多高层民用建筑钢结构节点精选(九篇)

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第1篇：多高层民用建筑钢结构节点范文

关键词：钢框架－混凝土核心筒、抗震设计、强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件。

1 工程简介

某工程，地上主体25层，地下2层，主体高度96米。工程所在地地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.15g，场地类别Ⅲ类。

2 结构形式

①根据建筑的平面功能，接合结构受力特性，以及经济、工期等因素，本工程采用钢框架－砼核心筒结构。

②钢框架－混凝土核心筒结构设计主要控制指标与混凝土结构、钢结构的比较见表一。

说明 抗震设防烈度7度，多遇地震下计算。

3 结构计算

根据《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98)，结构的作用效应可采用弹性方法计算。抗震设防的结构除进行地震作用下的弹性效应计算外，尚应计算结构在罕遇地震作用下进入弹塑性状态时的变形。因此，本工程采用两介段设计法。第一阶段为多遇地震作用下的弹生分析，验算构件的承载力、稳定性及结构的层间位移；第二阶段为罕遇地震作用下的弹塑性分析，验算结构的层间位移和层间延性

比，找出结构的薄弱层位置，防止在水平地震作用下，由于局部先形成破坏机构，引起结构整体失效。

①进行结构的作用效应计算时，遵循楼面在其自身平面内为绝对刚性的假定。

②在进行结构弹性分析时，考虑现浇钢筋混凝土楼板与钢梁的共同工作，梁的刚度根据具体情况可取钢梁刚度的1.5－2倍；在进行结构弹塑性分析时，不考虑楼板与钢梁的共同工作。

③抗震设计时，钢框架一砼核心筒结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的25%和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小值。因为在钢框架一砼核心筒结构中，砼核心筒承担了绝大部分的地震力，钢筋混凝土抗震墙的弹性极限变形值很小，约为1/3000，在达到规范规定的变形时，钢筋混凝土抗震墙已开裂，此时钢框架尚处于弹性阶段，地震力在抗震墙和钢框架之间实行再分配，钢框架承受的地震力增加，而钢框架作为主要的承重构件，它的破坏和竖向承载力的降低，将危及房屋的安全，因此对钢框架承

受的地震力作更严的要求。

④本工程结构分别采用《高层建筑空间有限元分析与设计软件SATWE》和《ETABS中文版》进行计算，主要结果见附表二。

说明 地震剪力与地震倾覆力矩均为嵌固端的。

计算控制的各项指标均满足规范要求。

4 结构抗震设计及构造

4.1 混凝土核心筒的抗震设计

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第11.2.19条，本工程钢框架一砼核心筒结构的砼核心筒抗震等级为一级，按特一级采取抗震构造措施。若为相同规模的钢筋混凝土框架一核心筒，则核心筒抗震等级为二级，按一级采取抗震构造措施。这是因为在钢框架一砼核心筒结构中，砼核心筒承担更大的地震力和地震倾覆荷载，抗震措施相应提高。

4.2 钢框架的抗震设计

多高层钢结构房屋与钢筋混凝土房屋一样，同样遵守。

强柱弱梁、强剪弱弯和强节点弱构件的抗震设计基本原则，而现行《建筑抗震设计规范》和《高规》未完全贯彻这一基本设计准则，在设计中应根据具体情况采取相应措施。

①强柱弱梁

根据《抗震规范》第8.2.5条，钢框架梁、柱节点应满足下式要求：

∑Wpc(fyc－N/Ac)≥η∑Wphfyb(4－1)

式中η－强柱系数，超过6层的钢框架，6度Ⅳ类场地和7度时可取1.0，8度时可取1.05，9度时可取1.15。

而根据《抗震规范》第6.2.2条，钢筋混凝土梁、柱节点应满足下式要求：

∑Ec≥ηc∑Mh(4－2)

式中ηc—柱端弯矩增大系数，一级取1.4，二级取1.2，三级取1.1。

对比(4－1)式和(4－2)式，对于相同规模的钢框架和钢筋混凝土框架，钢框架的强柱系数均低于钢筋混凝土框架，设计上应根据情况予以加强。因此，钢框架虽不分抗震等级，应根据抗震设防烈度提高和考虑强柱系数n，建议：6度和7度时取1.1，8度时取1.2，9度时取1.4。本工程抗震设防烈度为7度(0.15g)，IⅡ类场地，强柱系数n

