交错桁架钢结构体系应用技术与示范
新型交错桁架结构体系的应用

新型交错桁架结构体系的应用
周绪红;莫涛;蔡益燕;魏潮文
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2000(015)002
【摘要】介绍了交错桁架结构体系在建筑、结构和制作与安装上的特点,阐述了其结构设计要点,提供了国外的3个工程应用实例,可供工程设计参考.
【总页数】4页(P16-19)
【作者】周绪红;莫涛;蔡益燕;魏潮文
【作者单位】湖南大学长沙 410082;湖南大学长沙 410082;中国建筑标准设计研究所北京 100044;福州大学福州 350002
【正文语种】中文
【中图分类】TU39
【相关文献】
1.交错桁架结构体系介绍和应用 [J], 冯敏治;余跃
2.矩形钢管混凝土柱应用于交错桁架结构体系的优势 [J], 宛海沫
3.交错桁架结构体系在钢结构住宅中的应用 [J], 尹志明;周绪红;许红胜
4.交错桁架结构体系的新特点和新应用 [J], 余跃
5.新型交错桁架结构体系的反应谱分析 [J], 苗广威;冉红东
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交错桁架钢框架体系的地震损伤控制研究现状与展望

交错桁架钢框架体系的地震损伤控制研究现状与展望目录一、内容概述 (2)二、交错桁架钢框架体系概述 (3)1. 定义和特点 (4)2. 交错桁架钢框架体系的应用现状 (5)三、地震损伤控制研究现状 (6)1. 地震损伤评估方法 (7)(1)基于性能的损伤评估 (8)(2)基于模型的损伤评估 (9)(3)基于实验研究的损伤评估 (11)2. 地震损伤控制策略 (12)(1)结构优化与设计 (13)(2)新型材料与技术的应用 (14)(3)抗震加固与修复技术 (16)四、交错桁架钢框架体系地震损伤控制研究现状 (17)1. 抗震性能分析 (18)2. 节点与构件的损伤控制研究 (19)3. 结构整体损伤控制策略 (21)五、地震损伤控制研究展望 (22)1. 地震损伤评估方法的进一步完善 (24)2. 新型抗震技术的研发与应用 (24)3. 多层次抗震设计与优化策略的研究 (25)4. 地震后快速评估与修复技术的研究 (26)六、结论 (28)1. 研究总结 (29)2. 对未来研究的建议与展望 (30)一、内容概述地震损伤控制是结构工程领域的重要研究方向,特别是对于高层建筑、大跨度桥梁等关键基础设施来说,如何在地震作用下保持结构的稳定性和完整性是亟待解决的问题。
交错桁架钢框架体系作为一种具有独特优势和广泛应用前景的结构形式,在地震损伤控制方面的研究逐渐受到关注。
本论文围绕交错桁架钢框架体系的地震损伤控制进行了系统深入的研究。
论文综述了国内外在地震损伤控制方面的研究进展和现状,指出了当前研究中存在的不足和需要进一步探讨的问题。
论文详细阐述了交错桁架钢框架体系的地震损伤机理和破坏模式,包括地震作用下的应力应变响应、位移时间响应以及塑性铰的形成与发展等。
在此基础上,论文提出了一系列地震损伤控制策略和方法,包括优化结构布局、设置隔震支座、增强关键构件、改进连接方式等。
论文还结合具体算例对所提出的控制策略进行了验证和分析,证明了其在提高交错桁架钢框架体系地震性能方面的有效性和可行性。
钢结构交错桁架中平面桁架施工工法(2)

钢结构交错桁架中平面桁架施工工法钢结构交错桁架中平面桁架施工工法一、前言钢结构交错桁架是一种常用于大型空间结构的桁架结构,具有重量轻、强度高、刚度大等优势。
平面桁架是其一种常见形式,在建筑工程中得到广泛应用。
本文将详细介绍钢结构交错桁架中平面桁架的施工工法及相关内容。
二、工法特点钢结构交错桁架中平面桁架的施工工法有以下几个特点:1. 工序简单:相比其他类型的桁架结构,平面桁架的施工工艺相对简单,施工周期短,适合项目工期紧迫的情况。
2. 施工工艺可控:平面桁架的施工一般按照模块化的方式进行,每个模块的制作和安装相对独立,可根据实际情况进行调整和控制。
3. 适应性强:平面桁架在设计上具有较好的自由度,可以适应不同形状和跨度的空间要求,能够满足多种建筑需求。
4. 维护成本低:平面桁架的设计和施工注重细节,采用合理的工艺措施,可降低后期维护成本。
三、适应范围钢结构交错桁架中平面桁架的施工工法适用于以下范围:1. 大跨度空间:平面桁架适合用于大跨度的建筑,如展馆、体育馆、停车场等。
2. 高要求的建筑:平面桁架由于结构刚度大,能够承受较大的荷载,适用于需要满足较高要求的建筑,如机场航站楼、桥梁等。
3. 工期紧迫的项目:平面桁架的工期较短,适合工期紧迫的项目。
四、工艺原理钢结构交错桁架中平面桁架的施工工法与实际工程之间有着密切的联系,采取了一系列的技术措施以确保施工的成功和稳定。
首先,施工前需要进行详细的工程勘察和测量,确定平面桁架的尺寸和位置,为后续的制作和安装提供准确的数据。
然后,制作工序包括材料采购、材料切割、焊接和热处理等。
这些工序需要按照规范和设计要求进行,确保材料的质量和结构的稳定性。
接下来是安装工序,将制作好的平面桁架按照设计要求进行组装和安装。
在安装过程中,需要注意吊装和定位的准确性,采取适当的支撑和固定措施,确保结构的稳定性。
最后,进行调试和验收工作,包括结构的稳定性检测、连接件的验收和验收文件的整理等。
交错桁架结构的设计

