鋼斜撐在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

文/龐仙臺 杭州鐵木辛柯鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計有限公司 浙江杭州 310000

鋼斜撐在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

文/龐仙臺 杭州鐵木辛柯鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計有限公司 浙江杭州 310000

近年來，伴隨我國建筑行業(yè)不斷地發(fā)展，人們對于居住條件需求越來越高。為了提高城市土地資源的有效利用，國家倡導(dǎo)在城市內(nèi)建設(shè)高層建筑，隨之鋼結(jié)構(gòu)高層建筑也越來越多，與鋼筋砼建筑相比，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高延性好，耐震性能強(qiáng)，特別適用于地震區(qū)的高層建筑中。高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)、框架核心筒結(jié)構(gòu)等；在框架-支撐結(jié)構(gòu)體系中，鋼斜撐的作用能大幅提高建筑整體的抗側(cè)剛度和抗扭能力。鑒于此，本文將對鋼斜撐在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

鋼斜撐；高層鋼結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著高層結(jié)構(gòu)越來越多，我們?yōu)榱颂嵘Y(jié)構(gòu)的整體抗壓、抗扭能力，鋼結(jié)構(gòu)越來越多的運(yùn)用在建筑工程中，并對高層鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了專門的研究，同時在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候進(jìn)行嚴(yán)格的審核。在進(jìn)行設(shè)計的時候一定要分析考慮房屋結(jié)構(gòu)的整體性，我們必須要在不影響整體結(jié)構(gòu)效果的前提下進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，以達(dá)到美觀實(shí)用的效果。鋼斜撐結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到在保證結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的前提下，提高了整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度。

一、高層結(jié)構(gòu)中的框架-支撐結(jié)構(gòu)體系

目前，我國的許多高層建筑都有進(jìn)行鋼斜撐的設(shè)計，與框架結(jié)構(gòu)相比較，框-撐體系具有較大的抗推剛度，而且由于剛性樓板的協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)下部的最大層間側(cè)移角顯著減小，框-撐可以用于比框架體系更高的建筑，這一切都?xì)w功于鋼支撐的作用，支撐在水平荷載作用下所產(chǎn)生的側(cè)移主要是由其中各桿件的軸向變形所引起。

支撐形式有中心支撐、偏心支撐，中心支撐有X支撐，V字撐、人字撐或單斜桿支撐。X支撐、人字型等中心支撐具有很大的抗推剛度和水平承載力。中心支撐的主要缺點(diǎn)在水平地震作用下斜桿反復(fù)受壓屈曲后承載力急劇下降。偏心支撐的優(yōu)點(diǎn)是在強(qiáng)烈地震作用下，斜桿因受到消能梁段先行屈曲而進(jìn)入塑形變形保護(hù)，并始終保持平直狀態(tài)，避免反復(fù)壓曲、拉伸進(jìn)而引起剛度退化和強(qiáng)度降低，因此提高了支撐甚至整個結(jié)構(gòu)的延性。

我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，最重要的工作就是合理的布置結(jié)構(gòu)中豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件，尤其是鋼支撐的布置，鋼斜撐能夠有效地減少柱與梁所承擔(dān)的荷載作用，提高整個結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，還能夠提高整體的美觀，使整個建筑看起來更加堅固實(shí)用。

二、高層結(jié)構(gòu)中的鋼斜撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點(diǎn)

1.模型計算分析處理

在模型分析時，中心支撐的斜桿可按兩端鉸接桿件進(jìn)行整體內(nèi)力分析，不論實(shí)際支撐兩端是做成鉸接的還是剛接的；當(dāng)支撐斜桿軸線偏離梁與軸線交點(diǎn)不超過斜桿的截面寬度時，模型中仍可按中心支撐進(jìn)行分析，但在節(jié)點(diǎn)設(shè)計時應(yīng)計入由于偏心產(chǎn)生的附加彎矩的影響。

在實(shí)際工程中支撐的截面宜采用雙軸對稱截面，截面形式有雙角鋼、H型鋼、方鋼管、矩形鋼管等。往往在整體分析時，經(jīng)常會碰到支撐平面內(nèi)的正應(yīng)力很有富余，而平面外的穩(wěn)定應(yīng)力已經(jīng)超過1.0的情況；這種情況下我們該怎么解決呢？通常可以將H型支撐轉(zhuǎn)90度或采用交叉支撐或采用鋼管支撐就能很好的解決，因?yàn)橹涡睏U平面外的計算長度較大，設(shè)計時宜將斜桿截面的強(qiáng)軸置于平面外的方向，采用H型截面時宜將翼緣平行于支撐所在平面；采用交叉支撐時平面內(nèi)的計算長度系數(shù)可取為0.5，平面外的計算長度系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)最小可取0.7（具體根據(jù)節(jié)點(diǎn)形式）。鋼管支撐對整體結(jié)構(gòu)的剛度貢獻(xiàn)較大，往往在層高比較高時或建筑高度比較大時采用。H型鋼通常用在層高不太高，跨度不太大，雙角鋼組合的T型截面在設(shè)防烈度7度以上時用的較少。