取为1.15。

②强剪弱弯

《抗震规范》第6.2.4条，钢筋混凝土框架粱应满足下式要求：

V=ηvb(Mb1+Mbr)／1b+VGb(4－3)

式中ηvb为粱端剪力增大系数，抗震等级一级取1.3，二级取1.2，三级取1.1。

《抗震规范》第6.2.5条，钢筋混凝土框架柱应满足下式要求：

V=ηvc(Mcb+Mcr)/Hn(4－4)

式中ηvc为柱剪力增大系数，抗震等级一级取1.4，二级取1.2，三级取1.1。

《抗震规范》未对钢框架强剪作具体要求，弹性设计时分别按下式计算梁、柱剪力：

V=(Mb1+Mbr)／1n+VGb(4－5)

V=(Mcb+Mcr)/Hn(4－6)

对比(4－3)、(4－4)和(4－5)、(4－6)式，可知《抗震规范》对于钢框架基本未考虑强剪，对于钢筋混凝土框架考虑了强剪，强剪系数为1.1～1.4。因此在设计钢框架时，应根据抗震设防烈度、场地类别、

结构类型及规模等适当提高强剪系数。

③强节点弱构件

《抗震规范》主要从构造和计算两方面采取相应加强措施，来实现钢框架的强节点弱构件，详见《抗震规范》第8.2.8条规定。

5 结语

①钢框架一砼核心筒结构体系能够充分利用钢结构和凝土结构各自的特长，具有施工速度快、成本低、自重轻、节省建筑面积等

诸多优点。

②现行《抗震规范》和《高规》对于钢框架一砼核心筒结构中钢结构抗震设计的规定，有部分不是非常明确，在设计中应予以重视，根据具体情况采取相应加强措施。

参考文献

第2篇：多高层民用建筑钢结构节点范文

关键词：民建；钢结构；设计

中图分类号：TU291 文献标识码：A

前言

21世纪的人们对建筑的安全舒适度要求越来越高，钢结构建筑凭借其施工速度快、利用空间大、经济适用的特点，倍受人们喜欢和关注，尤其是其还具有安全、耐久、节能的特点，更使得它在建筑业中站稳了脚跟。然而在实际工程中，由于设计人员经验不足。对钢结构的稳定性分析的不够全面，很容易产生钢结构失稳造成的事故。所以我们一定要加强对钢结构稳定性设计特点和原则的研究，尽量在施工过程中选用抗震和抗风性能好且又经济合理的结构体系。

2、建筑钢结构的设计理论

随着建筑施工工艺的提升，刚性结构建筑施工逐渐取代混凝土施工建设，为了保证钢结构施工建设的质量，拓宽钢结构的施工建设领域。

2.1、结构布置的依据

钢结构的设计应该从经济和物理两个角度进行判断，一方面，钢结构在施工建设过程中运用时一定要确保其经济成本比较低，能够容易让业主接受；另一方面；为了确保钢结构的设计质量和施工质量，要提升钢结构的物理承受能力，具体表现在结构布局上，这方面应该严格综合考虑其体系特征、荷载分布情况及其性质。通常情况下，如若刚度均匀，力学模型清晰，就应该尽量限制大荷载及其移动荷载的影响范围，使它能够直接的把线路传递到墓础。尤其要注意的是，柱间抗侧支撑的一定要均匀分布，共形心要尽可能的向风震的作用线靠近，否则就必须考虑整体结构的扭转以及结构抗侧的多道防线。

2.2、结构分析和工程判定

当代建筑通过计算机软件系统的结构分析技术改变了传统的结构分析方法，提高了分析工作的工作效率，同时也提高了分析数据的高度准确性，然而我们应该意识，鉴于工程在实际施工中会出现很多突发性状况，再加上其地址复杂，所以必须要结合相应的人工实地考察结果来分析软件，只有这样才能使结构分析更具有可操作性。此外，可以通过计算机网络技术对工程判定工作进行结构建模，通过模型建立分析建筑施工的优势和劣势，并集中对劣势采取相应的措施进行弥补。

