目錄摘要11. 純鋼框架結構體系1
1.1 純鋼框架結構體系概述1
1.2 純鋼框架結構體系的設計要求1
1.3 純鋼框架結構體系的優缺點2
2. 鋼框架體系—支撐體系2
2.1中心支撐框架體系5
2.1.1中心支撐框架體系概述5
2.1.2設計原則5
2.1.3中心支撐鋼框架的支撐桿件設計分析6
2.2偏心支撐框架體系7
2.2.1偏心支撐框架體系概述7
2.2.2偏心支撐鋼框架的支撐桿件設計分析8
2.3鋼框架—支撐結構體系的優缺點8
3. 鋼框架—剪力牆體系9
3.1鋼框架—剪力牆體系概述9
3.1.1鋼框架—混凝土剪力牆體系9
3.1.2鋼框架—帶縫混凝土剪力牆體系9
3.1.3鋼框架—鋼板剪力牆體系9
3.2簡化分析方法10
3.2.1不設加勁肋鋼板剪力牆的設計分析10
3.2.2設有縱向和橫向加勁肋鋼板剪力牆的設計分析10
3.2.3內藏鋼板支撐剪力牆的簡化分析方法11
3.2.4帶豎縫混凝土剪力牆的設計分析12
3.3鋼框架—剪力牆體系的優缺點13
4. 鋼框架—混凝土筒體(剪力牆)的混合結構體系13
5. 錯列桁架結構體系14
6. 輕鋼龍骨結構體系15
許振東（浙江大學建築工程學院，21412148）
摘要：高層建築鋼結構豎向荷載的作用是次要的，水平荷載(如風載、**荷載)的作用則成為主導地位。在多高層建築鋼結構設計中，作為主要抵抗水平荷載作用的抗側力體系是最為關鍵的環節，本文主要對抗側力體系中的部分結構體系做概要性質的綜述。
關鍵詞：鋼結構；抗側力體系
1.純鋼框架結構體系
1.1純鋼框架結構體系概述
建築鋼結構框架體系是多層鋼結構住宅最常見的結構體系之一，它將梁柱構件剛接，依靠梁柱受彎來承受豎向荷載和水平荷載。該體系的基本構成與鋼筋混凝土結構基車相同，由水平方向的粱和垂直方向的柱通過同性節點連線而成。這種結構體系通過結構構件的抗彎剛度來抵抗側力的作用。
這種體系的主要特點在於：傳力路線明確，建築平面布置靈活，可以做成大開間，充分滿足建築布局上的要求，製作安裝簡單；但抗側移剛度小。因此，基於抗震驗算要求，其建造樓層一般不宜超過30。
柱子可以採用軋制或焊接工字鋼、方鋼管、圓鋼管或冷彎型鋼組合截面，也可以採用鋼管混凝土。
1.2純鋼框架結構體系的設計要求
鋼結構框架體系與混凝土框架結構體系均屬於柔性結構體系，受層間位移的限制，層問位移主要取決於梁柱剛度，因而在設計中起到控制作用的是結構的剛度。在側向力作用下，節點域在非彈性變形階段會引起很大的塑性變形，導致節點過早破壞，起不到節點耗能的作用。
結構的抗側能力，我國現行《鋼結構設計規範》(gb50017-2003)要求控制強柱弱梁，加強節點構造措施，因而節點設計較複雜且成關鍵因素。為了實現強柱弱梁的設計概念，使塑性鉸出現在樑端而不是柱端，《高層民用建築鋼結構技術規程》(jgj99-98)第633條給出了柱截面的塑性抵抗矩和梁截面的塑性抵抗矩應滿足的條件式：