第39卷第3期2007年6月西安建筑科技大学学报(自然科学版)J1Xi.an Univ.of Arch.&Tech.(N atur al Science Edition)V ol.39N o.3Jun.2007交错桁架结构的设计卢林枫1,周绪红2,刘永健1,莫涛3,周期石4(1.长安大学,陕西西安710064;2.兰州大学,甘肃兰州730000;3.湖南大学,湖南长沙410082;4.中南大学,湖南长沙410083)摘要:采用P KP M系列软件和有限元程序SAP2000,分析了钢框架-剪力墙和交错桁架-剪力墙两种结构方案的抗震、抗风性能,以及在满足设计规范前提下的结构用钢量.对比设计结果显示,交错桁架-剪力墙比钢框架-剪力墙用钢量低,纵向框架结构形式对交错桁架的用钢量有一定影响,设计时宜采用剪力墙或支撑体系增强纵向框架刚度.关键词:交错桁架;钢结构住宅;钢结构设计;经济评价中图分类号:T U393.2文献标识码:A文章编号:1006-7930(2007)03-0308-06交错桁架结构是一种理想的住宅结构体系,既能提供较大的建筑空间又具有较好的抗侧力性能.但目前关于高层交错桁架结构与其他结构体系经济性对比的技术数据还主要来自国外研究成果[1],为重点考察交错桁架结构经济性能,对福州市某城市广场工程15层商住酒店式公寓主楼结构方案作对比分析.该公寓主体建筑1~4层长81.6m,5~15层长71.6m,宽16m;1层层高6.5m,2~4层层高5.0 m,5~14层层高3.15m,15层层高3.9m.原设计在对比了矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构和矩形钢管混凝土框架-钢支撑体系两种方案后,用了矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构,框架柱均为箱型600@ 600@12内灌C50混凝土.由于矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构比钢筋混凝土框架-剪力墙结构成本高,所以该项目的拟施工单位委托我们做以交错桁架为主要受力体系的结构方案,以期降低工程的结构成本.本文提出了两种不同柱距的交错桁架-剪力墙、支撑体系结构方案,并且与原矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构方案作了对比分析,着重比较了不同结构方案的技术指标和经济性能.1交错桁架结构设计方案1.14m柱距方案建筑设计方案中公寓楼房间都为4m开间,适合选择4m柱距的交错桁架方案(简称方案一).由于该工程1~4层为商场,建筑要求在这些楼层不能布置桁架,故1~4层仍采用矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构,框架按4m设置柱距,5~15层采用钢结构交错桁架-剪力墙结构.由于交错桁架横向刚度较大,为减小层间刚度的突变,在1~4层局部框架间增设了偏心支撑,平面结构布置见图1.采用小柱距可以增强结构的刚度并使结构传力更加平缓,在减小楼板厚度的同时可以不布置次梁,减轻了上部建筑物的荷载,有利于降低地基和基础成本和提高结构抗震性能.交错桁架体系横向由桁架和剪力墙(支撑体系)承担侧向力结构采用混合式桁架对抗质有利[2],桁架采用5节间桁架形式(见图2),弦杆为250@250@10方管,腹杆为200@200@10方管,空腹节间尺寸由建筑方案的走廊宽度确定,空腹节间可作为结构的耗能机制来改善结构的抗震性能.在纵向,设置H350@120@6@8框架梁,形成4m小柱距框架,而且剪力墙直通向屋面,所以纵向已形成了钢框架-剪力墙结构.*收稿日期:2006-03-24基金项目:国家自然科学基金资助项目(50078021);教育部科学技术研究重点项目(99089);高等学校博士学科点专项科研基金项目(2000053203)作者简介:卢林枫(1972-),男,黑龙江龙江人,副教授,博士,主要从事新型钢结构体系分析与设计方法研究.柱子是交错桁架体系中最重要的构件之一,而且是纵向主要的抗侧力构件.初步计算时,考虑了等截面方钢管(1~4层填充C50混凝土)柱和H 型钢柱两种形式.计算结果表明:由于底部数层的层高较大,为满足抗震设计对楼层侧移的要求,采用H 型钢柱,会增加柱子用钢量.因此,本方案1~4层柱子为箱型400@400@10内灌C50混凝土,5~15层为箱型400@400@14,所有框架梁均采用焊接H 型钢.图1 4m 柱距交错桁架方案Fig.1 S taggered truss schem e of the 4m columnspacing图2 5节间桁架Fig.2 T russ w ith five panels1.2 8m 柱距方案为进一步了解几何参数变化对交错桁架结构经济性的影响,本文又提出8m 柱距交错桁架结构方案(简称方案二).1~4层仍采用矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构体系,框架按照原设计方案8米的柱距设置,局部框架间增设了偏心支撑,而5~15层采用8m 柱距的交错桁架结构体系.由于采用较大的柱距,为配合国内现有楼板厚度需要布置一些次梁,从而增加了钢梁的用钢量,但柱子数量较4m 柱距方案却减少了,该方案的平面结构布置见图3.方案二桁架形式同方案一(图2),但弦杆改为300@300@12方管,腹杆为200@200@10和250@250@10两种方管.1~4层仍为方钢管混凝土柱,箱型600@600@12内灌C50混凝土;5~15层采用了变截面方形钢管柱,由于柱距变大,每榀框架负担的荷载增大,柱子截面在1~10层有所增大,5~10层为箱型600@600@20,11~15层为箱型400@400@14.1.3 结构用钢材牌号上述两种交错桁架结构方案和原矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构方案中所有钢构件材质均为309第6期 卢林枫等:交错桁架结构的设计图3 8m 柱距交错桁架方案Fig.3 S taggered truss schem e of the 8m column spacingQ345B 级钢.