计承载力验算方法和钢支撑杆件长细比限值特征的角度,对中国、美国和欧洲现行框架-中心支撑结构设计规范进行了分析和比较。综合分析结果表明,我国现行规范的框架-中心支撑对支撑板件的宽厚比和长细比特征的限制较严格,并采用了支撑杆件的设计内力增大系数和强度降低系数来强化支撑抗震性能。有关研究结果表明有关普通中心支撑框架结构和特殊中心支撑框架结构在弹塑性阶段的抗震性能及其相关问题还有待于深入研究。

考虑二次受力影响的CFRP加固轴压圆管柱有限元分析

用有限元分析软件ANSYS建立有效的"壳—弹簧—壳"的模型,分别模拟5根相同截面、相同长细比、沿柱纵向粘贴不同层数CFRP布的圆管长柱,建立的有限元模型与试验结果进行对比验证了有限元模型的有效性。分析二次受力时的加固后极限承载力,并得出考虑二次受力作用下CFRP加固的空心圆管细长柱的轴压性能与不考虑二次受力时的差异,并据此提出相应的加固施工建议。

ST12材质焊接工字形钢支撑低周疲劳性能模拟及分析

前期的滞回性能模拟证实有限元可较精确地模拟ST12材质焊接工字形钢支撑试件表面的应力应变分布。采用基于应力应变的3种临界面损伤模型预测了支撑的低周疲劳损伤及寿命,结果表明临界面法可较精确预测裂纹开裂位置,预测结果均低于试验结果。基于临界面法的预测结果回归了寿命估算公式,并与基于试验结果的估算公式进行了比较分析,证实了影响支撑低周疲劳性能的主要因素是长细比和翼缘宽厚比。建议设计支撑时在满足"小震"不失稳的前提下,在规范允许的范围内,尽量采用具有较大长细比和较小翼缘宽厚比的支撑,以延长支撑的低周疲劳寿命。

关于钢结构抗震设计中轴心受压支撑长细比问题的讨论

在简要阐述钢结构稳定理论的基础上,结合有关规范和试验资料,讨论钢结构抗震设计时轴心受压支撑构件的长细比限值及抗震承载力验算时不同钢种的长细比修正问题,指出在弹性屈曲范围的长细比不应进行钢号修正。

约束内置的新型双重方钢管防屈曲支撑研究

防屈曲支撑受压屈服而不屈曲的特点,使其具有良好的耗能减震效果。针对目前防屈曲支撑震后难以观察核心受力构件的变形及损伤,不利于后期震害调查的情况,提出了一种约束构件内置的新型双重方钢管防屈曲支撑。该新型防屈曲支撑震后能够直观地观察到受力构件的变形情况,便于震后修复。应用Abaqus有限元软件对新型支撑进行数值分析,研究了长细比、约束比、径厚比、间隙以及摩擦力对支撑性能的影响。结果表明:长细比、约束比、间隙、摩擦力对支撑性能的影响较大,径厚比对支撑性能几乎无影响。同时,给出了可供设计参考使用的临界约束比曲线、间隙等参数。

单层钢结构厂房X型柱间支撑问题的探讨

通过对投入使用后的某工程X型柱间支撑出现问题的原因进行分析,提出了单层钢结构厂房X型柱间支撑设计和施工时应注意的一些问题,并给出了有关X型柱间支撑设计和施工方面的一些建议,供类似工程设计和施工时参考。

单层钢结构厂房柱间支撑体系的分析

通过上海某大型不锈钢工程主厂房的设计体会,对柱间支撑体系的设计,尤其是柱间支撑体系的设计原则、形式、刚度、强度和连接进行分析和探讨,并就支撑体系的设计要点提出了建议。

某细长建筑结构设计及防屈曲约束支撑应用分析

某建筑A楼位于甘肃省兰州市,平面呈细长型,扭转刚度差。通过对无支撑方案、普通钢支撑方案、防屈曲约束支撑方案的计算比较分析,选取了防屈曲约束支撑方案。分析了多遇地震作用、中震作用、罕遇地震作用下,防屈曲约束支撑的抗震性能。结果表明:采用防屈曲支撑结构有效控制了结构扭转,同时避免了局部的受力过度集中,具有良好的受力性能,能够达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的性能目标。对超长结构进行了温度作用下的楼板应力分析,为设计提供依据。

输电塔交叉斜材平面外稳定中外规范计算差异的探讨

主要对输电塔交叉斜材平面外稳定计算问题进行探讨。对美国ASCE 10-15、中国GB 50017—2017《钢结构设计标准》和DL/T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》等标准中的相关规定进行对比分析表明:在交叉斜材一拉一压受力情况下,GB 50017—2017对于计算长度的修正较DL/T 5154—2012要小;在交叉斜材同时受压情况下,两者对于计算长度的修正水平基本一致。然后基于交叉斜材均是偏心受力构件的情况推导了考虑交叉斜材受力相关性的计算长度修正计算式。

