多高层建筑钢结构设计讲义PPT

1、第6章 多高层建筑钢结构设计1材料性能的演变导致结构体系形式的发展新的结构分析方法使我们重新审视材料破坏准则优化的材料破坏准则提出新的材料研制23设计的基本过程确定建筑方案确定结构方案结构分析结构验算出结构设计图加工详图现场安装详图4从地震灾害讲起中国汶川2008台湾集集1999美国北岭1994日本阪神19955地震（汶川）中房屋建筑的破坏砌体结构钢筋混凝土结构砖木结构钢结构抗震的优越性钢结构重量轻钢结构延性好钢结构滞回特性好钢结构重量轻强度：钢材强度：Q235Q420混凝土强度：C20C60钢材强度约是混凝土强度的8倍。密度：钢材密度：7850kg/m3混凝土密度：2450kg/m3钢材密度

2、约是混凝土密度的3.2倍。钢结构地震作用相对小钢结构重量轻钢结构延性好应力应变伸长率20混凝土应力应变关系抗压强度对应应变： 0.2%钢结构延性好结构地震输入能量的消耗 结构滞回性能越好，结构地震反应越小。钢结构滞回特性好钢结构震害小建造年份钢结构钢筋混凝土结构倒塌严重破坏倒塌严重破坏1957年以前71271619571976年3151231976年以后0046 总体来说，在同等场地、烈度条件下，钢结构房屋的震害较钢筋混凝土结构房屋的震害要小 1985年墨西哥城8.1级地震中不同建筑的破坏情况 钢结构在地震区的应用日本台湾地区第二节 多高层钢结构体系功能抵御可能遭遇的各种荷载或作用，保持结构的

3、完整性，以满足建筑的使用要求152.结构体系的受力性能2.1 框架体系由梁柱构成，节点至关重要(a) 刚性连接 (b) 铰支连接 (c) 半刚性连接16梁柱刚性连接应充分考虑施工净空和条件，对与高空施工条件困难的现场焊缝，其承载力应乘以折减系数0.9对较重要的或受力较复杂的节点，当按所传内力（不是按与母材等强）进行连接设计时，宜使连接的承载力留有1015的裕度172.1.2 刚接框架的变形特征由结构的倾覆力矩造成柱拉压变形，导致结构弯曲由结构剪力造成的梁柱受弯，导致结构剪切（主导）弯曲剪切182.1.2 刚接框架的变形特征由结构的倾覆力矩造成柱拉压变形，导致结构弯曲由结构剪力造成的梁柱受弯，导

4、致结构剪切（主导柱的弯曲变形所引起位移1节点转动引起框架的侧移2（1+2）就是框架在水平力作用下的总剪力侧移提高结构抗侧移能力，即需要提高梁、柱的抗弯能力和刚度，只有加大梁、柱的截面192.2 框架-支撑体系2.2.1 中心支撑框架结构通过柱与支撑的轴向刚度以抵抗侧向荷载的悬臂竖向桁架柱抵抗侧向荷载的倾覆力矩支撑斜杆抵抗水平剪力支撑系统的侧向变形以整体弯曲变形为主，另有小部分剪切变形202.2.2 偏心支撑框架结构在强度、刚度和能量耗散之间保持均衡中心支撑受压屈曲使得结构的能量耗散性能较差纯框架节点及梁可以发挥材料塑性，延性好在中心支撑框架和纯框架之间寻求平衡应注意两点：1）支撑应足够强，以保

5、证偏心梁段先于支撑屈曲而屈服；2）在梁截面一定的条件下，偏心梁段的长度不能太大，应设计为剪切屈服梁，以使偏心支撑框架的抗侧力能力最大，且延性和耗能能力好212.2.3 钢框架混凝土剪力墙（芯筒）结构两种不同材料的结构是相对独立，但并联在一起共同工作，故称之为钢混凝土混合结构。水平力主要由混凝土剪力墙（芯筒）承受，而建筑物重力主要由钢框架承受。混合结构体系充分综合利用了钢结构强度高、延性（抗震性）好、跨度大、施工速度快和混凝土结构刚度大、成本低、防火性能好的优点222.2.4 伸臂及带状桁架结构竖向支撑系统的整体变形属弯曲性质，抗侧刚度与支撑系统的高宽比成反比为提高结构的刚度，在建筑的顶部和中部