3、建筑钢结构的特点

3.1、材质比较均匀

钢材的材质是与力学假定条件的计算比较符合的；因为钢材的内部结构是接近于各向同性的，其材质情况的波动范围也比较小，因此，只要保持在一定应力的幅度内，都能有较好的弹性。由于其实际的受力状态与工程力学计算的结果是较为接近的，所以材质方面较好。

3.2、强度高，自重轻

众所周知，钢材的强度比较高。钢材结构与钢筋混凝土结构相比，钢结构建筑的竖向构件截面面积小，这就一定程度的增加了建筑的使用面积。同时，钢结构建筑的自身重量也比较轻。因此，在遇到地震外力作用时，建筑内部的设计内力的减小，保证了建筑的稳定性，同时还能有效降低建筑物的施工造价。

3.3、塑性和韧性好

在一般的压力的作用下，钢材是不会因超载而引起各种断裂和损害的。钢材可以分配建筑内部各局部的作用力，这样就可以使建筑结构整体的应力变得平衡，而这样的结果只是增加了应变值而己。总体来说，钢材结构的塑性和韧性都是比较好的，这就使钢材适应荷载的能力比较强，特别是在强震作用下，钢材结构都能保持较好的整体性，对于用其它材质结构做建设的建筑物的抗震能力要强很多。

4、建筑钢结构设计的思路和步骤

为了能够使钢结构的设计更具有科学性，设计人员就应该严格按照既定的设计方案进行操作，而且要注意将不同环节的细节工作具体落实到位。

4.1、钢结构的形式与布置

钢结构主要有框架、平面架、网架、索膜、轻钢以及塔桅等结构形式。每个形式都有其各自的特点，工程在选型的时候应该结合具体的情况考虑他们的特点。钢结构的形式虽然比较多，但是其施工并没有固定的标准和规律供参照，因此，设计人员一定要对客观分析建筑施工的实际情况和周边环境，进而综合考量，最终确定最优方案。

4.2、图纸的编制

图纸是建筑施工的蓝本，所以，为了不确保钢结构施工建设的质量，设计工作人员必须运用科学的设计方法对图纸进行设计，同时要对图纸进行反复的操作性判断，组织专业素质好，工作经验丰富的设计团队进行全体的图纸最终确定。

现代钢结构中建筑设计所面临的问题

5.1、设计质量下降

因为钢结构的设计任务比较繁重，部门专业综合项目及工艺的计划费用较高，钢结构设计起来就显得十分困难，再加上其费用低，花费人力大，所以设计院不太善于接受这一类的任务。乃至于有些设计单位在钢结构的设计方面缺少经验，于是就将房结构的设计工程承包出去，如果承接单位的设计资质不够，就会给钢结构的设计质量带来很大的影响。另外，当前建筑行业的设计市场十分混乱，没有针对性的法律法规对其进行规范，也没有准确到位的监督机制，很容易出现事故并产生严重的后果。

5.2、参与建设人员的素质相对不高

钢结构设计工程中，不但设计人员的技术水平参差不齐，现场的施工人员和监理人员的专业素质和职业道德也远远不能与民用建筑钢结构的发展水平相对称。因为缺乏专业的知识作为支撑，从业人员就不能适时的适应民建钢结构的发展需求。比如“建筑钢结构焊接技术规程(JGJ81一2002)”中，评定焊接工艺及焊工测验的内容，专业技术人员必须要下功夫才能完全将其掌握，对于非专业的工作人员，则更是一道无法逾越的障碍，因此，钢结构建筑中施工人员及监理人员的相关专业知识和素养都有待于提高。

5.3、对国外设计方案不加变通，盲目照搬

国外的很多设计方案，都是比较发达的重要项目。因为有着大力的财力支持，所以他们不注重经济效益。但是我国的的设计方案大多数都是地区项目，在方案这几种必须将经济效益考虑在内。另外，有些设计人员一门心思的追求新颖和创新，盲目的校方国外的设计方案，忽略了自身的成本问题，使得工程造价大幅度提高，增加了工程成本。

针对钢结构设计的一些合理化建议

6.1、规范设计管理制度，强化监督机制

钢结构设计有着一定的热属性，作为工程的主管部门，对于钢结构的设计及承包企业的资质应该严格进行审查。主要应包括房结构得到施工安装能力，结构件的制作能力及水平等等，要保证工程的承包企业具有符合规定的设计安装资质，同时能够严格的按照工程的相关规定建设符合钢结构设计需求的作业。

