钢结构框架柱和支撑
凌霄云外
2024年03月12日 14:14:56
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一、钢结构框架柱 对于一般的钢结构框架类建筑,比较合理的钢柱截面形式有矩型(或内灌混凝土)、圆型(或内灌混凝土)、十字型和 H 型。柱截面的选择应注意以下几个事项: 1、对于以承受轴力为主的柱,首选截面是圆型,由于圆形截面的径厚比控制值较宽松,截面更开展,若考虑灌注混凝土承载力将有比较大的提升; 2、对于轴力和弯矩共同控制的柱,其首选截面是矩形,主要考虑矩形截面较开展,有效截面两正交向均远离中和轴。

一、钢结构框架柱

对于一般的钢结构框架类建筑,比较合理的钢柱截面形式有矩型(或内灌混凝土)、圆型(或内灌混凝土)、十字型和 H 型。柱截面的选择应注意以下几个事项:

1、对于以承受轴力为主的柱,首选截面是圆型,由于圆形截面的径厚比控制值较宽松,截面更开展,若考虑灌注混凝土承载力将有比较大的提升;

2、对于轴力和弯矩共同控制的柱,其首选截面是矩形,主要考虑矩形截面较开展,有效截面两正交向均远离中和轴。

3、在低、多层框架类结构(尤其是框架支撑结构体系)中,H型钢作为柱可为首选 (截面利用率高、节点易于处理),考虑到弱轴方向的稳定性能较差,应选择宽翼缘截面。

另外一种情况也可选择H型钢截面,即在钢框架+混凝土核心筒结构中,筒体周边的框架柱除角柱外,可采用H型钢截面宜将柱截面强轴方向布置在外围筒体平面内,见下图。

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4、钢柱的轴压比一般控制在 0.7 以下,长细比在满足抗震构造的基础上,合理的范围在(60~80)εk

二、支撑

普通支撑分为刚性支撑和柔性支撑两种。

对于低层建筑,或地震作用组合不控制设计的多层建筑,可考虑采用柔性支撑结构,柔性支撑可采用张紧的花篮螺丝,按只拉不压构件计算。考虑建筑使用效果,刚性支撑一般采用 H型钢截面、矩形管截面以及圆形截面,按受压构件设计。

普通支撑受压会产生屈曲现象,当支撑受压屈曲后,刚度和承载力急剧降低。

在地震或风的作用下,支撑的内力在受压和受拉两种状态下往复变化。当支撑由压曲状态逐渐变至受拉状态时,支撑的内力以及刚度接近为零。因而普通支撑在反复荷载作用下滞回性能较差。

为解决普通支撑受压屈曲以及滞回性能差的问题,在支撑外部设置套管,约束支撑的受压屈曲,构成屈曲约束支撑。

屈曲约束支撑仅芯板与其他构件连接,所受的荷载全部由芯板承担,外套筒和填充材料仅约束芯板受压屈曲,使芯板在受拉和受压下均能进入屈服,因而,屈曲约束支撑的滞回性能优良 (参见图1)。

屈曲约束支撑一方面可以避免普通支撑拉压承载力差异显著的缺陷,另一方面具有金属阻尼器的耗能能力,可以在结构中充当“保险丝”,使得主体结构基本处于弹性范围内。因此,屈曲约束支撑的应用,可以全面提高传统的支撑框架在中震和大震下的抗震性能。

常见的屈曲约束支撑包括两种类型一灌浆型和纯钢型 (图 2,灌浆型指约束材料为混凝土材料,而纯钢型则指整个产品仅使用钢材的情况,灌浆型产品为早期产品,在各国使用较为广泛,而纯钢型则相对发展较晚,但目前由于其自身优势明显,已开始在各国大面积使用。

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