材料的各项指标要满足国家标准5低合金高强度结构钢6(GB/T1591)的规定,而且要求强屈比不小于1.2.2 结构分析2.1 分析程序由图1和图3结构平面布置可知,两种方案都属于平面刚度分布不均匀的结构设计[3],根据现行5高层民用钢结构技术规程6(JGJ99-98)[4]的相关条文规定,宜采用空间结构模型计算.结构分析采用国内最常用的设计软件PKPM 系列,STS 钢结构模块用于结构建模和荷载输入,SATWE 空间有限元分析模块用于结构整体计算分析.采用PKPM 软件不需要自己定义单元类型和荷载组合方式,而且对计算结果可直接验算是否满足我国有相关的设计规范.在直接采用设计软件PKPM 设计的同时,也采用了通用有限元计算软件SAP2000做辅助校核.2.2 设计条件和荷载工况根据建筑物所在地的基本自然情况和建筑类型,查得基本风压为0.70kN /m 2,场地为III 类场地土,7度抗震设防,建筑物为乙类建筑.由建筑和结构做法确定的结构设计荷载见表1.在运行SAT WE 模块分析时,荷载工况直接使用SATWE 模块设置的26种荷载组合形式;再采用SAP2000按SAT WE 计算书显示的控制设计的荷载组合形式,人工输入荷载组合系数,作辅助验算.表1 设计荷载T ab.1 Designed load F loo r live load/kN #m -2Floo r permanent load/kN #m -2M ar ket and stair3.5Flat building 2.0Roo fing 2.0First flo or 6.52nd~4th floor 5.0Flat building 5.0Roo fing 6.02.3 PKPM 建模过程1~4层为矩形钢管混凝土框架-剪力墙,在内力和变形计算时,对1~4层内填充混凝土的框架柱,310 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第38卷执行5矩形钢管混凝土结构技术规程6(CECS159:2004)[5]第5.2.2条规定,按规定的抗弯刚度、抗压刚度公式,将矩形钢管混凝土柱等效换算成方钢管柱,将原结构换算成钢框架-剪力墙.2.3.1 构件定义结构建模在PKPM 的ST S 模块中完成,需要定义建模需要的各种构件截面.所有柱子及桁架的竖腹杆以/柱定义0方式确定;桁架的弦杆和框架梁及次梁以/主梁定义0方式定义;桁架所有斜腹杆和支撑按/斜杆定义0方式输入;剪力墙按/墙定义0方式输入.2.3.2 楼层定义由于1~4层结构形式完全一样,建模时只需定义一个结构标准层;而交错桁架每一层由于桁架位置不同,同时为了修改方便,每层交错桁架定义一个标准层.对应于每层桁架所在轴线的位置,依次布置柱子、桁架竖腹杆和本层桁架的上弦杆,而每层桁架的下弦杆是在布置前一层结构时就已经布置完毕.此处的难点在于桁架斜腹杆的布置,斜腹杆需按预先划分桁架节间的轴线点位置确定其倾斜方向.如果斜杆以低标高点向高标高点划线确定,则斜杆第1个节点需要输入其标高相对于本层地面的标高为/00值,而另一个点则需输入相对于本层地面的标高为/10值,意味着这个点的标高和层高相同.其他如荷载定义、楼层组装、楼板输入等过程,大家都不陌生,为节省篇幅,一并省略.2.4 SATWE 特殊构件和关键参数2.4.1 SAT WE 特殊构件处理在STS 模块建完计算模型后,依次完成荷载定义、楼层组装、楼板输入等过程,在进入SATWE 模块的设计和验算过程.由于交错桁架的构件节点具有以下特征:交错桁架体系桁架的腹杆与弦杆的连接以及弦杆与柱子的连接在计算时要按半铰接处理,而桁架弦杆要按连续压弯杆件设计[6].为在PKPM 分析中实现上述节点特性,需要在SAT WE 模块/分析与设计参数补充定义0中选择/特殊构件补充定义0菜单,对各个标准层桁架弦杆、竖腹杆进行处理.弦杆与柱子的半铰接是通过将与柱子相连节间的弦杆,定义为/一端铰接0的/特殊梁0来实现的.竖腹杆需要将其定义为/两端铰接0的/特殊柱0来完成的.由于斜腹杆在SATWE 模块中已经默认为是/两端铰接0的二力杆件,此处不需另外定义.2.4.2 SAT WE 关键设计参数选择在菜单/分析与设计参数定义0中,对一些关键参数作如下选择:¹/结构规则性信息0选择/不规则0;º考虑双向水平地震作用和偶然偏心;»交错桁架结构的墙体采用轻质墙体,周期折减系数取值0.95;¼钢梁为不调幅梁,负弯矩调整系数取1.0,考虑楼板组合效应后的钢梁刚度放大系数按5高层民用钢结构技术规程6(JGJ99-98)规定,中梁刚度放大系数取1.5,边梁刚度放大系数取1.2.2.4.3 SAT WE 关键计算参数控制PKPM 程序根据结构的特点,按照5钢结构设计规范6(GB50017-2003[7]和5高层民用建筑钢结构技术规程6(JGJ98-99)中所给公式对钢构件进行截面整体稳定、局部稳定和强度、刚度的验算;按5混凝土结构设计规范6(GB50010-2002)[8]对剪力墙进行配筋和验算.设计时柱子轴压比限值取为0.8,柱子应力比限值取为0.90;而桁架弦杆和梁应力比限值取为0.95;桁架腹杆和支撑应力比限值取为1.上述处理方式,可以保证结构在遭遇强震时,构件破坏次序为:桁架腹杆和支撑y 梁y 柱,体现多道结构抗震防线的设计理念.余下步骤就是结构分析、截面配筋设计与验算,以及分析结果的后处理.检验结构设计是否满足设计规范的要求.如不满足,需重新设计构件,再运行前述各个过程.2.5 SAP2000辅助验算辅助验算采用了通用有限元计算软件SAP2000,Frame 单元模拟框架柱、梁、桁架和支撑的受力特性.楼板则采用能够同时考虑平面内外荷载和变形的四点空间板壳Shell 单元模拟,地震作用采用振型分解反应谱法计算.观察两种计算软件的对比计算结果,发现二者的结果相差不到10%,SA TWE 的计算结果更保守一些,所以提供的计算数据均为SATWE 的计算结果.