支撑形式对于钢结构框架体系侧向刚度的影响.doc

-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-（英文摘要保留）支撑形式对于钢结构框架体系侧向刚度的影响马传静夏兵胡海涛（青岛理工大学山东青岛266033）摘要：框架支撑体系作为多高层钢结构的一种结构形式被广泛采用，是竖向支撑的布置方式对于钢结构的侧向刚度的影响显著。本文通过采用SAP2000有限元软件分析了在相同材料、相同结构形式下，有支撑的结构体系和无支撑结构体系的钢结构框架的侧向刚度，并分析了不同支撑形式对于钢结构框架侧向刚度的影响，通过分析得出有支撑的结构体系明显要比无支撑结构体系的侧向刚度大，十字支撑和人字支撑要比一字斜向支撑抗侧移刚度大。职称论文代发表关键词：一字斜向支撑十字支撑人字支撑EFFECTSOFLAYOUTOFSUPPORTFORSTEELSTRUCTURESOFFRAMESYSTEMONLATERALSTIFFNESSMACHUAN-JINGXIABINGHUHAI-TAO（QingdaoTechnologicalUniversity,shandong,qingdao,266033)Abstract:Frameworksupportingsystemasaformofmultistoreyandhigh-risesteelstructuresiswidelyused，theeffectsofverticalsupportlayoutforthesteelstructureslateralstiffnessareremarkable.BasedontheSAP2000usingfiniteelementsoftwareinthesamematerial,thesamestructureform,withthesupportsteelstructureandwithoutsupportsteelstructure,thelateralstiffnessofsteelstructuresframesareanalysed.Andtheeffectsofthedifferentformsofsupportforthesteelstructureframeslateralstiffnessareanalysedtoo,accordingtotheanalysisofthem,thelateralstiffnessofthesupportsteelstructureisbiggerthanthewithoutsupportsteelstructure,andthecrosssupportandherringbonesupportarebiggerthanAwordslantingsupporttoo.keywords:Awordslantingsupportcrosssupportherringbonesupport引言随着高层建筑结构的不断发展，钢结构体系的应用也越来越为广泛，稳定性仍然是钢结构的一个突出的问题。在各种类型的钢结构体系中，都会遇到稳定问题。根据稳定问题在设计当中的突出特点，目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如框架。12345钢结构框架体系不设柱间支撑时，由于建筑平面设计有较大的灵活性，可以采用较大的柱距提供较大的使用空间。为了保证这些平面结构不致出现失稳问题，需要从结构整体布置来解决，亦设计必要的支撑构件。为了提高钢结构框架结构的侧向刚度，避免浪费钢材，常在框架中布置竖向支撑，使结构在承受风荷载和地震荷载等水平荷载时有两道防线，一是竖向支撑，二是钢结构框架。在过去的二三十年间，众多学者在支撑布置及新型耗能支撑的开发，从整体延性及耗能出发对体系相关参数优化等方面进行了大量试验及理论研究工作，取得了不少成果，但是由于问题的复杂性，仍存在不少问题需要研究改进，如钢支撑出现断裂后对框架结构动力性能的影响等。因此有必要对钢支撑构件对框架整体性能的影响进行改进，67钢支撑在增强结构抗侧刚度的同时，也是主要的耗能部件，因此不同钢支撑的形式及支撑的布置形式亦成为当前的研究趋势。本设计主要研究了不同形式的钢支撑对于钢框架整体抗侧性能的影响程度。-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-1.计算模型本设计采用的均为竖向中心支撑:一字斜向支撑，十字支撑，人字支撑。通过采用SAP2000有限元软件分析框架在恒荷载、活荷载和地震荷载作用下钢结构框架的侧向位移，来分析钢结构有无支撑及不同支撑情况下的侧向刚度。本设计中的钢结构框架为三层三跨的钢结构框架，共模拟以下四种情况：(1)框架无支撑(2)框架+一字斜向支撑(3)框架+十字支撑(4)框架+人字支撑1.1框架的设计参数每个试件有相同的梁、柱截面尺寸、加载位置和约束条件。