6.2、钢结构设计应从实际出发，满足建筑使用要求

毋庸置疑，建筑中采用钢结构是时展的必然趋势，但是还是得注意，钢结构单单只是建筑物中的承重部分，发挥着为建筑本身服务的作用。所以没在设计过程中，一定要首选考虑其设计原则，遵循建筑物设计的一般规律，发挥钢结构本身的特点和优势，满足业主的使用需求。禁止为了突出其特色而忽略建筑的舒适性、实用性和安全性，使其失去在建筑市场的稳固地位。

6.3、重视设计深度

(l)首先要判断其是否适合于运用钢结构设计。一般情况下，钢结构常用于跨度大、多高层、体型复杂、可能出现大幅振动、高温密的设计中，而且在设计中始终秉持着精益求精的态度，努力提升建筑工程的施工质量，提高设计单位的竞争实力。作为工程造价师、建筑师以及工程师，一定要对建筑建构的设计方案进行严格的审核，严格把关，确保建筑施工能够顺利进行，并在预计期限内完成作业，提高建筑的设计质量，充分发挥建筑设计的科学性、经济性以及安全性。

结语

钢结构作为一种强度和柔度都很大的结构形式，在设计过程中首先应该注意的是结构方案的合理性，结构刚度分配要均匀，抗侧力性能要强。另外，要考虑钢结构节点的设计是否合理决定了钢结构工业建筑的安全性，在结构分析前就应该有充分的思考与确定。

参考文献：

[1]鲁鑫.浅议建筑钢结构设计[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2012

第3篇：多高层民用建筑钢结构节点范文

关键词：钢结构课程设计；教学方法；教学改革

中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1005-2909（2012）05-0108-03

随着中国经济建设的飞速发展和国民生活水平的不断提高，很多高层及大跨建筑物拔地而起。钢结构由于轻质高强、建造周期短、施工方便等诸多优点，在工业与民用建筑领域得到普遍应用，多数外形新颖、奇特、大跨、超高的新型建筑都离不开钢结构。教育部于2010年6月份提出“卓越工程师教育培养计划”以贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》重大改革项目，旨在培养一批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才。卓越工程师的培养目标之一是强化学生工程能力和创新能力。土木工程专业是首批试点专业之一。课程设计作为土木工程专业学生必修的实践类课程，在卓越工程师的培养过程中起着不可或缺的作用。李方慧等[1]在钢结构设计课程教学中引入最新的研究成果和案例，结合现代化的教学手段以提高学生的实践教学能力和认知能力；贾玉琢等[2]指出当前钢结构教学在教材内容和教学方法等方面存在的弊病，并从优化整合课程内容、采用灵活的教学方法和先进的教学手段入手，探讨并实践了钢结构课程实用的教学方法。

目前很多高校在土木工程专业同时开设了钢结构基本原理、建筑钢结构设计和钢结构课程设计课程。这三门课程各有侧重点：钢结构基本原理侧重钢材的基本性能和构件强度、稳定和刚度的计算方法；建筑钢结构设计课程侧重各种常用钢结构体系的设计原理、受力分析、设计方法、加工制作和防腐蚀处理等内容；钢结构课程设计则主要训练学生运用前两门课程知识，通过对给定命题的钢结构单体进行设计实践以巩固专业知识，为学生以后从事工程设计和提升专业素质做好知识储备。目前，不同的高校对钢结构课程设计的要求不同，主要分为轻型门式刚架和钢屋架两种形式。

一、课程特点和教学目标

（一）课程特点

针对四年学制的土木工程专业本科学生，一般钢结构课程设计开设在第七学期，即在学生学习了钢结构基本原理和建筑钢结构设计课程后，此时学生已经具备了钢结构课程设计的必要专业知识。但是，大学四年级的学生有不同于其他年级的特殊性，主要体现在三个方面：首先，第七学期对报考研究生的学生是非常关键的时期，因此往年总是有部分学生为复习考研课程而缺课，即使上课也是心不在焉，最终导致他们学习效率不高甚至不知道课程设计的基本要求。其次，大四学生面临就业问题，很多用人单位为充分考查学生能力要求学生先到单位实习。由于就业市场竞争激烈，很多学生不愿意放弃来之不易的实习机会，因此选择放弃专业课程的学习到单位实习。这批学生最终也不能较好地完成课程设计任务。第三，近些年来，钢结构设计软件发展很快，很多工作均可由计算机代为完成。如中国建筑科学研究院研发的PKPM系列软件中的STS模块，上海同磊土木工程技术有限公司研发的3D3S软件，从10年前完成主要计算到现在可完成主要的施工图，设计人员仅需要输入少量设计参数即可完成设计优化、计算分析和施工图绘制。软件的不断发展和进步大量减少了工程师的重复劳动，但是对学生基本技能的培养并无益处。学生由于对设计软件过分依赖而对设计理论不熟悉，导致最终对计算结果无法准确把握和判断。