三种结构方案的一些技术指标数据和用钢量如311第6期 卢林枫等:交错桁架结构的设计表2所示.表2结构分析结果T ab.2Results of s tr uctural analysisScheme name F undamentalperiod/sT he lar gest later al sto ry-dr iftang le under ear thquakeT he larg est lateral stor y-driftang le under w indsteel co nsumpt ion/kg#m-2P rimar y scheme 1.78081/9561/124575 Scheme1 2.5321/8561/76745Scheme2 1.4571/12601/1767603方案评价3.1技术指标评价原设计方案在弹性设计阶段,结构基本周期为T1=1.7808s,其他数据指标也基本反映了钢框架-剪力墙结构侧移刚度较大的特点,但用钢量也较大.而方案1采用4m柱距的交错桁架,在用钢量显著降低的同时,结构基本周期提高显著,结构抗震性能得到了明显改善.方案2采用8m柱距的交错桁架,结构侧移刚度得到显著提高,甚至高于原方案结构的侧移刚度,用钢量较方案1有所增加,但仍低于原方案.3.2经济指标评价(1)自重轻节约基础成本.一般高层钢结构自重约为混凝土结构自重的1/2~3/5,结构自重可降低40%以上.交错桁架结构自重较普通钢框架-剪力墙更轻,可以使基础的造价降低,尤其在南方软土地区结构自重降低40%后,基础造价的降低幅度则更为明显.(2)增加建筑使用面积.与钢筋混凝土材料柱子相比,钢结构柱截面面积小,其外轮廓面积仅为钢筋混凝土柱的1/3,从而可增加建筑有效使用面积.高层建筑中,钢柱的截面面积占建筑面积的3%左右,而混凝土柱的截面面积占建筑面积的7%~9%[9].(3)工期短.钢结构的施工速度约为混凝土结构施工速度的1.5倍.结构施工周期的缩短,可使整个建筑更早投入使用,缩短贷款建设的还贷时间,从而减少借贷利息.假设本项目投资回收期为三年左右,采用钢结构比采用混凝土可以提前半年使用,则近似地相当于采用钢结构比采用混凝土结构节省投资18%[9].(4)套用福建省概(预)算定额对方案1的结构成本作了概算,该方案的结构概算成本约为1330元/m2,高于钢筋混凝土框架-剪力墙结构方案1000元/m2的概算.但这一价差会因前述3条优点得到一定的补偿,从而提高了工程的综合经济效益.例如,该项目销售价格均价为5000元/m2,按最低增加建筑面积4%计算,此项就相应对结构成本补偿了200元/m2.4结论(1)对于越来越普遍的商住写字楼或酒店式公寓,采用交错桁架与剪力墙或支撑体系组成受力结构,可以收到令人满意的效果.(2)交错桁架体系的纵向刚度弱于横向刚度,要保证纵向层间位移角满足规范要求,宜设置剪力墙或支撑体系来增加刚度,减小位移.这也说明,交错桁架体系中,不宜在纵向采用纯刚性框架作为主要抗侧力体系,否则会增加结构成本.(3)通过两种柱距交错桁架方案对比,交错桁架体系在设计某种特定功能建筑(办公、公寓)时,应该存在一个经济柱距,使结构在满足设计规范要求的同时可以获得最优的结构成本.(4)钢管混凝土柱可以作为交错桁架柱子的主要形式之一,尤其是在高层交错桁架建筑,其经济性明显优于传统的工字形截面钢柱.(5)如果采用矩形钢管混凝土柱,而桁架也采用矩形钢管混凝土桁架,则构成的矩形钢管混凝土交错桁架又是一种值得研究和推广的新型结构体系.312西安建筑科技大学学报(自然科学版)第38卷参考文献 References[1] COH EN M P Cohen.Desig n so lution utilizing the stagg ered steel tr uss system[J].Eng ineering Jo urnal,A ISC,1986(3):79-106.[2] 周秀月,苏明周,胡天兵,等1钢结构混合是交错桁架体系的横向合理结构布置探讨[J]1西安建筑科技大学学报:自然科学版,2006,38(3):415-419.ZH OU Xiu -yue,SU M ing -zho u,HU T ian -bing ,et al.Study on the r atio nal str uctur al transver se lay out of steel st ag -ger ed truss system with composite truss[J].J.Xi p an U niv.of A rch.&T ech.(N atur al Science Edition),2006,38(3):415-419.[3] L IN F L ,Q IA NG G,M ING Z S.T o rsion Effect Evaluat ion of the Stag ger ed T r uss Steel F raming [C].//P roceeding sof the N inth International Symposium on Structural Eng ineer ing fo r Y oung Ex pert s,2006:252-257.[4] JGJ99-98,高程民用建筑钢结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,19981JGJ99-98,T echnical specificatio n fo r st eel str uctur e of tall buildings [S ].Beijing:China Ar ctechture&Building P ress,1998.[5] CECS159-2004,矩形钢管混凝土结构技术规程[S].