6、每隔若干层加设刚度较大的伸臂桁架232.2.5 错列桁架结构242.3 筒体体系密柱深梁梁以剪切变形为主，或为剪弯变形欧拉伯努利梁（初等梁理论，跨高比大）只有弯曲变形，平截面假定通过平衡方程计算剪力，非变形协调铁木辛柯（Timoshenko）梁考虑剪切变形、转动惯量及横向剪切变形（分层）横向剪力Q将引起梁的附加挠度垂直于中性面的截面变形后不再与中性面垂直，且发生翘曲柱轴向变形拉压-整体抗弯252.3 筒体体系与完全筒体差异在于“剪力滞后”a，框筒介质刚度非连续（有柱洞）b，横梁变形使剪力传递变向框筒结构的角柱应力集中全长加密角柱箍筋，增加角柱的抗剪能力腹板框架承担绝大部分剪力而翼缘框架承担绝大

7、部分弯矩大轴力构件，会发生剪切脆性破坏1）剪力滞后现象越严重，框筒结构的整体空间作用越弱；2）剪力滞后的大小与梁的刚度、柱距、结构长宽比等有关。梁刚度越大、柱距越小、结构长宽比越小，剪力滞后越小3）框筒结构的整体空间作用只有在结构高宽较大时才能发挥出来。26*剪力滞后结构工程中一个普遍的力学现象（构件-高层）力学本质，符合圣维南原理（三大方程）在某一局部范围内，剪力作用有限，正应力分布不均匀，把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象，使柱中正应力分布呈抛物线状，称为剪力滞后效应。通常出现在T型、工型和闭合薄壁结构中具有尺寸效应忽略剪力滞效应的影响，就会低估箱梁腹

8、板和翼板交接处的挠度和应力，从而导致不安全广东省的佛陈大桥、乐从立交桥、江湾立交桥、顺德立交桥、文沙大桥272.3.2束筒结构避免剪力滞后效应大框筒分割成若干个小框筒西尔斯（Sears）大楼282.3.3简中筒结构增加了一个内筒而提高结构的抗侧刚度1）内筒轮廓尺寸比外筒小，剪力滞后效应弱，2）在顶层及中部设备层，沿内筒的四个面可设置伸臂桁架，以加强内外筒连接，使外框筒柱发挥更大的作用，弥补外框筒剪力滞后效应所带来的不利影响292.3.4 巨型结构体系将梁、柱、支撑的概念扩展到数个楼层和数个开间，则可构成巨型框架结构和巨型支撑结构303结构布置的基本要求平面布置要求简单规则，越高越明显竖向布置要

9、求最大使用高度刚度连续刚度要求的本质是使结构平面-高度刚度均匀，防止在刚度突变处破坏高度要求的本质是减小顶点位移31第三节 多高层钢结构的设计荷载与作用多层钢结构建筑的设计要点水平荷载或作用（地震主导）与竖向组合效应弯矩二次分配法或分层法反弯点法（D值法）地震作用计算时，宜将重量集中于各楼层的计算模型，同时按不同的维护结构考虑其自振周期的折减系数（毕业答辩黄金十问之一）32*D值法（超黄金提问）柱的抗侧移刚度不但与柱的线刚度和层高有关，而且还与梁的线刚度有关另外，柱的反弯点高度也与梁柱线刚度比、上下层横梁的线刚度比，上下层层高的变化等因素有关武藤清从而改进了早期“反弯点”法33第三节 多高层钢

10、结构的设计高层钢结构建筑的设计要点高层钢结构属于柔性建筑，自振周期长，易与风载产生共振水平荷载（风主导）的二阶效应风荷载作用时间长、频率高要求高层钢结构处于弹性阶段，不允许出现较大变形，该要求属于正常使用极限34*思考：（1）为什么计算结构自振周期？（2）如何计算结构自振周期？（3）结构基本周期、结构自振周期与设计特征周期、场地卓越周期的区别？（4）结构自振周期是否会变化？（5）钢结构自振周期与混凝土结构有何不同？352 分析与设计方法2.1 结构分析方法基于有限元理论，将构件单元化，构件刚度矩阵计算机程序求解线性方程组现有高级通用有限元分析程序（ANSYS等）已可以自动寻址式划分单元适用于弹

