钢支撑及框架_中心支撑双重抗侧力体系研究现状_不足及改进_连尉安

第11卷第5期2009年10月建　筑　钢　结　构　进　展Progress in Steel Building Structures Vol.11No.5　Oct.2009收稿日期:2008-09-03;收到修改稿日期:2009-01-07基金项目:国家自然科学基金重大项目(59895410);国家科技支撑计划多高层钢结构抗震设计与计算中的若干关键技术研究(2006BAJ 01B02201204)作者简介:张耀春(1937-),男,博导,教授,主要从事钢结构稳定、冷弯薄壁型钢结构、高层民用建筑钢结构以及薄壁组合结构的研究工作。

E 2mail :Ych_Zhang @ 。

丁玉坤(1979-),男,博士研究生,主要从事钢结构方面的研究工作。

防屈曲支撑、普通和特殊中心支撑钢框架结构抗震性能分析张耀春,丁玉坤(哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨　150090)摘　要:　基于考虑人字形防屈曲支撑屈服后超强和几乎不再对被撑梁提供竖向支点作用这两个因素,本文提出了采用该种支撑的钢框架结构的设计方法,并分别对采用普通及特殊中心支撑和防屈曲支撑的框架结构的抗震性能进行了对比分析。

结果表明,虽然防屈曲和特殊中心支撑框架结构的层间侧移总体上大于普通中心支撑框架结构,但前者的基底剪力却大大低于后者。

罕遇地震下,三种结构中的柱子基本保持弹性,普通和特殊中心支撑出现了大幅的平面外失稳,而防屈曲支撑在拉压作用下均进入屈服耗能。

三种结构中被撑梁的最大挠度在支撑屈服或失稳前后分别出现在撑点两侧和撑点位置。

屈服后的防屈曲支撑几乎不产生对被撑梁竖直向下的不平衡剪力,而失稳后的普通和特殊中心支撑则对被撑梁产生较大的不平衡剪力。

关键词:　防屈曲支撑;无粘结内藏钢板支撑剪力墙;支撑框架;普通中心支撑;特殊中心支撑;地震反应分析中图分类号:TU 313 文献标识码:A 文章编号:1671-9379(2009)05-0008-08Seismic Re sponse Analysis Steel Frame s Braced with Buckling 2Re strained ,Ordinary and Special Concentrically Brace sZ H A N G Yao 2chun ,D I N G Yu 2k un(School of Civil Engineering ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150090,China )ZHAN G Yao 2chun :Y ch_Zhang @Abstract :　Based on t he fact s of overst rengt h of t he postyield chevron buckling 2rest rained brace (BRB )due to t he strain 2hardening effect and almost wit hout vertical support for t he braced beam by t his brace ,a met hod for design of t he frame wit h buckling 2restrained braces (BRBF )is proposed in t his paper.Furt hermore ,a seismic response analysis has been carried out on t he special concentrically braced frame (SCBF )and t he ordinary concent rically braced frame (OCBF )to compare t he aseismic performance of t he BRBF.The analysis reveals t hat ,alt hough t he story drift of t he BRBF and SCBF are slightly larger t han t hose of t he OCBF ,t he first story shear forces of t he former are greatly smaller t han t hose of t he latter.Under severe eart hquakes ,columns in t hree kinds of t he structures remain elastic.For most OCBs and SCBs ,t he out 2of 2plane flexural buckling occurs.Whereas ,t he buckling 2restrained braces can yield in bot h tension and compression ,exhibiting better energy dissipation capacity.The maximum vertical deflection of t he beam connected by t he braces occurs in t he segment s of beam between t he column and braced point s before t he braces yielding or buckling ,whereas at t he braced point s after t he braces yielding or pared wit h t he larger vertical shear forces from t he braces to t he braced beams in t he OCBF or SCBF after t he braces buckling ,smaller such shear forces occur in t he BRBF after t he braces yielding.第5期防屈曲支撑、普通和特殊中心支撑钢框架结构抗震性能分析K eyw ords :　buckling 2restrained brace ;unbonded steel plate brace encased in reinforced concrete panel ;braced frame ;ordinaryconcentrically brace ;special concentrically brace ;seismic response analysis 设计合理的防屈曲支撑(BRB )[1～3]可避免受压失稳,在拉压作用下均能进入屈服,具有较好的耗能能力。

轻钢结构支撑体系的缺陷分析及加固方法的研究摘要：门式刚架轻型钢结构是国内外目前应用和发展速度最快的新型结构形式，广泛应用于工业、厂房、超市、餐厅等公共建筑，具有施工速度快、建筑造型美观、钢材用量少、造价低廉等优势。