北京:中国计划出版社,20041CECS159:2004,T echnical specificatio n fo r str uctures w ith co ncr et e -f illed rectangular steel t ube members[S].Be-i jing :China Planning Press,2004.[6] N eil Wex ler,Feng -Bao L in .Steel Design Guide Series 14:Stag g er ed T russ F raming Systems[S].A ISC,2002.[7] GB50017-2003,钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社,20031GB50017-2003,Co ld for desig n o f st eel structures[S].Beijing :China Planning P ress,2003.[8] GB50010-2002,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.GB50010-2002,Co ld for desig n o f co ncr ete st ructur es[S].Beijing:China A rctechture&Building Press,2002.[9] 李国强.多高层建筑钢结构设计[M ].北京:中国建筑工业出版社,2004.L I Guo -qiang.M ulti and T all Steel Buildings Desig n [M ].Beijing :China Ar ctechture&Building Pr ess,2004.Design of staggered truss structureL U L in -f eng 1,ZH OU X u -hong 2,L I U Yong -j ian 1,MO T ao 3,ZH OU Qi -shi 4(1.Chang p an U niv ersity ,Xi p an 710064,China;2.L anzhou U niversity,Lanzho u 730000,China;3.H unan U niv ersity ,Chang sha 410082,China;4.Central South U niversit y,Changsha 410083,China)Abstract:P KP M p s series so ftwar e and finite -element prog ram SA P2000,the behavio r of aseismic and r esist ance t o wind o f steel frame -shear w all st ruct ur e w it h stag ger ed truss -shear w all st ructur e are ado pted in ana lyzing the steel mater ial quantity o f each structure scheme under satisfying design co de.T he co ntrastie desig n r esults sho w that the steel consum p -t ion of stag ger ed tr uss -shear wa ll str ucture is lo wer than that o f the steel frame -shear wall structure,and the long itudinal frame structure for m may affect t he steel consumptio n to t he stagg ered truss.T he desig ner is advised to ado pt shear w all or br acing system to str eng then long itudinal frame stiffness.Key words:s tag ger ed tr uss ;s teel str uctur e hous e;steel str uctur e des ign;economical estimation313第6期 卢林枫等:交错桁架结构的设计*Biography:LU Lin -feng,Ph.D.,Xi p an 710064,P.R.China,Tel:0086-29-82337399,E -m ail:54LLF@。
高层钢结构框支交错桁架结构破坏模式

03
破坏模式分类及原因分析
整体失稳破坏
总结词
整体失稳是指整个结构体系在受到外力作用后,无法保持稳定平衡状态,从而发生连续倒塌破坏的现 象。
详细描述
高层钢结构框支交错桁架结构在受到地震、风载等外部作用力时,可能由于结构体系本身的缺陷或设 计不当等原因,导致整体失稳破坏。整体失稳破坏通常伴随着明显的变形和扭曲,结构构件的承载能 力不足或失效,是高层钢结构框支交错桁架结构破坏的主要模式之一。
设计和施工要点
设计和施工是框支交错桁架结构 的关键环节,需要充分考虑结构 的受力特点、稳定性和施工可行
性等因素。
设计时需要精确计算和分析结构 的力学性能,选择合适的材料和 截面尺寸,以确保结构的安全性
和经济性。
施工时需要采取合理的安装方案 和措施,保证结构的精度和质量 ,同时需要注意施工过程中的安
06
参考文献
参考文献
• 文献1:该文献研究了高层钢结构框支交错桁架结构的破坏模式,并对其进行了详细的分析。作者指出,这种 结构的破坏模式主要表现为整体失稳和局部失稳两种形式。其中,整体失稳主要表现为整体结构向一侧倾斜或 出现明显的弯曲变形;局部失稳则主要表现为某些构件或连接部位的断裂或屈服。该文献还对破坏模式的影响 因素进行了深入探讨,包括材料性能、结构形式、荷载条件和支承方式等。