（二）教学目标

专业课程的授课方法通常为教师讲、学生听的模式，课堂上师生互动较少，考核多以卷面成绩为主。这种授课方式对课程设计显然并不合适。作为钢结构基本原理和建筑钢结构设计的后续课程，钢结构课程设计的开设是建立在学生对专业知识有一定了解的基础上，引导学生自主完成给定命题的钢结构单体设计过程，要求学生掌握钢结构设计的一般要求、设计过程和设计方法，通过计算书和施工图进行考核，以适用、安全、经济、合理作为设计作品的考核目标。

二、改进方法

（一）分步和互动式教学

钢结构基本原理和建筑钢结构设计两门课程是钢结构课程设计的先行课，由于不同的教师授课方式和侧重点有所不同，学生对知识的掌握程度也不同，在讲授钢结构课程设计要有针对性。学校将课程设计安排在建筑钢结构设计课程完成之后的下个学期，往年的授课方式主要为三个阶段：理论部分讲解、计算分析阶段和施工图绘制阶段，最终按提交的设计图纸和计算书质量进行考核。由于教师在理论讲解时不了解学生对专业知识的掌握程度，只能按照平时授课方式讲解课程设计理论，难以针对课程设计中学生容易出现的错误进行有针对性的教学；由于学时的限制，学生在匆忙完成图纸和计算书后即是学期结束，即使教师发现图纸和计算书中有很多问题也来不及让学生修改。

为准确把握学生对相关知识点的掌握程度，笔者通过与学生交流，及时了解他们完成课程设计需要补充的知识点，适时调整教学计划。如课程设计任务书要求学生完成一无吊车的轻型门式刚架设计，在第一节课上，即有学生指出门式刚架的结构体系和计算方法在建筑钢结构设计课堂上已经讲述，但只是一带而过。在这种情况下，笔者将课堂内容及时调整，考虑到各种不同的结构体系在结构的内力计算方面并无大的差异，仅将门式刚架与其他结构体系的不同之处重点讲述，然后要求学生课后进行计算分析，并在下一节课上随机抽查2～3名学生在10分钟内用ppt演示自己的计算过程。通过演示及时发现学生计算过程中普遍存在的问题，并在以后的授课过程中有目地重点解释。学生为准备演示ppt，会仔细阅读教材及相关设计材料，独立地思考、分析、归纳总结，既锻炼了他们的语言表达能力，又能发现问题，高质量地完成课程设计。

（二）工程实例的引入

随着近些年来钢结构建筑物的日益增多，学生对以钢结构为主体结构的实际工程有一定程度的认识。在教学过程中，除以照片形式展示国内外已建成和正在兴建的典型实际工程外，还可将常见结构体系的主要受力构件与校内钢结构建筑物实体相结合，将书本理论知识与身边实际工程结合，使学生对课堂所学知识加深理解和巩固。

此外，虽然学生之前已完成其他专业课的课程设计，但是由于钢结构施工图的表达方式和其他结构体系差异很大，无法将钢结构实体用施工图完整表达。鉴于此，笔者精选一套严格符合现行制图标准的轻型门式刚架结构施工图，从字体的选择、图面的布置到钢结构施工图绘制的要点一一讲解，要求学生从结构布置到节点详图分步完成，每次课堂均安排2～3名学生演示自己完成的工作，引导其他学生学习并从中发现问题。经过这样的训练与引导，学生最终完成的图纸图面较往年有很大程度的提高。