支撐的長細(xì)比控制要相對要求嚴(yán)格，因?yàn)橹蜗到y(tǒng)在地震作用下的滯回特性主要取決與斜桿的受壓性能。支撐的長細(xì)比較大時，滯回曲線所圍成的面積就較小，所能吸收的能量較少；在抗震烈度較高的結(jié)構(gòu)中，支撐在長細(xì)比上控制的更嚴(yán)。

2.抗震性設(shè)計

我們在地震帶上建設(shè)房子就需要我們進(jìn)行設(shè)計的時候一定要注意建筑整體的抗震要求，1）具有明確的計算簡圖，合理的地震力傳遞途徑；2）框架-支撐體系具有多道防線，避免了部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)建破壞，而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)體系喪失整體穩(wěn)定和繼續(xù)承載的能力；3）具備必要的水平承載力，良好的側(cè)向變形能力和較大的消耗地震能量的能力；4）沿房屋高度，具有合理的側(cè)向剛度和水平承載力分布，避免因個別樓層的局部削弱或突變，形成柔軟或薄弱部位，引起過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中；5）鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定破壞的結(jié)構(gòu)是很嚴(yán)重的，要避免結(jié)構(gòu)發(fā)生整體失穩(wěn)，構(gòu)件應(yīng)合理控制截面尺寸，避免構(gòu)件的局部失穩(wěn)；6）結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的動力特性宜相近。鋼構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)符合“三強(qiáng)”耐震設(shè)計準(zhǔn)則，即“強(qiáng)結(jié)弱桿，強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)焊弱鋼”。

鋼結(jié)構(gòu)的抗震要求必須嚴(yán)格遵守力學(xué)的要求，我們要對鋼結(jié)構(gòu)中的每個部件進(jìn)行抗震試驗(yàn)，并得出每個結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的抗震能力，對于不符合抗震要求的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。我們一定要注意力的傳遞，力的傳遞盡量直接，避免多次傳遞。

3.節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計

我們在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中最重要的部分還有節(jié)點(diǎn)的設(shè)計，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計雖然可以說成細(xì)節(jié)，俗話說的好“千里之堤，潰于蟻穴”。支撐斜桿采用焊接H型鋼截面，其翼緣與腹桿的連接宜采取全熔透連續(xù)焊縫。為簡化構(gòu)造方便施工，梁-柱節(jié)點(diǎn)宜帶有工廠焊接的懸臂梁段，斜桿端部變化處宜做成圓弧。支撐斜桿采用節(jié)點(diǎn)板連接時，構(gòu)造上應(yīng)采取防止節(jié)點(diǎn)板側(cè)向屈曲。支撐斜桿翼緣位于框架平面內(nèi)時，支撐的出平面的剛度比較大，但是節(jié)點(diǎn)構(gòu)造上比較麻煩。X型支撐的中央節(jié)點(diǎn)宜做成在平面外具有較大抗彎剛度的“連續(xù)通過型”，來提高支撐出平面的穩(wěn)定性。H型支撐與框架柱或梁的連接比較方便，通常以栓焊連接為主；鋼管支撐節(jié)點(diǎn)主要以焊接為主。

我們必須重視節(jié)點(diǎn)的設(shè)計，在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計的時候出現(xiàn)一點(diǎn)的失誤，就有可能影響整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。我們要對節(jié)點(diǎn)部位就需要編制設(shè)計的規(guī)范，并把設(shè)計的規(guī)范編制成為標(biāo)準(zhǔn)，提高設(shè)計的速度和質(zhì)量方便以后的施工，進(jìn)而有效地減少失誤的發(fā)生，提高建筑整體的強(qiáng)度。

結(jié)語：

綜上所述，我們不難看出在今后的發(fā)展中鋼斜撐的結(jié)構(gòu)會越來越多的應(yīng)用到高層建筑中，為了提高鋼斜撐設(shè)計的強(qiáng)度，就需要我們在一定的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行嚴(yán)格的控制。為了減少由于設(shè)計的失誤對施工的影響，就需要我們對設(shè)計進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督。結(jié)合現(xiàn)階段的科技力量，提高我們的設(shè)計水平，是我們的建筑質(zhì)量越來越高，并使我國的施工走向世界提供豐厚的經(jīng)驗(yàn)。

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［3］林紹明.帶耗能減震層高層結(jié)構(gòu)體系分析與設(shè)計方法研究［D］.廣州大學(xué)，2014.

［4］鄒昀.上海環(huán)球金融中心大廈基于性能的抗震設(shè)計研究［D］.同濟(jì)大學(xué)，2006.

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