论文部分内容阅读
摘要:目前的高层建筑多为低层商用,上部住宿的多功能要求,在低层商用要求的大空间与上部住宿要求的多墙多柱的小空间之间,往往需要采用一定的结构形式进行转换处理,即加设转换层。转换层常用的结构形式包括梁式、空腹桁架式、斜杆桁架式、箱形和板式。本文分析对比了单层、迭层析架不同形式的受力特性,得出较合理的转换构件形式,以给设计、施工提出一定的依据。
关键词:高层建筑;抗震;结构
Abstract: The current high-rise buildings are mostly low-rise commercial and multi-functional requirements of the upper accommodation between the low-level business requirements of large space and the upper accommodation requirements of multi-wall and multi-column space, often require a certain structure conversion processing additional conversion layer. Conversion layer structure in the form of a beam, the fasting truss diagonals truss, box and plate. This paper analyzes the contrast of the monolayer, Diego chromatography aircraft of different forms of force characteristics obtained a more reasonable form of the conversion component in order to design and construction to make certain basis.Key words: high-rise buildings; earthquake; structure
中圖分类号:TU318 文献标识码:A文章编号:
1转换层结构的设计原则
1.1转换层的一般设计原则
(1)减少转换
布置转换层上下主体竖向结构时,注意使尽可能多的上部竖向结构能向下落地连续贯通,尤其框架核心筒结构中核心简应上下贯通。
(2)传力直接
布置转换层上下主体竖向结构时.注意尽量使水平转换结构传力直接,尽量避免多级复杂转换,慎重采用传力复杂、抗震不利的厚板转换,如上下柱网确实无法对齐时,尽量采用箱形转换。
(3)强化下部、弱化上部
①应尽量强化转换层下部结构侧向刚度,弱化转换层上部结构侧向刚度,使转换层上下主体结构侧向刚度尽量接近、平滑过渡。设计时,应合理控制转换层上、下结构侧向刚度比的取值。
②应尽量强化和提高下部结构抗震承载能力和延性。避免罕遇地震作用下下部主体结构(框支柱、转换梁等)破坏,同时应注意保证转换层上部1-2层不落地剪力墙的承载能力和延性,避免重力荷载和罕遏地震作用下不落地剪力墙根部的破坏。注意和加强下部框架梁、上部连梁的延性,适应罕遇地震作用下的塑性铰发育发展耗能的需受。
对于带转换层的剪力墙结构或筒体结构,可采取以下措施强化下部结构:加大筒体及落地墙厚度、提高混凝上强度等级、必要时可在房屋周边增置部分剪力墙、壁式框架或楼梯间筒体,提高抗震能力;可采取以下措施弱化上部:不落地剪力墙开洞、开口、减小墙厚等。
(4)优化转换结构
抗震设计时,当建筑功能需要不得已高位转换时转换结构宜优先选择不致引起地震作用下框支柱(边柱)柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式,如斜腹杆析架(包括斜撑)、空腹析架和扁梁等,同时要注意需满足重力荷载作用下强度、刚度要求。
(5)计算全面细致
必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分采用符合实际受力变形状态的计算模型进行三维空间整体结构计算分析。必要时可采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算,此时转换结构以上至少取两层结构进人局部计算模型.并注意模型边界条件符合实际工作状念。