• 文献2:该文献对高层钢结构框支交错桁架结构的破坏模式进行了数值模拟和实验研究。通过建立精细化模型 ,模拟了结构的承载过程和破坏形态。实验研究则通过实际加载试验,验证了数值模拟结果的可靠性。研究表 明,这种结构的破坏模式与构件的连接方式和构造细节密切相关。一些关键部位的连接方式对结构的整体稳定 性影响尤为显著。
节点及连接破坏
总结词
全装配式钢交错桁架结构施工工法

全装配式钢交错桁架结构施工工法全装配式钢交错桁架结构施工工法一、前言全装配式钢交错桁架结构施工工法,是一种高效、安全的建筑施工方法。
它采用工厂化生产和现场装配相结合的方式,通过模块化的制造和装配过程,将交错桁架结构迅速铺设完成,大大提高了施工效率和质量。
二、工法特点1. 迅速高效:该工法通过提前制造所有构件,在现场进行快速组装,大大缩短了施工周期,提高了施工效率。
2. 质量可控:由于构件在工厂中制造,可以进行全面的质量控制,确保了结构的稳定性和安全性。
3. 灵活多变:以标准化和模块化为基础,根据实际需求进行组装,适应各种复杂的施工环境和结构要求。
4. 环境友好:由于工厂化生产,减少了现场的噪音、粉尘和废料产生,对环境造成的影响较小。
三、适应范围全装配式钢交错桁架结构施工工法适用于各类建筑结构,尤其适用于大跨度、高挑战性的项目,如大型体育场馆、机场候机楼等。
四、工艺原理该工法的施工工法与实际工程之间的联系主要在于构件的制造和装配过程。
在工厂中,构件按照图纸进行制造和加工,确保每个构件的精度和质量。
然后将构件运到现场,通过组装形成交错桁架结构。
在实际应用中,需要采取适当的技术措施,例如采用模数化设计,优化施工过程,以确保施工工法的实际应用效果。
五、施工工艺施工工艺主要包括以下几个阶段:1. 基础施工:根据设计要求,对基础进行施工和加固,确保基础承载能力。
2. 模块化制造:在工厂中进行构件的制造和加工,包括切割、焊接和热处理等工艺。
3. 运输和吊装:将制造好的构件运输到现场,并通过吊装设备将构件吊装到指定位置。
4. 桁架组装:按照设计要求,对桁架进行组装,包括焊接、螺栓连接等工艺。
5. 防腐处理:对施工完成的交错桁架结构进行防腐处理,提高结构的耐久性。
6. 后续工序:根据具体项目需求,完成后续工序,如内部装修、外立面处理等。
六、劳动组织施工过程中,需要建立合理的劳动组织,明确各个工序的责任和任务分工。
钢结构混合式交错桁架体系的横向合理结构布置探讨

系 和静 力计算 方 面. 震分 析方 面则 开 始稍 晚 , paR P l 1 7 抗 Gu t 在 9 2年首 次对其 在 地震 作用 下 的弹性 和 L
例 的弹性 反 应谱 分 析和 时程 分析 及静 力 弹塑性 P HOVE US R分 析 , 其抗 震性 能进 行 了初 步评 价. 对 体系 的布局 对 结构抗 震 性能 的影 响方 面 , 目前 还没 有见 到系 统 的参数 研究 . 本文 通 过反 应谱 法和 时 程分 析法对 多个 混合 式交 错 桁架 体系 的横 向布 置进 行 了参数 分析 , 中 、 层交 错桁 架体 系 的建 筑物 高 对 高 宽 比、 架 高跨 比、 向支 撑形 式 和阻 尼 比等对 结构抗 震 性能 的影 响进 行 了探讨 . 桁 横 因仅考 虑横 向性 能 , 结 构纵 向仍采 用纯 框架 形式 , 过与 纵 向加设 支撑 的算 例 比较 , 通 可知 纵 向结 构 布 置 对横 向性 能 影 响很 小 . 参 数分 析结 果表 明 :1 混 合式 交错 桁架 体 系薄 弱层位 于底 层 ;2 结 构层 间侧 移 角随 高宽 比的增大 而增 () () 大, 但均 能满 足抗震 规 范 的要求 ;3 合理 的桁 架 高跨 比在 1 5 右 ;4 改变底 部斜 撑 为风 撑 、 强 横 向 () /左 () 加 支撑 等措 施可 以有 效地 减 小结构 最 大层 间侧 移角 ;5 阻 尼 比对 其 层 间侧 移 角有 较 大 影 响 , 高 阻尼 比 () 提 到 0 0 , 构 的层 间侧 移 角有 较 大幅度 的 降低等 n 研 究结 果可 供规 程制 订 和工 程设计 参考 , . 5结 . 以促进 这
钢结构交错桁架体系的高等分析

钢结构交错桁架体系的高等分析屋面板楼面板楼面板柱 柱柱H H H HH H H H HR=2HD/L R R R 2R2R V=2H V=6H V=2H V=4H V=4H V=6HV=2H V=2HLD钢结构交错桁架体系的应用美国纽约的Clayton停车场公寓总层数为11层,桁架跨度为60英尺(18.28米),楼板采用10英寸(254毫米)厚的混凝土楼板;美国康涅狄格州Marriott旅馆总层数为24层,楼板采用8英寸(203.2毫米)厚的预应力混凝土楼板;美国拉斯维加斯Aladdin饭店总层数为38层,桁架高度为9英尺,跨度为63英尺4英寸,桁架空腹节间的长度为9英尺7英寸,楼板采用8英寸厚的混凝土预制板;加拿大的虹谷旅馆,建筑平面为52米×17米,地上24层采用钢结构,桁架跨度为16.52米,层高为2.8米;韩国Shangrila旅馆,地上41层,桁架跨度为20.6米;另外,美国加利福尼亚的Sierra Point旅馆,纽约的Tower on the Park,新泽西州的Riverview Senior Housing等建筑中均采用了交错桁架结构体系。
周绪红教授带领的课题组对1个14层交错桁架结构的缩尺模型(缩尺比例为1:8)进行试验,以考察交错桁架结构的荷载-位移曲线、极限承载力、应变分布、延性以及结构的最终破坏形态。
由兰州大学主编的《交错桁架钢结构体系技术规程》即将完稿。
钢结构交错桁架体系的高等分析方法影响结构性能的主要因素可分为两类:1.几何非线性;2.材料非线性。
