解析高层钢结构的中心支撑类型

2021-06-04 09:32 高层钢结构 华邦建设

　　带有中心支撑的钢框架是高层钢结构的主要结构形式之一。中心支撑体系包括十字交叉支撑、单斜杆支撑、人字形或V形支撑、K形支撑。K形支撑的交点位于柱上，在地震作用下，因受压斜撑屈曲或受拉斜撑屈服引起较大的侧向变形，易使柱首先出现破坏，因而在地震区很少采用，单斜杆支撑需要在结构中相向对称布置，以防止支撑屈曲后，使结构水平位移向一侧发展。且每层中不同方向斜杆的截面面积在水平方向的投影，相差不能超过10%。交叉支撑和人字形支撑在弹性工作阶段，具有较大的刚度，层向变位小，能很好地满足正常使用的功能要求，在高层钢结构抗侧力体系中较常应用。

　　交叉支撑在往复荷载作用下，其组成杆件的屈曲变形只在交叉节点的一侧发展，其滞回曲线呈反S滑移形。随着循环次数的增加，其承载力下降，但由于受拉侧的支撑杆可接近拉直，在多次循环后，承载力趋于稳定，最后因低周疲劳而破坏。按支撑仅能承受拉力设计的中心支撑钢框架，其受力能力颇差，对抗震结构不宜采用。兼承拉、压的支撑，通过受压屈曲或受压屈曲和受拉屈服来耗散能量，从而构成较复杂的滞回性能。当支撑杆在压力下屈曲时，向外呈弓状弯曲，屈曲的支撑杆承载能力下降，导致受拉支撑承担更大的荷载。弓状弯曲使支撑杆端部的转角过大，同时引起支撑杆中部附近出现局部屈曲。

　　人字形或V形支撑的滞回性能同样呈反S滑移形。与刚度较大的横梁相连的人字形支撑体系，在首次达到水平极限荷载后，有明显的承载力下降现象，但降幅不大，而与有限刚度横梁相连的人字形支撑体系，在往复荷载作用下，其承载力下降幅度较大，只有原来的40%左右，在设计时需要特别注意。这种支撑有两个问题，第一、当一侧支撑屈曲时，楼盖系统在梁跨中部的支撑节点处，将出现较大的竖向变位;第二、支撑系统受压侧支撑屈曲后承载力将大大恶化，而受拉侧支撑中的拉力可能超过受压支撑不断减小的屈曲后承载力，产生竖向不平衡力使梁受弯。为解决这两个问题，人字形支撑横梁需要有足够的刚度，使其在受压支撑屈曲后横梁不致弯折。在确定人字形支撑体系中的横梁截面时，不考虑重力荷载作用下支撑的支点作用。

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