整体结构计算需采取两个以上不向力学模型的程序进行抗震计算,还应进行弹性时程分析计算并宜采用弹塑性时程分析校核。
1.2带桁架转换层高层建筑的设计原则
(1)托柱形式带桁架转换层高层建筑结构按“强化转换层及其下部、弱化转换层上部”的原则; 桁架转换按“强斜腹杆、强节点”的原则; 桁架转换上部框架结构按“强柱弱梁、强边柱弱中柱”的原则。满足上述原则设计的带桁架转换层高层建筑具有较好的延性,能够满足工程抗震的要求。
(2)转换桁架上部框架结构按“强柱弱梁、强边柱弱中柱”的原则进行设计,确保塑性铰在梁端出现,使柱比梁有更大的安全储备。上部结构的柱按普通钢筋混凝土框架结构的设计方法确定截面尺寸,满足轴压比要求、抗剪要求及构造要求。为满足“强边柱弱中柱”的原则,中柱截面尺寸一般较小。如果由于构造要求而不能加大中柱刚度时,可以采用内埋型钢的方法。上部结构梁的截面设计同普通钢筋混凝土框架结构,应尽量使其先屈服,满足“强柱弱梁”的要求。
(3)满足转换层上、下层等效剪切刚度(等效侧向刚度)比要求的带桁架转换层结构,转换桁架上层是结构的薄弱层,破坏比较严重。设计时应保证转换桁架上层柱的柱底尽可能避免边柱出现塑性铰,同时加强上层柱与转换桁架的连接构造,以保证精架转换层框架结构有更好的延性。
(4)转换柑架下层柱的轴压比必须严格控制,宜符合表1的要求。当很难满足轴压比的要求时,转换析架以下柱可采用高强混凝土柱、钢骨混凝土柱等有效方法来调整截面尺寸、刚度及其延性。
表1转换析架下层柱的轴压比
(5)斜杆析架设计时,对析架转换层而言,应保证强受压斜腹杆和强节点。受压斜腹杆的截面尺寸一般应由其轴压比控制计算确定,以确保其延性,其限值见表2.如果不满足要求,可配置螺旋箍筋或采用内埋型钢或内埋空腹钢析架的钢骨混凝土。
表2析架受压斜腹杆的轴压比限值
受压斜腹杆轴压比
斜腹杆桁架上、下弦节点的截面应满足抗剪的要求,以保证整体析架结构具有一定延性不发生脆性破坏。
(6)空腹桁架设计时,空腹桁架腹杆的截面尺寸一般应由其剪压比控制计算来确定,以避免脆性破坏,其限值见表3。
表3:腹杆剪压比限值
腹杆剪压比
空腹析架的上、下弦杆宜考虑相连楼板有效翼缘作用按偏心受压或偏心受拉构件设计,其中轴力可按上、下弦杆及相连楼板有限翼缘的轴向刚度比例分配。
空腹析架上、下弦节点的截面应满足抗剪的要求,以保证空腹析架结构具有一定延性不发生脆性破坏。
2转换层上、下结构侧向刚度比的合理取值
带转换层高层建筑结构应使转换层下部结构的抗侧刚度接近转换层下部临近结构的抗侧刚度,不发生明显的刚度突变,转换层结构不应设计称为柔弱层。在水平荷载作用下,当转换层上、下部结构侧向刚度相差较大时,会导致转换层上下结构构件内力突变,促使部分构件提前破坏;当转换层位置相对较高时,这种内力突变会进一步加剧。因此,设计时,应控制转换层结构的等效刚度比。
2.1转换层上、下层剪切刚度比
底部大空间为1层时,可近似采用转换层上、下层结构等效剪切刚度比表示转换层上、下层结构刚度的变化,可按下列公式计算:
式中——转换层上层竖向结构总剪切刚度;
——转换层下层竖向结构总剪切刚度;
Gi、Gj——i层、j层混凝土剪切模量,且G=0.425E;
E——混凝土的弹性模量;
Ai、Aj—i层、l层计算方向折算抗剪截面面积,且A一AW + 0.12A
Aw—所计算方向上剪力墙的全部有效截面面积;
Ac—全部柱的截面面积;
hi, hj——i层、,I层的层高。
为保证转换层下部大空间整体结构有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力,应尽量强化转换层下部主体结构,弱化转换层上部主体结构的刚度,使转换层上、下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近。宜接近1,非抗震设计时不应大于3,抗震设计时不应大于2。
2.2带转换层高层建筑结构等效侧向刚度比
底部大空间层数大于1层时,其转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比,可采用高规中公式(E.0.2 )计算。即:
式中—转换层上、下结构的等效侧向刚度比;
H1—转换层以下结构(计算模型1)的高度;
—转换层以下结构顶部在水平荷载作用下的侧向位移:
H2—转换层上部若干层(计算模型2)的高度,HZ s H:且两高度尽量接近。
—转换层以下结构顶部在水平荷载作用下的侧向位移;
其中水平荷载以节点单位荷载形式施加在转换层上部剪力墙布置的节点部位。