但对于结构的支撑体系，特别是结构的水平支撑体系，往往容易被设计、施工人员忽略，导致支撑体系不完整，影响整个结构的稳定性和可靠性，为结构的安全带来隐患。

鉴于此，本文对轻钢结构支撑体系的缺陷分析及加固方法进行了探讨。

关键词：轻钢结构支撑体系；缺陷；加固Abstract: the door frame of light steel structure is now at home and abroad the new type fastest structure form, widely used in industry, factory building, supermarkets, restaurants and other public buildings, has the construction speed is quick, building modeling beautiful, steel consumption and low cost and other advantages. But for the structure of the support system, especially the level of structure and the support system, often easily to be designed, construction workers ignored, lead to support system is not complete and influence the stability and reliability of the whole structure, for the safety of the structure brings hidden trouble. In view of this, this article of light steel structure, the defects of the support system analysis and strengthening methods are discussed.Keywords: light steel structure to support system; defects, reinforcement一、轻钢结构支撑体系的重要性门式刚架轻钢结构体系的主要组成部分为:焊接工字型组合截面组成的门式刚架，檩条、墙梁和支撑等次要构件，墙面板及屋面板。

钢框架-中心支撑结构设计对比分析
连尉安;马立;张耀春
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2009(031)002
【摘要】在阐述了各国规范有关框架-中心支撑结构设计方法的基础上,对中国、美国和欧洲现行框架-中心支撑结构设计规范进行了分析和比较.分析可见,除JGJ99外,各国规范在进行框架横梁设计时,均考虑了V形和人字形钢支撑受压斜杆整体屈曲后,在横梁跨中产生不平衡竖向力对框架梁的不利影响.为了避免钢支撑破坏后结构倒塌,中国和美国相关规范人为地加强了框架-中心支撑体系中框架抗剪能力的比例,而该措施对框架-中心支撑体系是否能够真正起到防止整体结构倒塌的作用,尚存在一些争议.
【总页数】3页(P32-34)
【作者】连尉安;马立;张耀春
【作者单位】上海建筑设计研究院有限公司,上海,200041;上海大学机电工程与自动化学院,上海,200072;哈尔滨工业大学,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TU317.1
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新型钢支撑加固体系新型钢支撑加固体系是一种新型的建筑结构加固技术，它通过在原有结构中添加一定数量的钢支撑来弥补原有结构的不足，从而提高建筑物的安全性能和承载能力。

本文将从以下几个方面对新型钢支撑加固体系进行详细介绍。

一、新型钢支撑加固体系的概述新型钢支撑加固体系是一种采用高强度钢材作为主要材料，并通过现代焊接工艺将其与原有结构紧密连接在一起，形成一个整体化的加固系统。

这种加固系统不仅具备较高的承载能力和抗震性能，而且还可以在保证建筑物原有功能和美观性的同时完成加固工作。

二、新型钢支撑加固体系的优点1. 较高的承载能力：采用高强度钢材作为主要材料，可以大幅提升建筑物的承载能力，使其更加安全可靠。

2. 良好的抗震性能：由于钢材具备较好的韧性和延展性，在地震等自然灾害发生时可以有效地吸收能量，从而减轻建筑物的损伤程度。

3. 灵活性强：新型钢支撑加固体系可以根据具体的加固需求进行设计和施工，可适用于各种不同类型的建筑物。

4. 施工周期短：相对于传统的加固方法，新型钢支撑加固体系施工周期较短，能够在较短时间内完成加固工作，减少了对业主和用户的影响。

5. 对原有结构影响小：由于新型钢支撑加固体系采用现代焊接技术进行连接，在施工过程中对原有结构的影响较小，使得其更适合用于对历史建筑等保护性较高的建筑物进行加固。

三、新型钢支撑加固体系的应用领域新型钢支撑加固体系适用于各种不同类型的建筑物，包括住宅、商业、办公等多种类型。

特别是在一些老旧建筑、历史遗迹等需要保护性较高的场所中，新型钢支撑加固体系具备很好的应用前景。

此外，在一些地震频繁的地区，新型钢支撑加固体系也可以有效提升建筑物的抗震性能。

四、新型钢支撑加固体系的施工流程1. 工程勘察：首先需要对待加固的建筑物进行全面勘察，了解其结构特点、存在的问题以及需要加固的部位等。

2. 设计方案：根据勘察结果，设计出适合该建筑物的新型钢支撑加固方案，并进行详细计算和绘图。

1.1中心支撑框架与带竖缝剪力墙在高层建筑钢结构中的应用随着现代城市经济繁荣和科技进步，高层建筑成为一个城市甚至一个国家的象征。

而钢结构由于其自重轻，结构性能好、工业化程度高和施工速度快等原因常常被应用于超高层建筑中。

由于钢结构自身的抗侧刚度，因此在设计时需要设置钢支撑或者混凝土剪力墙，以提高结构的抗侧刚度。

在国外，现代高层建筑钢结构的发展已经有100多年的历史了，早在1886年美国芝加哥就建成11层的家庭保险大楼（Home Insurance Building），它是近代高层建筑钢结构的开端。

