首页 国际标准结构工程-公众号 海外工程十五年之八十三——美标钢结构抗震(26)

海外工程十五年之八十三——美标钢结构抗震(26)

5.6常见的支撑框架布置是什么?

5-15-25-4说明了最常见的支撑框架结构。除此之外,还可以使用其他一些布置。图5-5说明了其中几个,包括拉链配置和八字支撑。拉链式支撑框架是一种类似于V型支撑的SCBF形式,但在强震作用下表现较好。在该框架底层的压杆屈服后,延伸在下支撑体系顶点和上支撑体系顶点之间的“拉链柱”防止下体系顶点处的梁在压杆失去强度时被拉筋向下变形。这使得框架在形成一个机制之前能够发展出更渐进的屈服和耗散更多的能量。

                           

5-5拉链框架和八字支撑框架布置

八字撑框架曾经在钢铁工业建筑中频繁使用,但不符合同心支撑框架的条件,并且在SCBFOCBF中都不允许使用。相反,它是支撑框架和力矩框架之间的混合体,因为支撑形成刚性梁柱连接,然后通过梁和柱的弯曲来抵抗侧向力。它可用于R=3系统,也可作为OMF(见第6.5节),如AISC 341条文所述。

两层X型支撑框架结合了V型和倒V型支撑框架的一些建筑优势,但无需设计支撑顶点处的梁,以承受支撑压缩屈曲产生的不平衡力。此布置可以在SCBFOCBF中使用。

另一种曾经在工业建筑中非常流行的支撑系统配置是X型支撑结构,如图5-1所示,其中支撑被有意选为非常细长的构件,通常使用杆或单角钢。这些框架被设计成纯拉力系统,忽略了这些细长支撑的小压缩能力,并使支撑成比例,以便它们能够通过拉伸行为抵抗100%的所需侧向力。这是一个非常经济的系统,但在地震中表现不佳,因为地震会造成结构的非弹性变形。由于这种框架在反向地震动下来回循环,当支撑从受压状态迅速过渡到受拉状态时,会在支撑中产生冲击力。这种冲击会使支撑和连接件断裂,导致横向稳定性丧失。因此,SCBF中禁止使用仅受拉支撑系统;对于OCBF,在抗震设计类别BC中允许使用,在抗震设计类别DE中限制,在抗震设计类别F中禁止使用。

5.7什么是交错桁架系统?

交错桁架体系是一种同心支撑框架形式,其中支撑框架既可作为多层结构的竖向承载桁架,又可作为横向支撑构件。如图5-6所示,每个框架由交替层组成,其中有一个全层深的垂直桁架或一个开间。通常,桁架的中心面板没有对角线,依赖于桁架弦杆的空腹行为来实现稳定性。两种框架结构一起使用:一种是楼层高的桁架出现在偶数层,另一种是在奇数层中,每种框架类型沿建筑长度交替变化。这种建筑风格在多层住宅建筑中非常有利,桁架可以放置在单元之间的墙中。它可以提供一个非常经济的解决方案,因为没有内柱,而柱之间的梁框架可以是轻型的,因为它们由桁架支撑,在桁架中它们充当弦杆。


Fig. 5-6. Staggered truss system.

由于每层楼板必须在相邻框架之间传递侧向力,因此该体系具有竖向不连续性不规则性,对横隔梁也有很大的要求。因此,它还没有被证明是最高抗震设计类别的实用设计解决方案。然而,它在抗震设计类别A和作为R=3系统在抗震设计类别BC的优势。

5.8对于支撑框架系统,设计师应注意什么?

虽然支撑框架可以是一个非常经济的系统,但它们有许多设计人员应该意识到的特性。最明显的是,支撑的存在会限制视图,阻碍水平通道和跨越框架线的运输,使建筑设计复杂化。许多业主和建筑师发现这些功能令人反感,除非支撑框架可以隐藏在建筑红线墙或建筑核心墙附近。与架构师和所有者的早期讨论有助于减轻这些顾虑。

支撑框架系统通常会产生较大的基础倾覆荷载,这可能是设计中的一个挑战。特别是,设计与地基连接的柱,以传递同时发生的大剪切力和上拔力,这是相当具有挑战性的。通常需要使用桩、沉箱、土锚或其他深基础类型来抵抗这些大倾覆力。在较高的建筑物中,使用外伸支架和帽形桁架可以在一定程度上减轻这些影响。

支撑连接处的角撑板,特别是在SCBF中,也可能相当具有挑战性。有时,为了产生所需的设计力,角撑板必须变得非常大,以至于支撑间似乎完全被支撑和角撑板占据,几乎达到了几乎是实心钢壁的程度(见图5-7)。尤其是在美国,工程师将详细的连接设计工作委托给承包商的地区,工程师在完成施工文件之前,应充分了解节点板的可能尺寸和形状。



5-7大支撑和节点板几乎占据了整个开间


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作者: ganggouren

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