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      土木工程網-工程師的家園
      圖解多、高層鋼結構是怎樣練成的!
      RSS 打印 復制鏈接 發布時間:2019-12-06 11:10:37

      多高層房屋結構的類別

      特點:側向荷載效應的影響突出:風荷載、地震作用

      分類:框架結構、框剪結構、筒體結構

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      框架結構特點:

      1】平面布置較靈活,剛度分布均勻

      2】側向剛度小,延性較大,自振周期較長,對地震作用不敏感,一般在不超過30層

      框剪結構特點:

      1】支撐或剪力墻,雙重設防

      2】不超過40~60層

      筒體結構特點:

      框筒結構

      1】框架形成的筒體結構,內筒及其它豎向構件主要承受豎向荷載,外層框架主要承受側向荷載

      2】剛性樓面結構作為框筒的橫隔  

      3】剪力滯后造成角柱的軸力過大,兩個措施 :

      控制框筒平面的長寬比

      加大框筒梁和柱的線剛度之比

      4】適用的建筑高度可超過90層

      筒中筒結構

      1】減緩框筒結構的剪力滯后效應  

      2】密柱深梁或鋼筋混凝土內筒

      側向位移模式:

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      適用高度

      JGJ99-98) 依據地震設防烈度劃分:

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      非抗震設防的多層(£12層)鋼結構房屋形式:

      1】純采用框架結構或斜撐(或剪力墻)體系

      2】斜撐體系梁和柱的連接都可做成鉸支即柔性連接

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      抗震設防的多高層鋼結構房屋形式:

      1】中心支撐體系,不超過12層

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      2】偏心支撐體系,超過12層

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      結構布置提要

      1】光滑曲線構成的凸平面形式:風載體型系數小  

      2】采用中心對稱或雙軸對稱的平面形式:減小或避免在風  荷載作用下的扭轉振動

      3】平面尺寸關系

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      4】平面不規則結構

      5】結構豎向布置

      基礎

      1】宜設地下室

      2】抗震設防基礎埋深宜一致, 不宜采用局部地下室

      3】基礎埋深,天然地基不宜小于H/15,樁基時不宜小于H/20

      4】采用鋼筋混凝土剪力墻或框剪結構型式

      5】設置鋼骨(型鋼)混凝土的過渡層,一般為2~3層      

      怎樣做好多高層鋼結構設計

      將十層以下、總高度小于24m的民用建筑和6層以下、總高度小于40m的工業建筑定義為多層鋼結構;超過上述高度的定義為高層鋼結構。其中民用建筑層數和高度的界限與我國建筑防火規范相協調,工業建筑一般層高較高,根據實際工程經驗確定。

      輕型框架和輕型框架-支撐鋼結構適用于多層民用建筑和樓面等效活載小于8KN/m2且建筑高度小于20m的工業建筑。

      框-排架結構型式可分為側向框-排架和豎向框-排架,側向框-排架由排架和框架側向相連組成,分為等高和不等高的情況,見圖4.3.1中(a)和 (b)所示,豎向框-排架結構上部為排架結構,下部為框架結構,見圖4.3.1中(c)所示。

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      組成結構體系的單元中,除框架的形式比較明確,支撐、剪力墻、筒體的形式都比較豐富,結構體系分類表中專門列出了常用的形式。其中消能支撐一般用于中心支撐的框架-支撐結構中,也可用于組成筒體結構的普通桁架筒或斜交網格筒中,在偏心支撐的結構中由于與耗能梁端的功能重疊,一般不同時采用;斜交網格筒是全部由交叉斜桿編織成,可以提供很大的剛度,在廣州電視塔和廣州西塔等400米以上結構中已有應用;剪力墻板筒國內已有的實例是以鋼板填充框架而形成筒體,在300米以上的天津津塔中應用。

      體結構的細分以筒體與框架間或筒體間的位置關系為依據:筒與筒間為內外位置關系的為筒中筒;筒與筒間為相鄰組合位置關系的為束筒;筒體與框架組合的為框筒,又可進一步分為傳統意義上抗側效率最高的外周為筒體、內部為主要承受豎向荷載的框架的外筒內框結構,與傳統鋼筋混凝土框筒結構相似的核心為筒體、周邊為框架的外框內筒結構,以及多個筒體在框架中自由布置的框架多筒結構。