等效侧向刚度比是影响带转换层结构的高层建筑抗震性能的重要指标之一。宜接近1,非抗震设计时不应大于2,抗震设计时不应大于1.3。
3单层与迭层钢析架转换层受力性能的比较
当转换析架高度超过层高时,可以布置单层钢析架转换层,也可以布置迭层钢精架转换层,由于钢析架转换层的跨度较大,上部承托数层框架结构,承受的竖向荷载大,不同的析架形式对析架的受力影响很大。因此,选择合理的析架形式是很重要的。参考某大楼工程,根据上部框架的柱网布置需求,以下选择了单层和迭层两种析架形式的转换层来进行分析,以选择一种传力清晰、受力性能好的形式。
以下算例主要分析了单层钢析架转换层、迭层钢析架转换层两种析架形式中析架构件的受力差异,由于析架以轴向受力为主,因此,受力分析将只对轴力进行。结构计算均采用通用有限元程序SAP2000来进行。
在进行局部钢析架转换层的内力计算时,取钢析架上部框架结构2层进行分析,计算精度就已经能够满足工程需要回。这样可以减少计算模型的工作量和计算时间,也可以保证计算的精度。
在进行局部钢析架转换层的内力计算时,取钢析架上部框架结构2层进行分析,计算精度就已经能够满足工程需要回。这样可以减少计算模型的工作量和计算时间,也可以保证计算的精度。
(1)模型1:计算模型如图1所示,转换精架跨越两层,高度8.4m,跨度为16.8m,弦杆为箱型截面,尺寸为600×600×40,腹杆为H型钢,截面尺寸为600×600×30×30:轉换析架上部结构层高为4.2m,框架梁为400×700,框架边柱截面尺寸为800×800,其余框架柱截面尺寸为600×600,下部框架柱高度为8.4m,截面尺寸为1200×1200圆柱;框架梁混凝土材料为C35,框架柱混凝土材料为C40。在混凝土框架和析架上下弦杆施加均布荷载q=1×20KN/m。
(a)模型1 (b)轴力图
图1模型1
(2)模型2:计算模型如图2所示,去掉竖腹杆,在各节析架间加设一根斜腹杆,截面为H型钢600× 600×30×30,其余参数同模型1。
(a)模型2 (b)轴力图
图2模型2
(3)模型3:计算模型如图3所示,,转换析架共两层,每层高度为4.2m ,其余参数同模型1。
(a)模型3 (b)轴力图
图2模型3
(4)模型4:计算模型如图4所示,,转换析架共两层,每层高度为4.2m,去掉竖腹杆,在左右两端析架节间加设一根斜腹杆,其余参数同模型1。
(a)模型4 (b)轴力图
图2模型4
由轴力分布图可以看出,四种析架形式弦杆轴力相差不大,均是以上弦杆受压,下弦杆受拉为主。其中,形式1和形式3析架上弦最大轴力在跨中位置的杆件产生,四根下弦杆杆件的受力相差不大,而形式2和形式4析架上、下弦杆的最大轴力在跨中位置的杆件产生。形式3中间层最大轴力为拉力,在两边杆件产生,其值大于下弦杆的拉力,形式4中间层四根杆件轴力相差不大,最大轴力为压力,在中间两边杆件产生。
这四种形式析架的斜腹杆的受力相差较大,形式1的斜腹杆的轴力比形式2的斜腹杆轴力要大得多,而且形式1斜压腹杆的杆长比形式2斜压腹杆的杆长要大约1倍,即形式1析架的斜压腹杆的长细比比形式2析架的斜压腹杆长细比大约1倍,这对形式1析架斜压腹杆的稳定性要求要高于析架形式2。因此,在受力性能与构件稳定性上,形式2的析架形式均优于形式1;同理,形式4的精架形式均优于形式3。四种精架形式的计算结果列于表4,进行轴压比验算如表5所列。
表4不同析架形式下构件的受力(kN)
表5杆件的轴压比验算
分析中发现,在形式1和形式3的析架中间设置的竖腹杆受力很小,基本没有参与析架整体的受力,并且从形式2和形式4的计算结果中可以看出,不设置竖腹杆对析架的整体受力影响不大,且受力情况好于形式其他两种析架。竖腹杆的设置使得析架的节点构造变得复杂,彬架的加工难度加大。如果像形式2、形式4一样中间不设置竖腹杆,将使得析架的节点构造变得简单。因此,从析架架构件的受力和析架节点的构造上,析架形式2优于析架形式1,是更为合理的单层析架形式,析架形式4优于析架形式3,是更为合理的迭层析架形式。
形式1斜压腹杆的杆长比形式3斜压腹杆的杆长要大约1倍,即形式1析架的斜压腹杆的长细比比形式2析架的斜压腹杆长细比大约1倍,这对形式1析架斜压腹杆的稳定性要求要高于析架形式3。因此形式3, 4的稳定性要分别优于析架形式1, 2。因此,在析架高度超过层高时,转换构件宜采用迭层析架。
4结语
由于钢桁架的受力性能和抗震性能比较好,应当主要考虑减轻端部混凝土筒体的受力,适当使钢桁架分担更多的荷载,才能使得整个结构体系的受力更为合理,同时也对整体结构的抗震有利。
