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鋼結構設計難點:超高層鋼結構設計要點
日期:2020-07-03 人氣:137 收藏

在外框柱與核心筒之間設置伸臂桁架的主要目的是減小結構側移,它的機理是提高水平荷載作用下的外框架柱的軸力,從而增加框架承擔的傾覆力矩,同時減小了內核心筒的傾覆力矩。它對結構形成的反彎作用可以有效的增大結構的抗側剛度,減小結構側移動,一般情況下也會減小外框架的剪力分擔比。對于框架核心筒結構,設置伸臂桁架后減小側移顯著,而對于筒中筒結構而言,減小側移的效果很小。

在結構周圍設置腰桁架的作用作用是使各框架柱承受的軸力均勻變化,因此也可以達到提高外框架抗傾覆力矩的能力以及減小側移的目的,但是不如伸臂有效。在框架核心筒結構中,視外框柱的數量和布置方式,可以設置腰桁架,也可以不設置;由于腰桁架可以減小框筒結構的剪力滯后,因而在筒中筒結構中,腰桁架可以加大結構的整體剛度并減小其側移。

結構可以根據具體情況,僅設置一種或者同時設置以上兩種構件,設置了伸臂桁架、腰桁架的樓層可統稱為加強層。

設置加強層后,造成結構沿高度方向剛度不均勻,剛度突變帶來內力突變,因此在加強層及上下相鄰層構件的內力會出現較大的改變,設置是方向性的改變,加強層的剛度越大,內力突變的程度也越大,這種突變會產生薄弱層效應。

因此,在結構抗風設計中,采用伸臂桁架、腰桁架的效果很好,它可以采用剛度大的加強層,以形成較大的抗側剛度。

而在抗震設計的結構中,應盡可能的減小出現薄弱層形成的不利效應,因此可以不設置加強層時,就不必設置加強層,需要設置加強層時,也不宜采用剛度過大的伸臂和腰桁架,以避免加強層范圍出現過大的剛度突變。

沿高度可以布置一個樓層(一道)或多個樓層(多道)的伸臂桁架和腰桁架。研究表明,多道伸臂桁架減小側移的效果優于一道伸臂桁架,但是伸臂結構數量與減小側移并不成正比,當設置四道以上的伸臂桁架時,減小側移的效果就不再明顯。

伸臂設置的位置不同,其減小側移的效果也不相同,研究表明,當沿高度僅設置一道伸臂桁架時,可以設置在結構的2/3H處減小側移效果最好,而要減小內筒傾覆彎矩則越靠下越好;設置兩道伸臂桁架時,其中一道可設置在0.7H高度處,另一道大約設置在0.5H處。一般的高層結構設計中,伸臂桁架設置位置需要做敏感性分析,以研究其最有效和最適合具體結構的位置。


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