式1.2.1
在罕遇**作用下不可能出現塑性鉸的部分，框架柱應滿足：
式1.2.2
式1.2比較容易滿足，式1.1往往難以得到普遍滿足．特別是在由鋼框架結構組合而成的框筒或筒中簡結構體系中更是如此。
若為此加大柱截面，使工程的材料耗用指標增加較多，是很不經濟的。不過在多遇**作用下，鋼框架體系側向位移較小，因抗側剛度小。由可知結構自振頻率小。
又式1.2.3
式1.3為動力係數，是結構最大動位移與最大靜位移的比值。(其中目為**荷載頻率)。這樣遠大於1，即小，結構的動力反應小振幅小，對**作用不敏感。
1.3純鋼框架結構體系的優缺點
優點:平面布置靈活，各部分剛度均勻，安裝製造都很簡單，施工速度快。
自重輕，延性好，具有良好的耗能效能，不易產生應力集中。
易與其它形式結合，以滿足結構上的需要。
缺點:純框架結構較柔，彈性剛度較差，為了控制彈性層間位移，有時必須採用超過承載要求的梁、柱截面，同時節點需要採用剛接或者半剛接，這不僅使節點的構造相對複雜，且屬於單一抗側力體系，在**時可能會產生較大的破壞。2023年美國的諾斯里奇**、2023年日本的阪神大**都說明了這一點。
於框架結構存在以上的特點，低層鋼結構住宅建築應用框架結構的比較普遍。在框架技術成熟的基礎上，建造多層鋼結構住宅主要在於如何進一步提高體系的配套性和輕質高效性等，從而增加結構的綜合經濟效益。
2.鋼框架體系—支撐體系
鋼框架—支撐結構體系是由純框架體系變化而來，即在框架體系中部分框架柱之間設定豎向支撐，形成支撐框架，屬於雙重抗側力結構體系。這種體系借助支撐來承受水平力和提供側向剛度。支撐框架是第一道防線，框架是第二道防線，支撐框架中的豎向支撐產生屈曲或破壞後，由於支撐斜桿一般不承擔豎向荷載，所以不影響結構承擔豎向荷載的能力，不致危及結構的基本安全要求。
常在鋼框架中沿房屋進深方向布置鋼支撐，或沿房屋進深和縱向布置，有時還可以連線成支撐芯筒，以此獲得較大的抗側移剛度。支撐承受水平力和提供側向剛度，它一方面作為支撐構件可以防止框架柱的失穩，另一方面它還要承擔風力、**力等其它水平荷載。當房屋較高時，它比純框架來得經濟，比較適用於7～15層的住宅，適用於小震或中震作用，抗側移剛度足以承受側向水平力。
支撐框架主要可分為中心支撐框架、偏心支撐框架和內藏鋼板支撐剪力牆結構體系
2.1中心支撐框架體系
2.1.1中心支撐框架體系概述
中心支撐框架主要是利用支撐的變形來耗能。這種框架在彈性階段剛度大，很容易滿足規範對結構層間位移的限值要求，但在強震作用下，支撐中的受壓桿件易受壓屈曲，導致整個結構體系的承載力下降，並引起較大的側向變形。由於延性和耗能力小，支撐受壓屈曲後易使結構喪失承載力而破壞。
作為支撐的形式有很多種，x型、人字型、倒人字型、w型、倒w型、門式、單斜桿型、八字型等都很常見。x形、人字形等中心支撐(見圖2.1.