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:高层建筑;抗震;结构
Abstract: The current high-rise buildings are mostly low-rise commercial and multi-functional requirements of the upper accommodation between the low-level business requirements of large space and the upper accommodation requirements of multi-wall and multi-column space, often require a certain structure conversion processing additional conversion layer. Conversion layer structure in the form of a beam, the fasting truss diagonals truss, box and plate. This paper analyzes the contrast of the monolayer, Diego chromatography aircraft of different forms of force characteristics obtained a more reasonable form of the conversion component in order to design and construction to make certain basis.Key words: high-rise buildings; earthquake; structure
中圖分类号:TU318 文献标识码:A文章编号:
1转换层结构的设计原则
1.1转换层的一般设计原则
(1)减少转换
布置转换层上下主体竖向结构时,注意使尽可能多的上部竖向结构能向下落地连续贯通,尤其框架核心筒结构中核心简应上下贯通。
(2)传力直接
布置转换层上下主体竖向结构时.注意尽量使水平转换结构传力直接,尽量避免多级复杂转换,慎重采用传力复杂、抗震不利的厚板转换,如上下柱网确实无法对齐时,尽量采用箱形转换。
(3)强化下部、弱化上部
①应尽量强化转换层下部结构侧向刚度,弱化转换层上部结构侧向刚度,使转换层上下主体结构侧向刚度尽量接近、平滑过渡。设计时,应合理控制转换层上、下结构侧向刚度比的取值。
②应尽量强化和提高下部结构抗震承载能力和延性。避免罕遇地震作用下下部主体结构(框支柱、转换梁等)破坏,同时应注意保证转换层上部1-2层不落地剪力墙的承载能力和延性,避免重力荷载和罕遏地震作用下不落地剪力墙根部的破坏。注意和加强下部框架梁、上部连梁的延性,适应罕遇地震作用下的塑性铰发育发展耗能的需受。
对于带转换层的剪力墙结构或筒体结构,可采取以下措施强化下部结构:加大筒体及落地墙厚度、提高混凝上强度等级、必要时可在房屋周边增置部分剪力墙、壁式框架或楼梯间筒体,提高抗震能力;可采取以下措施弱化上部:不落地剪力墙开洞、开口、减小墙厚等。
(4)优化转换结构
抗震设计时,当建筑功能需要不得已高位转换时转换结构宜优先选择不致引起地震作用下框支柱(边柱)柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式,如斜腹杆析架(包括斜撑)、空腹析架和扁梁等,同时要注意需满足重力荷载作用下强度、刚度要求。
(5)计算全面细致
必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分采用符合实际受力变形状态的计算模型进行三维空间整体结构计算分析。必要时可采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算,此时转换结构以上至少取两层结构进人局部计算模型.并注意模型边界条件符合实际工作状念。
整体结构计算需采取两个以上不向力学模型的程序进行抗震计算,还应进行弹性时程分析计算并宜采用弹塑性时程分析校核。
1.2带桁架转换层高层建筑的设计原则