      巨型結構是一個比較寬泛的概念,當豎向荷載或水平荷載在結構中以多個樓層作為其基本尺度而不是傳統意義上的一個樓層進行傳遞時,即可視為巨型結構。

      比如,將框架或桁架的一部分當做單個組合式構件,以層或跨的尺度作為“截面”高度構成巨型梁或柱,進而形成巨大的框架體系,即為巨型框架結構,巨梁間的次結構的豎向荷載均是通過巨型梁分段傳遞至巨型柱;在巨型框架的“巨型梁”、“巨型柱”節點間設置支撐巨型支撐,即形成巨型框架-支撐結構;當框架為普通尺度,而支撐的布置以建筑的立面為尺度時,可以稱為巨型支撐結構,如香港的中國銀行。

      同的結構體系由于受力和變形特點的不同,延性上也有較大差異,具有多道抗側力防線和以非屈曲方式破壞的結構體系延性更高;同時,結構的延性還取決于節點區是否會發生脆性破壞以及構件塑性區是否有足夠的延性。

      所列的體系分類中,框架-偏心支撐結構、采用消能支撐的框架-中心支撐結構,采用鋼板墻的框架-抗震墻結構,不采用斜交網格筒的筒中筒和束筒結構,一般為高延性等級結構類型;全部筒體均采用斜交網格筒的筒體結構一般為低延性等級結構類型。

      具有較高延性的結構在塑性階段可以承受更大的變形而不發生構件屈曲和整體倒塌,因而具有更好的耗能能力,如果以設防烈度下結構應具有等量吸收地震能量的能力作為抗震設計準則,則較高延性的結構應該可以允許比較低延性結構更早進入塑性。

      屈曲約束支撐可以提高結構的延性,且相比較框架-偏心支撐結構,其延性的提高更為可控,故視其占全部支撐的比例,框架-中心支撐結構適用高度最高可提高20%。

      雙重抗側力體系指的是結構體系有二道抗側力防線,其中第二道防線的水平承載力不低于總水平剪力的25%。

      伸臂桁架和周邊桁架都可以提高周邊框架的抗側貢獻度,當二者同時設置時,效果更為明顯,一般用于框筒結構,也可用于需要提高周邊構件抗側貢獻度的各種結構體系中。伸臂桁架的上下弦桿必須在筒體范圍內拉通,同時在弦桿間的筒體內設置充分的斜撐或抗剪墻以利于上下弦桿軸力在筒體內的自平衡。設置伸臂桁架的數量和位置既要考慮其總體抗側效率,同時也要兼顧與其相連構件及節點的承受能力。

      對于超高層鋼結構,風荷載經常起控制作用,選擇風壓小的形狀有重要的意義;在一定條件下,渦流脫落引起的結構橫風向振動效應非常顯著,結構平、立面的選擇及角部處理會對橫風向振動產生明顯影響,應通過氣彈模型風洞試驗或數值模擬對風敏感結構的橫風向振動效應進行研究。

      多高層鋼結構設置地下室時,房屋一般較高,鋼框架柱宜延伸至地下一層?蚣-支撐結構中沿豎向連續布置的支撐,為避免在地震反應最大的底層形成剛度突變,對抗震不利,支撐需延伸到地下室。

      目前國內外多層鋼結構房屋常用的抗震性能較好的樓蓋形式和做法。當采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板時,可在預制混凝土樓板板肋端部設置預埋件,安裝后與鋼梁焊接牢固,從而保證樓蓋的整體性。對于超高層鋼結構,如條件許可,樓面混凝土宜優先考慮采用輕骨料混凝土。在保證樓板與梁可靠連接條件下,二端鉸接的樓層梁一般可按組合梁進行設計。

      頂點最大加速度的限值,是綜合分析了國內外有關規范和資料,主要參考了加拿大國家規范,并結合我國國情而作出的最低限值規定。由于人體的舒適度是一個比較復雜的問題,個體間存在很大偏差,當業主要求更高的服務標準時,可以對此值提高要求。在必要情況下,可采用設置TMD、AMD等減振裝置的方式提高結構舒適性。

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