CN104612449A - 一种巨型防屈曲支撑框架结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种巨型防屈曲支撑框架结构体系，属于结构工程技术领域，由巨型柱、巨型桁架梁、框架柱、楼面板以及巨型防屈曲支撑构件组成。巨型防屈曲支撑构件长度较大，斜向布置在所述结构体系的外立面处，端头与巨型柱和巨型桁架梁通过销轴进行连接；跨越多个楼层，在相应位置与楼面板进行连接，以约束防屈曲支撑构件在垂直结构立面方向上的位移。在正常使用和小震条件下，防屈曲支撑起到了类似于中心支撑的作用，为结构体系提供必要的承载能力和抗侧刚度；在大震作用下，防屈曲支撑可以通过内核的反复拉压屈服耗散地震输入能量，相当于为建筑提供附加阻尼，减小建筑结构上的地震作用，起到消能减震的目的。

Description

一种巨型防屈曲支撑框架结构体系

技术领域

本发明涉及一种巨型防屈曲支撑框架结构体系，属于结构工程技术领域。

背景技术

随着结构工程技术的不断发展，建筑结构也不断向大跨度和高楼层两个方向发展。建筑高度越大，风荷载、地震荷载等水平向荷载对建筑结构的影响愈发显著。巨型框架结构体系是一类广泛使用的高层结构体系，传统巨型桁架结构体系中一般采用跨越多个楼层的斜向巨型中心支撑以保证结构体系稳定性，巨型中心支撑端头与巨型柱或巨型桁架梁相连接。

巨型中心支撑一般采用纯钢构件或钢筋混凝土构件，巨型中心支撑跨越多个楼层，因而其长度较大，一般存在着两种做法：

第一种做法下，为防止由于支撑长细比过大而发生轴压屈曲，设计中由强度起控制作用，进而将中心支撑截面做得很大，这种做法存在以下几个缺点：(1)中心支撑截面尺寸较大，浪费材料而且对结构产生较大的附加荷载。(2)大吨位的中心支撑使得结构自重增大，增大了结构在地震荷载下的惯性力作用，进而更易引发结构在大震下的失效倒塌。(3)我国现行《建筑抗震规范》(GB50011-2010)给出的地震影响系数曲线显示，当结构自振周期T超过特征周期T_g时，地震影响系数α随着T的增大显著降低，式(i)给出了T位于T_g～5T_g之间时地震影响系数α的衰减曲线；大截面的斜向中心支撑与巨型框架形成稳定的三角桁架体系，将大幅提高结构刚度，使得结构自振周期T大幅减小，根据式(i)，地震影响系数α将随之显著提高，即在地震荷载作用下产生更为显著的荷载效应，对结构产生不利影响。

$\mathrm{\α}{=\left(\frac{T_g}{T}\right)}^{\mathrm{\γ}}\mathrm{\η}{\mathrm{\α}}_{\max }---\left(i\right)$

$\mathrm{\γ}=0.9+\frac{0.05-\mathrm{\ζ}}{0.3+6\mathrm{\ζ}}---\left(\mathrm{ii}\right)$

$\mathrm{\η}=1+\frac{0.05-\mathrm{\ζ}}{0.08+1.6\mathrm{\ζ}}---\left(\mathrm{iii}\right)$

式中：α为地震影响系数；α_max为地震影响系数最大值；T_g为特征周期；γ为衰减指数；η为阻尼调整系数，ζ为结构的阻尼比。

第二种做法下，设计由稳定起控制作用，意味着中心支撑在大震下容易发生屈曲，因而将会产生以下问题：(1)人字形布置的中心支撑，当受压杆件发生屈曲时，会在连接中心支撑端头的横梁中部产生不平衡剪力和轴力，容易导致横梁的破坏。(2)在地震荷载作用下，当中心支撑发生屈曲时，其轴压刚度急剧下降，甚至出现负刚度，结构易于发生由于抗侧刚度不足而产生的破坏。(3)中心支撑受力过程中易于受压屈曲和拉压受力不对称的属性，致使其在反复荷载作用下的滞回曲线不饱满，无法起到良好的消能减震作用。