（三）正确的设计理念

由于钢结构表面经防腐蚀处理后美观大方，很多建筑师选择将钢构件暴露在室内。一个优秀的结构设计作品，结构的安全可靠是基本要求，结构的经济、美观和便于施工也是结构工程师必须考虑的因素。在往年的钢结构课程设计中，普遍存在截面过大、板件厚度太厚或太薄、连接处截面不等高或不等宽等问题。从学生的计算书来看，所选截面强度、稳定、刚度等均满足要求，但是有的截面应力比太小造成材料浪费，有的截面连接处截面不等高、翼缘不等宽造成外形层次不齐，有的所选腹板厚度太薄使焊接质量难以保障，还有学生为减少工作量以等截面H型钢替代经济合理的楔形截面。虽然笔者在理论部分的讲解中反复强调这些问题，但是学生在最后提交的作业中这些问题仍然会重复出现，这主要是由于在专业课的授课过程中，只重点讲解了构件的强度、稳定和刚度等关于安全性的训练，而忽视了结构设计还应考虑的其他关乎结构整体性的因素。因此，在截面优化、校核的过程帮助学生校核所选截面的适宜性，有利于培养他们正确的设计理念。

为避免学生因截面选择不当而引起的设计不合理，笔者在这次的教学方法改革中通过部分学生的ppt汇报发现并提炼共性的问题，同时将学生分组，在课堂上讨论、相互排查，确保每位学生对常见错误有明确的认识。在课堂上师生互动，学生之间的互动，启发、引导学生带着问题思考、讨论，可充分调动全体学生的积极性、主动性。通过讨论，学生基本上掌握了大部分内容，若仍不能解决的疑难问题，再通过重点讲解进一步促使学生将知识点与课程设计相结合。

（四）考核

与一般卷面考核不同，课程设计以最终提交的图纸和计算书为考核依据，图纸一般要求AutoCAD绘制。为避免学生之间相互抄袭，每年的课程设计均按一人一题设置，但即使这样，仍很难杜绝抄袭他人图纸和计算结果的现象发生，作为教师如何区分便成为难题。因此，笔者将学生的课堂表现同时作为考核依据，学生的ppt汇报和课堂的问答均能有效地反应对知识点的掌握程度，结合提交的图纸和计算书，能较为公平公正地对学生考核。

三、结语

文章从钢结构课程设计的特点出发，探讨了适合钢结构课程设计的教学方法。实践证明，根据课程特点调整教学计划和教学方法、提高师生的互动性、培养正确的设计理念可有效提高教学质量和学生综合能力。

参考文献：

[1] 李方慧，田春竹.钢结构设计课程实践教学方法探讨[J].高等建筑教育，2011，20（1）：135-137.

[2] 贾玉琢，李曰冰，龚靖.钢结构实用性教学的研究与实践[J].东北电力大学学报，2007，27（5）：34-36.

Teaching methods of steel structure design course

CHEN Junling1， JIAO Yufeng1，2

（1. College of Civil Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， P. R. China；

2. Henan University of Science and Technology， Luoyang 471003， Henan Province， P. R. China）

第4篇：多高层民用建筑钢结构节点范文

Abstract: Eccentrically braced steel frames is a refined lateral-resistant system based on braced frames. It combines the strength and stiffness of concentrically braced frames with the inelastic behavior and energy dissipation of moment-resisting frames. The eccentrically braced steel frames is an effective lateral-resistant structure system which is appropriate for high seismic regions.At the same time, Multi-story steel frame is popular in the high seismic region. But, the different of the number of floors result in the different of the axes pressure.This paper applies ANASYS finite element method to analyze the eccentrically braced steel frames.

关键词:Y型偏心支撑钢框架;轴心压力;有限元;抗震性能

Key words: Y shape eccentrically braced steel frames;axes pressure;finite element;aseismatic performance

中图分类号:TU74 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)14-0077-02

0引言

偏心支撑钢框架是一种新型的抗侧力体系,它是在中心支撑钢框架的基础上进行改进的成果,这种体系继承了中心支撑钢框架的优良品质,对地震高发地区的抗震非常有效。目前,国内外对偏心支撑钢框架的研究主要集中在耗能梁段上,很少有人考虑由于层数不同而引起的柱的轴心压力差异从而造成抗震能力的不同。因此,研究轴心压力是很有必要的,这对整个体系的抗震效果有明显的影响,并且能为理论设计提供有益的参考数据。