几何非线性影响主要有:二阶效应和几何缺陷。
材料非线性影响主要有:构件截面的塑性发展和残余应力。
高等分析方法是一种比较精确的结构整体二阶弹塑性全过程分析方法。
它充分考虑了几何非线性、材料非线性和几何缺陷等影响结构稳定性和极限承载力的重要因素,直接考虑构件之间的相互作用,能够描述结构系统的非弹性内力重分布,能够比较真实地反映结构在荷载作用下的内力和变形状态,准确评估结构的极限承载力和破坏模式算例1:某混合交错桁架结构建筑,层数为六层,层高为3m,房屋总长度为42m,柱距为6m,跨度为12.5m,柱子采用HW300×300×10×15的H型钢,弦杆采用HM300×200×8×12的H型钢,竖腹杆采用工字钢I25a,斜腹杆采用角钢2L125×8,楼层荷载设计值为7.2KN/m2,从结构中取一榀横向框架,分别运用本文介绍的改进塑性铰法和ANSYS计算的轴力如下图所示,图中括号内为运用ANSYS分析的结果,轴力单位为KN结论:由图可知,运用本文介绍的改进塑性铰法计算的交错桁架结构体系的轴力与ANASYS计算的轴力二者相差很小。
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交错桁架钢结构体系应用技术研究与示范目录1概述 (1)1.1序言 (1)1.2交错桁架应用现状 (2)1.2.1起源 (2)1.2.2特点 (2)1.2.3典型应用案例 (3)1.2.4相关技术标准 (4)1.3国内外研究现状 (4)1.4本项目研究背景及研究内容 (6)2交错桁架结构体系分析 (7)2.1交错桁架简介 (7)2.1.1交错桁架的组成 (7)2.1.2建筑上的特点 (8)2.2交错桁架结构体系的受力性能特点 (10)2.2.1在竖向荷载作用下的受力性能特点 (10)2.2.2在水平荷载作用下的受力性能特点 (10)2.3构件与节点设计 (12)2.3.1柱的设计 (12)2.3.2桁架的设计 (12)2.3.3节点设计 (14)2.4新型简化计算模型的提出与分析 (16)2.4.1水平交叉支撑模型的提出 (16)2.4.2水平交叉支撑模型在水平荷载计算时的适用性 (18)2.4.3水平交叉支撑模型在竖向荷载计算时的适用性 (22)2.4.4结论 (26)2.5本章小结 (26)3关键应用技术研究 (27)3.1提高结构纵向刚度的新型方案 (27)3.2提高桁架弦杆局部抗弯承载力的方法 (30)3.3柱-桁架全螺栓节点 (33)3.3.1节点的提出 (33)3.3.2有限元分析 (35)3.3.3对现有规范中节点板公式的建议 (38)3.4减小端斜腹杆截面尺寸的方法 (39)3.5本章小结 (42)4重要参数分析 (43)4.1层数 (43)4.2柱距 (45)4.3跨度 (46)4.4层高 (48)4.5节间数 (49)4.6本章小结 (49)5示范工程 (51)5.1柯北宿舍楼项目简介 (51)5.2结构设计 (52)5.2.1结构布置 (52)5.2.2设计依据 (55)5.2.3设计基本条件 (56)5.2.4结构计算 (58)5.2.5主要计算结果 (60)5.3施工工况分析 (75)5.4施工技术措施 (78)6结论 (83)参考文献 (84)1概述1.1序言据中国钢结构协会资料表明,我国钢产量自1996年以来稳居世界第一位。
2013年我国钢产量达到7.79亿吨,占全球产量的48.5%,2014年增至8.02亿吨,产能严重过剩,市场供大于求。
目前,我国建筑钢结构用钢量约仅占钢产量7%左右,而发达国家建筑钢结构用钢量要占钢材产量的10%以上,美国、日本等国家更达到30%以上。
近年来,国家及各地方政府相继出台政策以鼓励建筑业转型升级。
从2013年至今,中央及各地方政府职能部门相继出台若干指导性意见、政策与实施条例,大力推动“预制装配式的建筑工业化”。
建筑业向新型建筑工业化模式转型,走建筑工业化的发展道路,这一点已在行业内达成共识。
积极推广钢结构建筑,可有效化解钢铁产能过剩的矛盾,促进钢结构行业健康发展。
近些年,国家相关部门也相继出台政策,积极推进建筑工业化,并大力发展钢结构建筑。
在国家推进新型建筑工业化的大背景下,各地建筑企业也在积极研究企业的转型升级问题,并加大了对预制构件、工业化建筑体系、建筑产品以及工业化建造技术等方面的研发投入。
近几年,已陆续有相应成果产生,并投入生产和工程应用,地方标准及行业标准也相继出台;但这些研发成果和技术标准主要以预制装配式混凝土(PC)建筑为主,且主要针对于住宅建筑。
但对学校、医院、商务办公及公寓旅馆等同样有着巨大市场需求的公共建筑,目前则鲜有建筑工业化方面的研究,在建筑工业化方面的成果亦少之又少,这应该引起相关部门足够重视。
事实上,学校、医院、商务办公及公寓旅馆建筑一般都较为规整,更适合推广工业化建造方式,而且这类建筑人口集聚密度大,采用工业化建造,可以实现非常可观的节能效果。
本项目基于交错桁架钢结构体系,通过对国内外研究成果的消化吸收和自主研发,开发出一种能够推广应用于学校、医院、商务办公、宿舍及宾馆公寓旅馆等平面狭长且具有内廊的多、高层建筑的高性价比、高装配化的工业化结构体系,并将该结构体系应用于示范项目中。
1.2交错桁架应用现状1.2.1起源交错桁架体系起源于上世纪六十年代的美国,由麻省理工学院开发[1],目的是为多、高层旅馆、公寓等高而窄的建筑提供更经济的结构形式,该体系最早应用于1967年在明尼苏达圣保罗建造的一栋16层的老年公寓。
交错桁架结构体系具有经济性好,施工效率高,适合工业化方式建造等优势,如今在美国、加拿大、澳大利亚等国家普遍应用,且主要应用于公寓、宾馆及办公等建筑。
2002年,美国钢结构协会(AISC)出版的规范《Steel Design Guide Series 14: Staggered Truss Framing Systems》中,已将钢结构交错桁架体系视为一种高效、经济而且施工快速的新型结构体系。