(1)托柱形式带桁架转换层高层建筑结构按“强化转换层及其下部、弱化转换层上部”的原则; 桁架转换按“强斜腹杆、强节点”的原则; 桁架转换上部框架结构按“强柱弱梁、强边柱弱中柱”的原则。满足上述原则设计的带桁架转换层高层建筑具有较好的延性,能够满足工程抗震的要求。
(2)转换桁架上部框架结构按“强柱弱梁、强边柱弱中柱”的原则进行设计,确保塑性铰在梁端出现,使柱比梁有更大的安全储备。上部结构的柱按普通钢筋混凝土框架结构的设计方法确定截面尺寸,满足轴压比要求、抗剪要求及构造要求。为满足“强边柱弱中柱”的原则,中柱截面尺寸一般较小。如果由于构造要求而不能加大中柱刚度时,可以采用内埋型钢的方法。上部结构梁的截面设计同普通钢筋混凝土框架结构,应尽量使其先屈服,满足“强柱弱梁”的要求。
(3)满足转换层上、下层等效剪切刚度(等效侧向刚度)比要求的带桁架转换层结构,转换桁架上层是结构的薄弱层,破坏比较严重。设计时应保证转换桁架上层柱的柱底尽可能避免边柱出现塑性铰,同时加强上层柱与转换桁架的连接构造,以保证精架转换层框架结构有更好的延性。
(4)转换柑架下层柱的轴压比必须严格控制,宜符合表1的要求。当很难满足轴压比的要求时,转换析架以下柱可采用高强混凝土柱、钢骨混凝土柱等有效方法来调整截面尺寸、刚度及其延性。
表1转换析架下层柱的轴压比
(5)斜杆析架设计时,对析架转换层而言,应保证强受压斜腹杆和强节点。受压斜腹杆的截面尺寸一般应由其轴压比控制计算确定,以确保其延性,其限值见表2.如果不满足要求,可配置螺旋箍筋或采用内埋型钢或内埋空腹钢析架的钢骨混凝土。
表2析架受压斜腹杆的轴压比限值
受压斜腹杆轴压比
斜腹杆桁架上、下弦节点的截面应满足抗剪的要求,以保证整体析架结构具有一定延性不发生脆性破坏。
(6)空腹桁架设计时,空腹桁架腹杆的截面尺寸一般应由其剪压比控制计算来确定,以避免脆性破坏,其限值见表3。
表3:腹杆剪压比限值
腹杆剪压比
空腹析架的上、下弦杆宜考虑相连楼板有效翼缘作用按偏心受压或偏心受拉构件设计,其中轴力可按上、下弦杆及相连楼板有限翼缘的轴向刚度比例分配。
空腹析架上、下弦节点的截面应满足抗剪的要求,以保证空腹析架结构具有一定延性不发生脆性破坏。
2转换层上、下结构侧向刚度比的合理取值
带转换层高层建筑结构应使转换层下部结构的抗侧刚度接近转换层下部临近结构的抗侧刚度,不发生明显的刚度突变,转换层结构不应设计称为柔弱层。在水平荷载作用下,当转换层上、下部结构侧向刚度相差较大时,会导致转换层上下结构构件内力突变,促使部分构件提前破坏;当转换层位置相对较高时,这种内力突变会进一步加剧。因此,设计时,应控制转换层结构的等效刚度比。
2.1转换层上、下层剪切刚度比
底部大空间为1层时,可近似采用转换层上、下层结构等效剪切刚度比表示转换层上、下层结构刚度的变化,可按下列公式计算:
式中——转换层上层竖向结构总剪切刚度;
——转换层下层竖向结构总剪切刚度;
Gi、Gj——i层、j层混凝土剪切模量,且G=0.425E;
E——混凝土的弹性模量;
Ai、Aj—i层、l层计算方向折算抗剪截面面积,且A一AW + 0.12A
Aw—所计算方向上剪力墙的全部有效截面面积;
Ac—全部柱的截面面积;
hi, hj——i层、,I层的层高。
为保证转换层下部大空间整体结构有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力,应尽量强化转换层下部主体结构,弱化转换层上部主体结构的刚度,使转换层上、下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近。宜接近1,非抗震设计时不应大于3,抗震设计时不应大于2。
2.2带转换层高层建筑结构等效侧向刚度比
底部大空间层数大于1层时,其转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比,可采用高规中公式(E.0.2 )计算。即:
式中—转换层上、下结构的等效侧向刚度比;
H1—转换层以下结构(计算模型1)的高度;
—转换层以下结构顶部在水平荷载作用下的侧向位移:
H2—转换层上部若干层(计算模型2)的高度,HZ s H:且两高度尽量接近。
—转换层以下结构顶部在水平荷载作用下的侧向位移;
其中水平荷载以节点单位荷载形式施加在转换层上部剪力墙布置的节点部位。
等效侧向刚度比是影响带转换层结构的高层建筑抗震性能的重要指标之一。宜接近1,非抗震设计时不应大于2,抗震设计时不应大于1.3。
3单层与迭层钢析架转换层受力性能的比较
