交错桁架钢结构抗震性能研究

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1、第1章绪论第1章绪论1.1引言近年来，由于国民经济飞速增长和科学技术创新发展，我国城镇化进程正在加快步伐发展，进而促进了医院、学校、写字楼、酒店等公共设施的建设。这些建筑大多要求获得较大空间，为其提供较为灵活的室内布置形式。因钢结构有强度高、自重轻、各向同性等优点，与其它结构相比时，其使用功能、设计、施工以及经济等方面都有明显优势，所以在为获得较大空间选择结构方面备受行业内[1]人士的青睐。在国外，轻钢结构的写字楼、住宅等早已迅速发展，并且得到较高的社会认可及经济价值。例如，在澳大利亚全部住宅中钢结构住宅比例已经占到量50%；日本50%以上建筑为钢结构建筑。我国钢结构居住、办公建筑应

2、用、发展时间较短，大约比发达国家晚三十年左右。但随着我国科学技术的日益创新、高速发展，我国轻钢结构也呈现出良好的发展趋势及前景。我国已经有很多工程实例，如都江堰的幸福家园、山东的樱花园等钢结构住宅小区等。钢结构建筑发展到现在已形成各种各样的体系形式，比如钢框架结构体系、钢框架—支撑结构体系以及框架—剪力墙结构体系等。由钢框架结构体系衍生出钢桁架结构，主要用来承受结构中的横向荷载，并可跨越较大空间。钢桁架具有受力明确，相互间协调性良好的优点，钢桁架结构出现后，其得到了广泛的应用，例如：房屋建筑中的屋盖、各种塔架（起重、输电、钻探等）、桥梁等等。基于钢桁架的优越性能，又提出了新型桁架结构

3、体系——交错桁架结构体系（Staggered-trussSystem）。此概念最早在二十世纪六十年代初期由美国Messurier咨询机构的研究小组提出。他们最初的目标是研制出一种能够节约建材且适用于[2]高层建筑的新型结构体系，最后得到了交错桁架结构体系。其主要特点是使建筑结构获得更大开间、进深，为中高层住宅、宾馆、写字楼等平面为矩形的钢结构房屋建筑,提供了更经济的结构体系。在发达国家已经得到广泛应用，而在国内对交错桁架结构体系研究较晚，相应的工程实例也较少。交错桁架结构体系作为一种经济、实用、高效的新型结构体系,发展该结构体系的建筑与我国住宅建设的发展方向相吻合,有助于加快我国城市

4、住宅产业化、标[3]准化的进程。1万方数据河北工程大学硕士学位论文1.2交错桁架钢结构的组成及特点1.2.1交错桁架钢结构的组成组成交错桁架钢结构的构建主要有楼板、钢桁架以及钢柱。交错桁架钢结构建筑的层高就是单层钢桁架的高度，横向宽度就是单层钢桁架的跨度。桁架两端由结构外围的纵向柱支撑，建筑内不设中间柱，钢柱通过联系梁的连接形成一个整体。在同一横向柱列上桁架隔层布置，而在相邻横向轴线柱列上交错布置，楼板横向两端分别搭设在桁架的上弦杆上和相邻桁架的下弦杆上，纵向两端搭设在连系梁上。正由于桁架的这种特殊布置形式，该结构体系被称为交错桁架结构，亦称为错列桁架结构或跳层桁架结构。1.2.2交

5、错桁架钢结构的特点[4]交错桁架结构体系在抵抗水平荷载作用时像一个悬臂梁，沿纵向布置于建筑物两边的钢柱所起的作用就相当于工字型悬臂梁的翼缘板所起的作用一样，而跨度与建筑横向宽度相等的柱间桁架如同悬臂梁的腹板，如图1-1所示。由此可知该结构体系的纵横向刚度对比，横向相对较大,其侧向位移较小。桁架钢结构在受到竖向和水平荷载作用时，钢柱和钢桁架杆件主要承受轴力，钢柱所受剪力和弯矩较小。交错桁架钢结构建筑中的楼板相当于一根深梁，作用是将水平剪力传递给相邻桁架。在横向，楼板的横向隔板起着过渡、传递的作用，自上而下,使结构所受横向荷载全部通过楼盖体系的横向膈板作用传递到桁架,随后依次由桁架传至柱

6、子,柱子传递至建筑基础。为减少质量中心和刚度中心不重合带来的扭转，楼板平面尽量采用比较规则的矩形，均匀的布置抗侧力构件，防止扭转过大，导致产生较大层间剪力，造成安全性能的不利影响。图1-1交错桁架结构形式Fig.1-1Staggered-trussstructure2万方数据第1章绪论交错桁架钢结构体系的组成和构件布置形式，决定了其具有如下特点：(1)开间可达两倍柱距宽度，且建筑内部形成无柱空间；(2)桁架可工厂预制作，施工周期相对较短，现场湿作业较少；(3)交错桁架钢结构中的构件以承受轴力为主，较少承受弯矩。这样可以更好地发挥高强度钢的材料性能，从而大大降低钢材用量，具有明显的经济

7、效益。1.3交错桁架结构体系的研究进展及工程应用1.3.1交错桁架结构体系的研究进展交错桁架的理论研究是由美国麻省理工学院于20世纪60年代中期开始，他们当时对许多结构体系进行了研究，初衷是想要发现一种经济高效而又具有狭长平面特点的高层建筑结构体系，通过与其他钢结构的用钢量对比，最终确定了交[2]错桁架结构体系。1967年，Messurier对交错桁架结构体系做了进一步阐述，他提出交错桁架结构体系在横、纵两方向分别可以看作是有支撑和无支撑的框架结构，并研究