1931年美国纽约建成了著名的帝国大厦（Empire State Building），共102层，381m。

自此200m 以上的超高层建筑数量不断增加，特别在是20世纪70年代更为显著，当今世界上最高的100幢超高层有20幢的建筑高度为300～450m。

在上世纪80年代以来，超高层建筑的用途不断拓宽，结构材料和结构体系也有了更多的选择，使得各国更加倾向与修建高层与超高层建筑。

(a) 帝国大厦 (b) 金贸大厦图1.1 框架结构在超高层建筑的应用在我国，高层建筑的发展较晚，但高层建筑的数量在我国自上世纪80年代至90年代中期，我国已建成和在建的高层建筑钢结构和钢－混凝土结构约有29项。

这些年随着经济快速发展，建造的高层钢结构使得我国高层建筑高度上了新的台阶，八十年代的京广中心（208m）在当时为最高的建筑，采用了钢框架内嵌带竖缝混凝土剪力墙结构，这是由日本在60年代末建造霞关大厦时开发出的一种新型剪力墙结构。

而随着金茂大厦（88层，421m）的落成和环球金融中心的施工使得我国的高层建筑进入世界前列。

2003年台湾的101层台北金融中心高度达到509m，成为世界第一高楼。

可以预见，在我国超高层建筑在新的世纪里会有越来越广地应用。

结构高度的增加必然会抗侧刚度提出更高的要求，故采用多种结构形式抵抗水平荷载的作用。

关键词：高层建筑；侧向位移；双重抗侧力体系高层建筑的出现和发展不仅为人类解决了居住上的问题，同时还促进了社会的发展、经济和科技等方面的进步。

建国初期，我国在环境保护方面意识还不是很强烈，有很多建筑在设计和建造的过程中考虑的方面还不是很完善，存在着效率低、能耗大、浪费资源等缺点。

自从党的十八大把生态文明建设纳入中国特色社会主义事业的总体布局中，我国一直秉持节约资源、保护环境的基本国策，建筑业也积极响应国家的政策，在环境保护方面做了很多努力并有了很大的提高［1］。

建筑高度的增加，带来了很多设计和施工上的难题，所以，如何高效合理的设计和施工成为必须要思考并解决的问题。

一个建筑不仅要满足人们使用的需要、保证结构的安全稳定，同时还要综合考虑材料使用、环境安全等方方面面。

1双重抗侧力体系简介及特点双重抗侧力结构体系是将结构体系的抗弯性能和抗剪性能结合在一起的一种具有多道抗震防线等优点的结构体系，通过楼板以及连梁达到共同工作的效果，两种体系共同抵抗外荷载。

双重抗侧力结构主要有框架—剪力墙结构、框架—支撑结构、筒中筒结构、巨型框架—核心筒—伸臂桁架结构等。

1.1框架—剪力墙结构由于梁柱都是线性结构，截面惯性矩小，框架结构的侧向刚度也会相对较小，所以框架结构不宜用于较高的建筑。

为了增大框架结构的侧向刚度，可以在框架结构中适当增加剪力墙，框架和剪力墙共同承担竖向荷载和水平荷载。

框架—剪力墙结构即具有框架结构布置灵活、空间大的特点又兼具剪力墙结构侧向刚度大的优点，较广泛的被应用于高层建筑结构中。

1.2钢框架—支撑结构在钢框架中增设斜向的钢支撑杆形成支撑框架，由钢框架和支撑框架共同承受竖向荷载和水平荷载，形成了钢框架支撑结构。

支撑框架的侧移变形类似于剪力墙，呈弯曲型。

钢结构支撑框架类型主要有中心支撑、偏心支撑和屈曲约束支撑等，经过合理设计的支撑斜杆增大了框架结构的侧向刚度，提高了结构的抗震性能。

1.3桁架筒结构稀柱、浅梁作为主要抗剪构件，支撑斜杆作为抗弯构件组成桁架结构与体系布置在建筑物周围这样就形成了桁架筒结构。

《钢框架——支撑结构概念》小结（大全）第一篇：《钢框架——支撑结构概念》小结（大全）《钢框架——支撑结构概念》钢框架——支撑结构在多高层钢结构建筑中是一种非常常用的结构形式，钢框架支撑结构是在钢框架结构的基础上，通过在部分框架柱之间布置支撑来提高结构承载力及侧向刚度。