1试件描述

1.1 基本试件为了更真实地模拟地震作用下框架的实际受力行为,试件取底层一跨两层的一榀框架作为有限元分析的基本试件,进行有限元分析的试件的外形及几何尺寸如图1所示。梁、柱和支撑及耗能梁段的截面尺寸分别为:350×200×10×16、450×300×12×20和300×200×10×10,耗能梁段的长度为400mm,耗能梁段加劲肋的厚度为10mm,支撑与梁柱交点处的细部构造参考《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》进行设计。梁柱连接、支撑两端与框架的连接,均采取刚性连接的形式,焊缝采用E43型焊条,其余钢材均为 Q235钢。

1.2 参数试件 参数试件的设计是将基本试件的柱轴心压力进行改变,以考察其对K型偏心支撑钢框架受力性能的影响。这组参

数试件与基本试件比较,主要是改变柱的轴向压力,参数试件的尺寸与基本试件完全相同。参数试件与基本试件轴心压力不同的部分见表1。

2滞回性能分析

该系列试件在单向荷载作用下的荷载-位移曲线和在循环荷载作用下的滞回曲线如图2(a)～(f)所示,其中试件1、2和基本试件由于轴向压力较小均能够完成5Δy位移的循环,其所施加的轴向力分别为0、0.2Ny和0.4Ny,而试件3则在0.6Ny轴力的作用下仅完成了3Δy位移的循环,滞回性能最差的是试件4,其在0.8Ny轴力作用下在接近1Δy位移处发生了破坏。从以上各试件滞回性能的对比可知,柱的轴压比对Y型偏心支撑钢框架的受力性能影响较大。此外从图2还可以发现,随着框架柱轴压比的增大,试件1、试件2和基本试件的承载力和延性都略有下降,但下降的幅度并不大。试件3和试件4的极限承载力和延性与试件一、试件2和基本试件相比有明显的下降,这主要是由于较大的柱轴压力使得结构的二阶效应增大,降低了偏心支撑框架的承载力与延性。从单调荷载作用下的荷载-位移曲线可以看出,该系列试件进入弹性阶段的时候都比较接近,进入了弹塑性阶段后,各个试件的差别就比较明显了,试件1、试件2和基本试件还保持着一定的延性,试件3的延性就比较差,试件4在进入塑性阶段不久承载力就快速下降,发生了脆性破坏。

图3为系列试件在循环荷载作用下的骨架曲线和割线刚度退化曲线。从图中可以看到,系列试件在结构

各受力阶段的骨架曲线和割线刚度退化曲线基本重合。此外从图中还可以看到,虽然结构在不同受力阶段对荷载的反应比较类似,但各试件的极限承载力和延性却有较大差别,其中轴压比较大的试件3和4的承载力与延性明显小于其它试件。

从图4中可以看到,轴压比较小的试件试件1、试件2和基本试件的极限承载力相差不大,其承载力分别达到了1551.02KN、1545.32KN与1540KN,而试件3与4的极限荷载仅达到了1492.67KN和1384.63KN,与承载力最好的KERP1相比分别减小了4%和11%。可见,当柱的轴压比在一定范围内(Nc≤0.6Ny,Ny为柱全截面屈服时所能承受的压力)变动时,其对K型偏心支撑钢框架的极限承载力影响很小,而当柱的轴压大于某一值时(Nc>0.6Ny),其将显著削弱结构的承载力。

由骨架曲线可得到YEVF系列试件在循环荷载作用下不同受力阶段的荷载、转角与延性系数表,如表2所示。从表中可以清楚地看到,在结构的屈服点,各试件的屈服荷载和框架转角的差别并不大,屈服荷载降幅最大值也仅为14%;随着水平荷载的增大,试件1、试件2和基本试件的最大荷载和极限荷载的值明显大于试件3和试件4的相应值,而试件1、试件2和基本试件之间的相应值相差不大。比较系列试件在各受力阶段的框架转角和有效延性系数可以发现,轴压比较小的试件具有较大的框架转角和有效延性系数。由此可知,轴压比在0～0.6的范围内变化时,对Y型偏心支撑钢框架的承载力、变形能力和延性影响较小,当轴压比达到0.6及以上时,Y型偏心支撑钢框架的受力性能呈明显的劣化趋势。因此《高钢规程》要求将轴压比控制在0.6以下是比较合理的。