科研训练开题报告-框架资料.doc

PAGE PAGE 17 111111 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目:钢框架—中心支撑结构体系设计要点研究 学生姓名： 1111 学号： 111111 系 （部）： 建筑工程学院 专 业： 工业与民用建筑 指导教师： 11 2010年1 月 11 日 钢框架—中心支撑结构体系设计要点研究 1、前言 1.1 钢框架的发展 纯框架结构体系指的是无支撑架，是钢结构建筑常用的形式。但当建筑达到一定高度时，在地震作用下结构侧移大，影响正常使用，且纯框架是单一抗侧力体系，钢框架一旦破坏，其后果相当严重。中心支撑框架是常用的双重抗侧力体系，它是指有支撑斜杆连接于框架梁柱节点上。中心支撑框架体系具有较大的抗侧刚度，保证了正常使用极限状态要求，在常遇地震作用下能有效防止非结构构件的破坏。 1.2 纯钢框架体系阶段 钢框架体系结构体系不设置柱间竖向支撑，可以采用较大的柱距和获得较大的使用空间，建筑平面布置灵活，有很好的延性。但是由于纯钢框架结构体系抗侧力刚度较小，因此应用受到一定限制。 1.3 支撑钢框架体系阶段[2,4] 对于多层及中高层建筑，由于侧向作用力的增大，使得梁柱等构件尺寸也相对较大，失去其经济合理性，这时宜在框架体系中部分框架柱之间设置支撑，形成支撑框架体系。这种结构在水平荷载作用下，通过刚性楼板或弹性楼板的变形协调与刚接框架共同土作，形成双重抗侧力结构体系。支撑是第一道防线，框架是第二道防线，该体系具有较大的抗侧力刚度。对于支撑的设置，根据不同设计要求，可选择中心支撑框架、偏心支撑框架或消能支撑框架结构。 1.3.1中心支撑框架结构 中心支撑的特征是支撑的每个节点及各杆件的轴心线交汇于一点，它包括十字交叉支撑、单斜杆支撑、K形支撑、人字形支撑，以及V形支撑等类型(依次见图 1—1)。中心支撑具有较大的侧向刚度，构造相对简单，能减小结构的水平位移，改善结构的内力分布。但在水平地震荷载作用下，中心支撑容易产生压曲，造成其受压承载力和抗侧刚度急剧下降，直接影响结构的整体性能，因此，在地震区应用时应当慎重。 图 1—1中心支撑钢框架体系 1.3.2偏心支撑框架结构 偏心支撑框架的支撑斜杆与梁、柱的轴线不交汇于一点，而是偏心连接，以形成一个先于支撑斜杆屈服的“耗能梁段”。在中小地震时，结构处于弹性阶段，在强震时耗能梁段进入塑性，利用梁的塑性变形来吸收能量，而支撑始终保持为弹性。偏心支撑框架较好地解决了中心支撑所存在的强度、刚度和耗能这三种性能不匹配问题，兼有中心支撑框架强度与刚度好、纯框架耗能大的优点，抗侧移刚度大、延性好。图 1—2为常见的几种偏心支撑的类型和耗能梁段的构成。 图 1—2偏心支撑钢框架体系 1.3.3消能支撑框架结构 消能支撑框架结构是将框架一支撑结构中的支撑杆设计成消能杆件，以吸收和耗散地震能量来减小结构地震反应的一种新型抗震结构。在风和小震作用下消能支撑能增加结构的水平刚度，减小结构的侧移;在中震和大震下其刚度变小，能减小结构的水平地震作用，同时消耗大量输入结构的地震能量，使结构的地震反应大大衰减。消能支撑可以做成方框支撑、圆框支撑、交叉杆支撑、斜杆支撑、Y型支撑以及K型和节点屈服型支撑等。见图 1—3。 图 1—3消能支撑几种形式 2、国内外应用情况 2.1 国内钢框架应用情况 20世纪90年代以来，随着我国国民经济实力的增强与钢结构产业的发展，北京、上海等地相继开始兴建高层钢结构建筑。目前，我国已建成的高层钢结构建筑已经超过一百幢，并在高层建筑领域呈现出快速发展的趋势。已建成的上海金茂大厦(88层，高421 m)及正在施工中的环球金融中心(95层，高460 m)使我国的高层建筑进入世界前列。 2.2 国外钢框架应用情况 在国外，高层建筑钢结构的发展已有100多年的历史，1886年在美国建成的11层家庭保险大楼，是近代高层建筑钢结构的开端。建于70年代高443m的西尔斯大厦是当今世界上最高的建筑。 3、国内外研究现状 3.1理论研究方面 3.1.1钢支撑的研究现状 钢支撑的滞回性能与支撑杆件的长细比、板件宽厚比、支撑端支撑初始缺陷、钢材材性及循环加载历史等都有关系。 （1）支撑杆件的长细比 支撑长细比是影响其滞回性能的重要因素。长细比兄较小的钢支撑滞回环及单循环耗能较好，但容易在局部屈曲处因循环塑性应变发生低周疲劳破坏。在弹性阶段或塑性阶段，均可采用等效长细比方法近似考虑钢支撑端部约束的影响。因此在框架一中心支撑结构整体分析中，可采用两端铰支钢支撑等效不同端部约束的钢支撑