支撑体系与框架体系共同作用形成双重抗侧力结构体系，这不但为结构在正常受力情况下提供了一定的刚度，而且为结构在水平地震作用及较大风荷载作用下，提供了两道受力防线，形成了人们较理想的破坏机制。

然而，不同的支撑布置方式会产生不同的效果，这包括支撑的类型，支撑布置的位置以及支撑杆件所选择的截面形式。

１支撑的类型：（１）中心支撑：支撑构件的两端均位于梁柱节点处，或一端位于梁柱节点处，一端与其他支撑杆件相交，中心支撑的特点是支撑杆件的轴线与梁柱节点的轴线相汇交于一点，支撑体系刚度较大。

中心支撑包括：单斜杆支撑，交叉支撑，人字形支撑，Ｖ字形支撑，Ｋ字形支撑，跨层交叉支撑，带拉链杆支撑。

中心支撑适用于抗震设防等级较低的地区，以及主要有风荷载控制侧移的多高层建筑物。

（２）偏心支撑：支撑杆件的轴线与梁柱的轴线不是相交于一点，而是偏离了一段距离，形成一个先于支撑构件屈服的“耗能梁段”。

偏心支撑包括人字形偏心支撑，Ｖ字形偏心支撑，八字形偏心支撑，单斜杆偏心支撑等。

偏心支撑适用于抗震设防等级较高的地区或安全等级要求较高的建筑，而且相对中心支撑而言可以很容易解决门窗布置受限的难题。

（３）消能支撑：将支撑杆件设计成消能杆件，以吸收和耗散地震能量减小地震反应。

消能支撑实际上也是一种非屈曲支撑，技术较为先进，适应强，但单造价相对较高。

２、支撑的布置方式：以上述６跨的钢框架支撑结构为例，来说明支撑的布置对结构抗侧刚度的影响：（框架支撑结构的用钢量及支撑的数量、规格均相同）（１）支撑集中布置在中间跨的框架支撑结构的抗侧移刚度要大于支撑布置于边跨；（比如ｂ和ｅ的布置方式，假设将有支撑跨视为一个竖向悬臂杆，无支撑跨的抗侧刚度忽略不计，则显然ｂ结构只相当两个竖向悬臂杆的抗侧刚度的简单叠加，而ｅ结构却相当于一个２倍截面高度的悬臂杆的抗侧移刚度。

钢框架-支撑结构中X形中心支撑的抗震验算白崇平【摘要】在竖向荷载(重力)和水平荷载(地震)作用下,X形中心支撑除承受水平荷载引起的剪力外,还承受楼层水平位移和竖向荷载(重力)共同作用下产生的附加剪力;在竖向荷载(重力)荷载的作用下,由于柱的弹性压缩变形在X形中心支撑斜杆中还会引起附加压应力.本论述对框架-支撑结构体系中X形中心支撑在考虑附加剪力和附加压应力时的抗震计算与分析进行了系统地论述,并推导出了验算公式.【期刊名称】《甘肃科技纵横》【年(卷),期】2016(045)006【总页数】4页(P20-23)【关键词】X型中心支撑;附加剪力;附加压应力【作者】白崇平【作者单位】兰州大学土木工程与力学学院,甘肃兰州 730000;兰州寰球工程公司,甘肃兰州 730060【正文语种】中文【中图分类】TU352钢结构装置框架常采用的结构体系有纯框架结构体系和框架－支撑结构体系两种结构体系类型。

由于钢结构纯框架结构体系自身存在侧向水平抗力不足等问题，往往需要在设计中加入钢支撑，形成钢框架－支撑结构体系，以增强其抵抗侧向水平力的能力。

在石化建设中，钢框架-支撑结构体系是一种较为经济合理的结构体系，在这种结构体系中，钢支撑的设置能够显著地提高结构整体抗侧移刚度，减小结构的侧向位移。

中华人民共和国现行行业标准《石油化工构筑物抗震设计规范》SH/T3147-2014（以下简称《石化构抗规》）中第9.1.3条规定“钢结构构筑物，应优先采用框架－支撑结构”体系。

支撑是钢框架－支撑结构体系中重要的受力构件，支撑设计是否恰当合理将直接影响到结构承载力的安全性、可靠性和经济性，因此，做好支撑截面的抗震验算至关重要。

1.1 支撑斜压杆截面的抗震验算根据X形中心支撑的计算简图（见图1），利用三角函数公式，推导斜压杆的轴力设计值Ny和支撑所承受的剪力设计值Vi之间的关系式，如下：式中，Ny－支撑斜压杆的轴向力设计值；Vi－支撑承受的剪力设计值；Ldi－支撑斜杆的长度；SC－支撑所在柱间的净距。