中欧架空输电线路铁塔交叉斜材长细比计算方法对标分析

[目的]为了有效规避由于国内外工程设计规范不同引起的设计质量问题,结合中国现行《架空输电线路杆塔结构设计技术规程》(DL/T 5486—2020)、欧洲标准《1 kV及以上架空输电线路通用规定》(EN—50341—2012),对输电线路铁塔角钢构件交叉斜材长细比计算方法进行对比分析。[方法]以工程中常见的有辅助材的交叉斜材布置型式为例,分别采用两种标准计算了其杆件长细比。[结果]研究表明:在计算交叉斜材同压时,中国标准采用计算长度修正系数来修正两根斜材的共同作用对受压构件稳定承载力的影响,欧洲标准采用验算两杆的受压稳定承载力之和大于或等于两杆所受荷载代数和的方法来保证构件的稳定承载力满足结构要求。[结论]在有辅助材的交叉斜材布置型式时,两杆同压且压力相等、两杆同压且压力不等、两杆一拉一压这3种情况下国标稳定承载力计算结果均小于欧标稳定承载力。

某复杂学校建筑的结构抗震设计与分析

该文以某小学项目B1结构单元为例,着重介绍了提高建筑抗震性能的有效措施和方法,可供相关建筑的设计提供参考。某小学项目B1结构单元采用钢筋混凝土框架结构,为重点设防类建筑。由于建筑功能和立面造型的需要,该建筑存在多项平面和竖向不规则。为保证建筑具有良好的抗震性能,采用SATWE软件对整体结构进行了多遇地震作用下的计算分析,对穿层柱、平面形状不规则、多塔楼结构等进行了专项分析并提出了相应的加强措施,对结构关键构件进行了性能设计。

新规范下的门刚设计及改进

随着预制装配式建筑的发展以及建筑施工周期要求越来越短的情况下,门式刚架轻钢结构形式在我国工业建筑中已经得到了广泛应用,而且未来的应用也会越来越广。本文重点分析了新门刚规范下的门刚设计及改进措施。

外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架足尺振动台试验研究

为真实反映地震作用下墙板与分层装配支撑钢框架的动力协同工作性能,设计了三层足尺分层装配支撑钢框架通过柔性减震连接件外挂PC复合墙板结构模型,通过振动台试验考察其动力损伤演化机制和变形特征。研究结果表明:外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架结构可以满足我国规范对于抗震安全性的要求,并且表现出损伤控制和低残余位移特性。多遇地震作用下结构和墙板完好无损;设防地震作用下结构无损,墙板微损;罕遇地震作用下结构损伤集中于柔性支撑,梁柱框架无损,墙板及连接无显著破坏;超大地震作用下梁翼缘局部进入塑性,墙板节点和墙板边缘及预埋件处有显著破坏但主体结构完好。采用柔性减震连接件外挂的PC复合墙板不会影响分层装配支撑钢框架的变形恢复能力,其相对于主体结构具有良好的变形适应性,提高了分层装配支撑钢框架的层间变形均匀性,在支撑松弛的情况下可以显著提高结构刚度,从而降低层间位移响应和扭转响应,并削弱了柔性支撑在动力作用下突然张紧产生的冲击效应。总体上,外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架结构具有优良的抗震性能和震后可恢复性。

中心支撑-框架钢结构设计与研究

对人字形中心支撑-框架结构的抗震设计进行研究。在不同的支撑长细比下,支撑受压屈曲后的强度退化程度是不同的。根据我国抗震规范规定的设计支撑强度的方法,当取不同的长细比λ时,会产生不同的结构初始刚度和变幅很大的强度值,且工程设计很复杂。为此,提出一新的支撑强度设计方法,并认为人字形中心支撑的强度是由一侧杆受压后屈曲强度与另一侧杆的受拉屈服强度两部分构成。新的设计方法确保了结构初始刚度和强度不受支撑长细比影响。建议方法的优点还在于其能够较好地控制最大层间位移角。最后,深入探讨了多层钢支撑-框架结构出现薄弱层的问题。

中关村国防科技园A栋综合楼超限结构设计

中关村国防科技园A栋综合楼是一栋特点鲜明的平面细腰形高层建筑,采用传统框架-剪力墙结构扭转效应明显,建筑四角框架成为第一道抗震防线,结构体系存在安全隐患。通过计算对比分析,确定采用局部屈曲约束支撑框架与位于平面细腰部位的混凝土筒体组成的框架-剪力墙结构体系。设计过程中对屈曲约束支撑的布置原则、抗震性能改善效果及连接节点的抗震性能进行了详细的分析,对一些关键构件明确了加强措施。分析结果表明,屈曲约束支撑减震技术与传统混凝土结构体系有机结合,有效地改善了结构性态,提高了整体结构的抗扭、抗震性能。

防屈曲支撑的型式、设计理论与应用研究进展

该文综述了防屈曲支撑构件自发明以来40年的发展历程,可以看出防屈曲支撑逐步向轻型化、高承载和复杂功能方向的发展趋势。特别介绍了新近发展的全钢装配式、梭形、内核分离式、多肢格构式及桁架(索桁架与刚性桁架)约束型防屈曲支撑的型式和组成、受力机理和破坏模式、弹性屈曲荷载、单调轴压下的承载力、反复拉压荷载作用下的滞回和低周疲劳性能、试验研究成果等,重点关注防屈曲支撑的外围约束刚度、约束比门槛值、外围连接强度以及端部构造等设计理论的研究成果。综述了国内外相关规范对防屈曲支撑设计的相关规定,介绍并讨论了基于约束比和基于正则化长细比的两种设计方法。