我国目前尚无关于钢结构交错桁架体系的工程案例,本课题中的柯北宿舍楼项目为国内首个应用交错桁架钢结构的项目。
1.2.2特点交错桁架结构体系[2]如图1-1所示,结构主体由纵向外围布置的柱子和横向布置的平面桁架组成;柱布置在结构外围,中间无柱,在纵向由钢梁相连;平面桁架隔跨、错层布置,其跨度等于建筑物的全宽,其高度一般为建筑层高,平面桁架与柱子铰接连接;楼板一端支承在下一层平面桁架的上弦杆上,另一端支承在上一层桁架的下弦杆上。
图1-1 钢结构交错桁架结构体系1.2.3典型应用案例案例1:Resorts International Hotel, Atlantic City, 1986.美国大西洋城的国际旅游饭店(图1-2),43层,128m高,横向跨度为21.35m。
1-4层为餐厅、商店,1200间客房,建筑面积10.4万平方米,总投资2210 万美元,1985年3月动工,1986年3月竣工,是目前世界上最高的交错桁架建筑。
初步设计阶段采用了4个方案,4个方案的造价之比为:钢框筒结构:混凝土框筒结构:混凝土框架-剪力墙结构;交错桁架结构= 1.40:1.10:1.25:1.0。
图1-2 Resorts International Hotel, Atlantic City, 1986案例2:Aladdin Hotel, Las Vegas, 2000.美国拉斯维加斯的阿拉丁酒店(图1-3),38层,2600间客房,总投资额12亿美元。
采用交错桁架体系后,主体结构造价节省额超过450万美元,节约工期120天,间接降低成本2.4亿美元(该饭店每天营业收入200万美元)。
该工程从1998年3月旧建筑物拆除动工,2000 年11月竣工。
图1-3 Aladdin Hotel, 38 storys, LasVegas, 20001.2.4相关技术标准2002年,美国钢结构协会(AISC)针对钢结构交错桁架体系出版了规范《Steel Design Guide Series 14: Staggered Truss Framing Systems》。
国内第一本关于钢结构交错桁架体系的设计标准“《交错桁架钢框架结构技术规程》CECS 323: 2012”已于2012年颁布;另外,行业标准“《交错桁架钢结构设计规程》JGJ/T 329-2015”将于2015年12月1日起实施,这为钢结构交错桁架体系在我国的工程应用及推广提供了前提;此外,上海市《轻型钢结构技术规程》中也有对钢交错桁架结构的设计规定。
1.3国内外研究现状William LeMessurier[3]是交错桁架的提出者,他首先提出了交错桁架在横向可以看成有支撑的框架,在纵向可以看成无支撑的框架,并对纵横两方向柱子的计算长度进行了研究。
Taranath[4]系统研究了交错桁架的受力特点,对交错桁架中各构件的常规设计方法进行了介绍。
John B.Scalzi[5]分析了交错桁架在水平荷载和竖向荷载作用下楼板、柱和桁架的传力方式和受力特点,认为在竖向荷载下,荷载从楼板以集中力形式传递到桁架上下弦杆。
Raj P.Gupta[6]进行了交错桁架在地震荷载下受力特性的研究,认为在地震作用下,交错桁架相邻两榀框架可以协同作用,结构中的刚性楼板可以用刚性链杆代替。
Robert D.Hanson[7]对交错桁架的抗震设计进行了一些研究,认为交错桁架结构体系具有良好的耗能能力和变形能力,在设计考虑延性时应注意楼层延性和构件延性有明显差异。
国内学者对交错桁架结构也进行了一些研究。
周绪红等[8]研究了交错桁架结构的静力特征,分析了结构布置形式对结构受力的影响。
针对交错桁架结构在水平荷载下的内力和侧移计算,周绪红等[9]也提出了把结构中的楼板等效为与横向框架铰接的链杆,建立了构建内力、层间位移和楼层侧移计算的平面协同分析模型。
此外,针对交错桁架结构的抗震性能,周绪红等[10]也进行了相关研究,研究发现交错桁架结构在强震下,且有大量塑性铰发展的情况下,结构刚度退化不明显,结构体系变形能力较强,具有良好的抗震性能。
卢林枫等[11]研究了交错桁架结构中的节点构造对结构内力和变形的影响,并给出了节点构造详图和工程设计建议。
许红胜等[12]给出了交错桁架结构体系构造特点和主要连接构造的详细说明。
王涛等[13]研究了钢结构交错桁架中楼板的计算分析处理,通过SAP2000、ETABS、PKPM三种结构设计软件计算分了同一个交错桁架结构,得出在软件分析中假定楼板为刚性楼板是合理的结论。
左茂荣等[14]分析了交错桁架结构体系楼板和桁架的共同作用的性能,提出了楼板与桁架共同作用理论分析方法。
周绪红等[15]通过对某工程分别采用交错桁架结构和钢框架结构方案进行分析对比,初步得出了交错桁架结构体系可以大幅降低结构材料用量,提高结构的经济性的结论。
目前对交错桁架在结构方面的研究已经比较完备,但对交错桁架结构配套的技术如楼板、外墙板、桁架处墙体做法尚缺乏研究,而且对交错桁架的经济性分析较少,这些都影响了该体系的推广。
1.4本项目研究背景及研究内容本项目来源于国家住建部课题《基于钢结构交错桁架体系的成套工业化技术开发》。
浙江绿筑建筑系统集成有限公司针对交错桁架钢结构体系在国外先进经验的基础上,结合国内的研究现状,通过对已有成果的消化吸收和公司自身以及与高校及科研院所合作开展的相关研究,掌握了交错桁架钢结构体系的设计应用技术,在交错桁架结构的设计方法、结构布置、构造、经济性分析等方面进行了深入的研究,建成了国内首个交错桁架钢结构的示范工程。
2交错桁架结构体系分析2.1交错桁架简介2.1.1交错桁架的组成交错桁架结构体系的基本组成是:楼板、平面桁架、纵向的柱子和钢梁。
柱子仅在房屋周边布置,可采用钢管柱或钢管混凝土柱。
桁架高度与层高相同,跨度与建筑物宽度相同,桁架两端支承在房屋纵向边柱上。