当转换析架高度超过层高时,可以布置单层钢析架转换层,也可以布置迭层钢精架转换层,由于钢析架转换层的跨度较大,上部承托数层框架结构,承受的竖向荷载大,不同的析架形式对析架的受力影响很大。因此,选择合理的析架形式是很重要的。参考某大楼工程,根据上部框架的柱网布置需求,以下选择了单层和迭层两种析架形式的转换层来进行分析,以选择一种传力清晰、受力性能好的形式。
以下算例主要分析了单层钢析架转换层、迭层钢析架转换层两种析架形式中析架构件的受力差异,由于析架以轴向受力为主,因此,受力分析将只对轴力进行。结构计算均采用通用有限元程序SAP2000来进行。
在进行局部钢析架转换层的内力计算时,取钢析架上部框架结构2层进行分析,计算精度就已经能够满足工程需要回。这样可以减少计算模型的工作量和计算时间,也可以保证计算的精度。
在进行局部钢析架转换层的内力计算时,取钢析架上部框架结构2层进行分析,计算精度就已经能够满足工程需要回。这样可以减少计算模型的工作量和计算时间,也可以保证计算的精度。
(1)模型1:计算模型如图1所示,转换精架跨越两层,高度8.4m,跨度为16.8m,弦杆为箱型截面,尺寸为600×600×40,腹杆为H型钢,截面尺寸为600×600×30×30:轉换析架上部结构层高为4.2m,框架梁为400×700,框架边柱截面尺寸为800×800,其余框架柱截面尺寸为600×600,下部框架柱高度为8.4m,截面尺寸为1200×1200圆柱;框架梁混凝土材料为C35,框架柱混凝土材料为C40。在混凝土框架和析架上下弦杆施加均布荷载q=1×20KN/m。
(a)模型1 (b)轴力图
图1模型1
(2)模型2:计算模型如图2所示,去掉竖腹杆,在各节析架间加设一根斜腹杆,截面为H型钢600× 600×30×30,其余参数同模型1。
(a)模型2 (b)轴力图
图2模型2
(3)模型3:计算模型如图3所示,,转换析架共两层,每层高度为4.2m ,其余参数同模型1。
(a)模型3 (b)轴力图
图2模型3
(4)模型4:计算模型如图4所示,,转换析架共两层,每层高度为4.2m,去掉竖腹杆,在左右两端析架节间加设一根斜腹杆,其余参数同模型1。
(a)模型4 (b)轴力图
图2模型4
由轴力分布图可以看出,四种析架形式弦杆轴力相差不大,均是以上弦杆受压,下弦杆受拉为主。其中,形式1和形式3析架上弦最大轴力在跨中位置的杆件产生,四根下弦杆杆件的受力相差不大,而形式2和形式4析架上、下弦杆的最大轴力在跨中位置的杆件产生。形式3中间层最大轴力为拉力,在两边杆件产生,其值大于下弦杆的拉力,形式4中间层四根杆件轴力相差不大,最大轴力为压力,在中间两边杆件产生。
这四种形式析架的斜腹杆的受力相差较大,形式1的斜腹杆的轴力比形式2的斜腹杆轴力要大得多,而且形式1斜压腹杆的杆长比形式2斜压腹杆的杆长要大约1倍,即形式1析架的斜压腹杆的长细比比形式2析架的斜压腹杆长细比大约1倍,这对形式1析架斜压腹杆的稳定性要求要高于析架形式2。因此,在受力性能与构件稳定性上,形式2的析架形式均优于形式1;同理,形式4的精架形式均优于形式3。四种精架形式的计算结果列于表4,进行轴压比验算如表5所列。
表4不同析架形式下构件的受力(kN)
表5杆件的轴压比验算
分析中发现,在形式1和形式3的析架中间设置的竖腹杆受力很小,基本没有参与析架整体的受力,并且从形式2和形式4的计算结果中可以看出,不设置竖腹杆对析架的整体受力影响不大,且受力情况好于形式其他两种析架。竖腹杆的设置使得析架的节点构造变得复杂,彬架的加工难度加大。如果像形式2、形式4一样中间不设置竖腹杆,将使得析架的节点构造变得简单。因此,从析架架构件的受力和析架节点的构造上,析架形式2优于析架形式1,是更为合理的单层析架形式,析架形式4优于析架形式3,是更为合理的迭层析架形式。
形式1斜压腹杆的杆长比形式3斜压腹杆的杆长要大约1倍,即形式1析架的斜压腹杆的长细比比形式2析架的斜压腹杆长细比大约1倍,这对形式1析架斜压腹杆的稳定性要求要高于析架形式3。因此形式3, 4的稳定性要分别优于析架形式1, 2。因此,在析架高度超过层高时,转换构件宜采用迭层析架。
4结语
由于钢桁架的受力性能和抗震性能比较好,应当主要考虑减轻端部混凝土筒体的受力,适当使钢桁架分担更多的荷载,才能使得整个结构体系的受力更为合理,同时也对整体结构的抗震有利。
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。