为解决上述问题，本发明提出一种巨型防屈曲支撑框架结构体系，通过将传统巨型框架结构体系中的巨型中心支撑替换为巨型防屈曲支撑，具有以下优点：(1)由于防屈曲支撑构件拉压同性的受力特点，使得人字形布置的防屈曲支撑构件可以保证横梁中部的剪力平衡，对横梁起到了保护作用。(2)相比于中心支撑，防屈曲支撑构件不会发生受压屈曲，而且即便内核发生屈服仍然存在轴向刚度和承载力，表明防屈曲支撑可为结构提供更为稳定的抗侧刚度。(3)在大震作用下，防屈曲支撑可以通过内核的反复拉压屈服耗散地震输入能量，相当于为建筑提供附加阻尼，根据阻尼等效的等能量原理，等效粘性阻尼比计算方法由式(iv)给出；由于防屈曲支撑比中心支撑的滞回曲线要饱满的多，故采用防屈曲支撑的结构体系在反复荷载作用下能够消耗更多的能量，根据式(iv)可知防屈曲支撑结构体系对应着更大的阻尼比，又根据式(i)～(iii)可知，当结构阻尼比ζ增大时，衰减指数γ和阻尼调整系数η均减小，进而地震影响系数α也随之减小；这表明，采用防屈曲支撑可以有效减小建筑结构上的地震作用，起到消能减震的目的。

${\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{eq}}=\frac{E_D}{4\mathrm{\π}{E}_{s0}}---\left(\mathrm{iv}\right)$

式中：ζ_eq为等效粘性阻尼比；E_D为耗散能量，即滞回曲线包围面积；E_s0为极限位移下的弹性能，取决于结构的弹性刚度和极限位移。

发明内容

本发明提出一种巨型防屈曲支撑框架结构体系，通过将传统巨型框架结构体系中的巨型中心支撑替换为巨型防屈曲支撑，在正常使用和小震条件下，防屈曲支撑起到了类似于中心支撑的作用，为结构体系提供必要的承载能力和抗侧刚度；在大震作用下，防屈曲支撑可以通过内核的反复拉压屈服耗散地震输入能量，相当于为建筑提供附加阻尼，减小建筑结构上的地震作用，起到消能减震的目的。

一种巨型防屈曲支撑框架结构体系，含有巨型柱、巨型桁架梁、框架柱、楼面板，其特征在于，所述结构体系还包括巨型防屈曲支撑构件。

在上述巨型防屈曲支撑框架结构体系中，所述巨型防屈曲支撑构件长度较大，斜向布置在所述结构体系的外立面处；所述防屈曲支撑端头与巨型柱和巨型桁架梁通过销轴进行连接。

在上述巨型防屈曲支撑框架结构体系中，所述巨型防屈曲支撑构件跨越多个楼层，在相应位置与所述楼面板进行连接，以约束防屈曲支撑构件在垂直结构立面方向上的位移。

试验证明，本发明提供的这种防屈曲支撑伸臂桁架，完全可以实现上述目的。

附图说明

图1为巨型防屈曲支撑框架结构体系的三维图；

图2为巨型防屈曲支撑框架结构体系的立面图；

图3为图2中A处的节点详图，即巨型防屈曲支撑与巨型框架角部的连接节点；

图4为图2中B处的节点详图，即巨型防屈曲支撑的交叉节点。

具体实施方式

下面结合附图1～4，详细说明本发明的实施方式。

1-巨型柱；

2-巨型桁架梁；

3-框架柱；

4-楼面板；

5-巨型防屈曲支撑；

6-法兰盘；

7-高强螺栓；

8-销轴；

9-节点板；

10-十字连接件；

11-端头耳板。

如图1所示，所述巨型防屈曲支撑框架结构体系含有巨型柱1、巨型桁架梁2、框架柱3、楼面板4，其特征在于，所述结构体系还包括巨型防屈曲支撑构件5。所述巨型防屈曲支撑构件5长度较大，斜向布置在所述结构体系的外立面处。

如图2所示，所述巨型防屈曲支撑5跨越多个楼层，在相应位置与所述楼面板4进行连接，以约束防屈曲支撑5在垂直结构立面方向上的位移。

如图3所示，所述巨型防屈曲支撑5在端头通过法兰盘6和高强螺栓7与端头耳板11进行连接。在巨型框架角部的连接节点，节点板9与巨型柱1和巨型桁架梁2通过焊接连接；与此同时，节点板9与端头耳板11通过销轴8连接，形成铰接连接节点。

如图4所示，在所述巨型防屈曲支撑5的交叉节点，十字连接件10通过带加劲的H型钢交叉焊接而成，四个节点板9与十字连接件10进行焊接，并与四个端头耳板11分别通过销轴8连接。

Claims (1)

1.一种巨型防屈曲支撑框架结构体系，含有巨型柱、巨型桁架梁、框架柱、楼面板，其特征在于，该结构体系还包括巨型防屈曲支撑构件；所述巨型防屈曲支撑构件斜向布置在所述结构体系的外立面处，其防屈曲支撑端头与巨型柱和巨型桁架梁通过销轴进行连接；所述巨型防屈曲支撑构件跨越多个楼层，在相应位置与所述楼面板进行连接，以约束防屈曲支撑构件在垂直结构立面方向上的位移。