2)具有很大的抗側剛度和水平承載力，用於多、高層建築的抗風是十分有效的。這種結構體系具有很好的抗震效能，在高烈度**區，這種結構體系能夠承受小震以及中等烈度的**，所導致的側向水平力，因為具有良好的延性和耗能能力，在強震作用下表現其優勢。
圖1中心框架支撐體系
2.1.2設計原則
圖2.1.2弱梁中心支撐框架破壞過程
由圖2.1.2可知，弱梁中心支撐框架的破壞始於受壓支撐桿件的失穩，然後框架梁出現塑性鉸，原來受拉的支撐在下半個荷載迴圈時變成受壓而發生失穩破壞；而對於強梁中心支撐框架，破壞的僅僅只有支撐桿件。
這對於支撐框架的抗側力是有幫助的。
中心支撐鋼框架設計時應遵循以下原則:
框架梁不能過早發生屈服和破壞。
在確定支撐構件的節點尺寸時，必須保證支撐能夠承受可能出現的最大荷載以便支撐在**時和**過後均能發揮作用。
應保證柱在**時和**後均處在彈性階段以保持框架承受豎向荷載的能力，因此柱必須足以承受**時可能出現的最大軸向荷載，並確保在彈性工作階段。
框架梁應有足夠的剛度，使其在受壓支撐屈曲之後橫樑不至於彎折。在確定框架梁的截面時，不考慮豎向荷載作用下支撐的支點作用。
2.1.3中心支撐鋼框架的支撐桿件設計分析
中心支撐鋼框架的設計應從支撐桿件入手。選擇支撐桿件必須保證能夠承受由於**作用e、豎向荷載組合作用而產生的最大軸向拉力tr和壓力cf。在初步設計開始階段，可以簡化計算支撐構件所承受的由於**和豎向荷載引起的荷載。
假定由於**引起的層間剪力vf，、全部由支撐構件承擔，因此可以用下式計算出支撐上的荷載:
式2.1.1
假定支撐桿件在樑中跨形成乙個剛度無窮大的剛性支座，據此可以計算出由於梁上豎向荷載引起支撐的壓力。典型的豎向荷載模式如圖2.1.3所示，則支撐上壓力可以用下式來計算:
式2.1.2
對於強梁支撐框架，支撐構件還必須滿足一系列要求，比如長細比，截面寬厚比（針對h型截面）等。
圖2.1.3框架梁上荷載圖
2.2偏心支撐框架體系
2.2.1偏心支撐框架體系概述
偏心支撐框架充分利用支撐與柱或支撐與支撐間的梁段形成耗能梁段，是偏心支撐結構體系的核心構件(見圖2.2.1)。
耗能梁段在正常使用或小震情況下保持在彈性變形階段，而在強震作用下，通過非彈性變形，在其中產生塑性鉸耗能。因此，偏心支撐框架是一種非常剛勁的結構體系，具有極好的耗能能力以抵抗大的**影響，還可保護支撐斜桿免遭過早屈曲，相應地延長和有效地保持結構抗震能力的持續時間，且可有效地節約鋼材，比中心支撐框架節省約20%，比純彎框架節省約30%。因此，具有耗能梁段的偏心支撐框架兼顧了抗彎框架和中心支撐框架的優點。
圖2.2.1偏心支撐框架體系
2.2.2偏心支撐鋼框架的支撐桿件設計分析
偏心支撐鋼框架設計的基本前提是支撐桿件不能屈曲，因此支撐設計必須按照來設計，並同時考慮耗能梁段端部彎矩的影響。根據抗震規範(gb500n一2001)，耗能梁段的承載力抗震調整係數，支撐的，梁、柱的，則:
據此，新抗震規範在第8.2.3(4)條中規定了支撐斜桿、框架梁、柱的內力設計值的增大係數最小值。
為了保證支撐承載力大於消能梁段的承載力，ubc的規定要求支撐的抗壓承載力至少應為與耗能梁段設計軸力相對應的軸力的1.5倍。我國規範規定，支撐的設計抗軸壓能力，至少應為耗能梁段達到屈服強度時支撐軸力的1.
6倍，才能保證梁段進入非彈性變形而支撐不屈曲。因此偏心支撐斜桿的承載力應按下式計算:
式中: 為支撐截面面積；為由支撐長細比確定的軸心受壓構件穩定係數；為支撐軸力設計值；為在跨間梁的豎直和水平作用最不利組合下的支撐軸力和分別為梁段的剪力和彎矩設計值；和分別為梁段考慮軸力時的全截面塑性受彎承載力和塑性受剪承載力。
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