框架梁、柱均采用Q345的钢材，支撑采用Q235的钢材，楼板材料采用C30混凝土。柱的截面尺寸为H5003001220(单位：mm)，梁的截面尺寸为工4003001016（单位：mm），支撑截面尺寸为L20010（单位：mm），楼板的厚度为100mm。1.2框架的荷载参数恒荷载：4.0KN/,活荷载：2.0KN/，地震荷载采用中国2002地震荷载，地震荷载参数均取SAP2000默认的参数:阻尼比取0.05，地震烈度8（0.20g）,场地特征周期Tg取0.4s,影响系数最大值取0.16，地震荷载输入方向为y轴方向。2弹塑性分析结果及分析2.1分析内容钢结构框架体系不设柱间支撑时，由于建筑平面设计有较大的灵活性，可以采用较大的柱距提供较大的使用空间。为了提高钢结构框架结构的承载能力和侧向刚度，避免浪费钢材，常在框架中布置竖向支撑，使结构在承受风荷载和地震荷载等水平荷载时有两道防线，一是竖向支撑，二是钢结构框架。本文通过对不同支撑布置形式的钢框架在侧向荷载作用下的变形过程进行有限元分析，从而探讨了支撑的布置形式对钢框架侧向刚度的影响规律(图2支撑的布置形式)。一字斜向支撑十字支撑人字支撑图2支撑的布置形式Fig.2thelayoutofsupport2.2弹塑性分析结果（1）从计算方法分析-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-结构的计算分析方法分为两类，一类是线弹性计算方法，另一类是模态分析。在荷载作用下，结构各部分的应力，不超出材料的屈服强度，则计算分析采用线弹性计算方法。模态分析属于动力学分析，包括瞬态动力响应分析和谱响应分析，目的在于确定结构上的固有频率和振型。本设计采用的材料是钢材，在所设定的模型、荷载和边界条件下得到的线弹性计算结果（局部区域的应力）已超过了材料的屈服强度，因此采用弹塑性分析进行计算。（2）钢结构框架模型的分析通过SAP2000的计算，由于地震荷载输入方向为Y方向，因此我们可以通过查看U2方向水平位移的大小来判断框架体系的侧向刚度的变化情况。由于节点过多，本文仅取几个有代表性的节点并以表格1的形式表示各个节点的水平位移情况。表1节点的水平位移Table.1ThehorizontaldisplacementnodeJoint无支撑情况下一字斜向撑情况下十字支撑情况下人字支撑情况下TextN-s2/mmN-s2/mmN-s2/mmN-mm-s213.8883.8883.8883.88877.8827.6737.4637.38787.3987.3987.1886.981613.96213.75213.54313.4673613.47713.47713.26813.059注：此表均为U2方向的水平位移。通过模拟，从以上计算结果我们可以看出钢结构框架体系在不同支撑形式下的侧向刚度有显著变化，仅以第16个节点为例进行说明：（1）：无支撑框架变形图。第16个节点的U2方向水平位移是13.962mm。（2）：一字斜向支撑框架变形图。第16个节点的U2方向水平位移是13.752mm。（3）：十字支撑框架变形图。第16个节点的U2方向水平位移是13.543mm。（4）：人字支撑框架变形图。第16个节点的U2方向水平位移是13.467mm。通过分析我们可以发现在相同材料、相同的结构形式下带有支撑的结构体系的节点位移明显要比无支撑结构体系的位移小很多，由于节点数量过多，在此仅以某个节点的位移进行分析，从分析得出带有支撑的结构体系的侧向刚度比无支撑结构体系大，而不同的支撑形式对于钢结构体系的侧向刚度影响又有所不同，从以上数据可以看出十字支撑和人字支撑的节点位移相差不大，仅有0.076mm,十字支撑与一字斜向支撑相比，一字斜向支撑的节点位移较大，从而得出十字支撑和一字斜向支撑要比一字斜向支撑的抗侧移刚度大。3.结论通过分析结果我们可以看出，钢结构框架体系在有无支撑下的侧向刚度有明显不同，有支撑下结构的抗侧移刚度明显增强。同时，结构在不同支撑下的抗侧移刚度也有明显不同，十字支撑和人字支撑要比一字斜向支撑抗侧移刚度明显增大。可见，在钢结构设计中，支撑发挥着重要的作用。所以，在设计过程中，尤其是大跨结构和抗震等级要求较高的结构中，要充分发挥支撑的作用，提高结构的抗侧移刚度和整体稳定性能。参考文献1陈绍蕃，顾强.钢结构上册钢结构基础（第二版）.中国建筑工业出版社.2陈绍蕃.钢结构下册房屋建筑结构设计（第二版）.中国建筑工业出版社.-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-3陈绍蕃.钢结构设计原理.科学出版社,2000.23-25.4陈绍蕃.钢结构稳定设计指南.中国建筑工业出版社.1995.5周学军，陈鲁，曲慧.多、高层结构支撑的布置方式对框架侧向刚度的影响.钢结构，2003