解析高层钢结构刚臂的效果

2020-08-13 08:58 高层钢结构 华邦建设

　　一、无刚臂时

　　1、连接支撑芯筒与外圈钢柱的各层钢梁跨度大，截面小，抗弯刚度弱。当整个高层钢结构体系受到水平荷载作用时，外柱基本上不参与整体抗弯，支撑芯筒几乎承担了全部的倾覆力矩。

　　2、支撑芯筒在各楼层处倾覆力矩的作用下，沿全高发弯曲变形，近侧柱受拉伸长，远侧柱受压缩短，使支撑的各楼层横梁向一侧倾斜，而且往上逐层积累，顶层横梁的倾斜度达到最大值，但各层横梁的中点处仍维持原来的标高不变，左、右外柱因基本上不参与抗弯，由倾覆力矩引起的附加轴力很小，柱顶标高也就不变，基本上与支撑横梁中点位于同一高度。

　　二、设置帽刚臂

　　1、横贯高层钢结构房屋全宽的帽刚臂，竖向抗弯刚度很大。在水平荷载作用下，当支撑芯筒发生弯曲变形，导致支撑横梁连同帽刚臂发生倾斜转动时，迫使左、右侧外柱分别发生拉伸和压缩，其反力R与-R形成的反力矩M，又反过来通过刚臂施加于支撑芯筒，从而使支撑芯筒各水平截面所受到的倾覆为矩值减小。

　　2、随着支撑芯筒所承担力矩的减小，支撑竖杆拉力约减小20%，这将有利于地脚螺栓的合理布置。

　　3、由于外柱参与结构的整个受弯，支撑芯筒各层横梁的倾斜转角，以及由此引起的结构侧移显著减小。

　　4、一个极端情况是：假设刚臂的竖向抗剪、抗弯刚度以及外柱的轴向抗压刚度特别大，当整个高层钢结构体系即使遭遇很大水平荷载、产生侧向变形时，支撑芯筒顶层横梁和帽刚臂仍能保持水平状态，结构顶点侧移将比无刚臂时减小50%。实际工程，减小量一般为20%—30%。

　　三、增设腰刚臂

　　1、除帽刚臂外，在结构半高处再增设一道腰刚臂，支撑芯筒所需承担的倾覆力矩将进一步减小。

　　2、增设腰刚臂后，支撑芯筒各层横梁的倾斜转角进一步减小，整个高层钢结构体系的侧移也随之进一步减小。

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