11、塑性分析。（手算都是弹性问题）问题：建模过程复杂，参数选择难度大（本构）复杂结构计算结果不易收敛（非线性发散，数据量瞬间几何级增长）362.1 结构分析方法结构设计原理基于内力计算结果结构内力基于结构力学计算结构力学基础是假定结构处于弹性一旦结构进入塑性或部分塑性，刚度退化、强度非线性，结构力学无法计算。引申一个问题：材料的本构关系决定构件截面的刚度；构件的大变形决定了结构体系的刚度；前者是“材料非线性”，后者是“几何非线性”372.2结构分析近似方法竖向荷载（轴力由竖向荷载决定）分层法某一层框架梁上的竖向荷载对其他楼层的框架梁的影响不计。只影响节点所在单元中的所有杆件在竖向荷载作用下，不考虑

12、框架的侧移弯矩分配法不平衡弯矩只影响至与该节点相交的各杆件的远端简化到一次分配、一次传递、再一次分配水平荷载（轴力需要考虑倾覆力矩的影响）反弯点：梁柱线刚度比大于3D值法：修正反弯点梁轴力，由于楼板的存在，一般可近似忽略382.2结构分析近似方法柱AB：P226392.2.2 框架-支撑结构（1）竖向荷载作用下的近似计算忽略支撑对竖向荷载作用下框架内力的影响Why？（2）水平荷载作用下的近似计算402.3 结构设计的基本要求（1）结构承载力验算要求（why?1.0)；（2）结构变形验算要求（目的）构件容许挠度侧移限值最大层间侧移限值（3）结构舒适度验算要求41*承载力调整系数1.0说明构件的设

13、计内力的最不利组合不一定就是地震基本组合地震作用属于偶然的短期作用，它在建筑的设计使用寿命内可能发生也可能不发生，因此，当地震发生时，结构的安全度可以低于非抗震时结构构件承载能力极限状态时的安全度42*承载力调整系数1.0结构构件的受力状态不同，其承载力抗震调整系数RE的大小也是不同的延性较好的受力状态(如混凝土梁的受弯及混凝土柱的大偏压)的RE值较小-从另一方面来理解类似于结构构件的安全储备较高;延性较差的受力状态(如混凝土梁的受剪及砌体抗震墙的受剪)的RE值较大-从另一方面来理解类似于结构构件的安全储备较低43第四节 节点设计结构传递荷载的关键环节应满足安全、耐久、经济的使用要求“强节点弱

14、杆件”基本原则：在梁形成塑性铰前，梁柱连接的交界面处及节点域的抗弯能力必须大于框架的抗弯能力，防止在梁还未出现塑性铰时，交界面处或节点域发生脆性破坏塑性铰在梁上出现位置的强度应小于梁柱节点的强度443.1刚性连接节点的构造与受力45*主梁与柱的连接节点弯矩M、剪力V和轴力N主梁与柱连接的承载力梁翼缘和腹板与柱的连接（焊缝和螺栓群）在弯矩、剪力作用下的强度；柱腹板或翼缘板的抗压承载力梁受压翼缘引起的压力作用下，柱的腹板或翼缘是否会由于屈曲而破坏；节点板域的抗剪承载力节点处柱翼缘和水平加劲肋或水平加劲隔板所包围的柱腹板部分463.2 主梁与柱连接抗弯与抗剪承载力简化设计法弯矩由梁翼缘承担，而梁腹板

15、只承担剪力主梁翼缘的抗弯承载力大于主梁整个截面承载力的70%弯矩M引起的粱上、下翼缘内的水平力H为473.2 主梁与柱连接抗弯与抗剪承载力全截面设计法梁腹板除承担剪力外，还与梁翼缘一起承担弯矩以梁翼缘和腹板按各自截面惯性矩分担作用于梁端的弯矩 （设计弯矩），以梁翼缘承担弯矩 ，并以腹板承担弯矩 和梁端全部剪力V（设计剪力）48从以上设计概念出发当栓焊混合连接时，梁翼缘与柱焊接，“简化设计法”比“全截面设计法”偏于安全；当全焊连接时，梁腹板与柱连接，“简化设计法”偏于不安全。无论是“简化设计法”还是“全截面设计法”，连接计算都是从梁端的设计内力出发，也就是说，这两种方法都不是“等强连接”，即，梁

16、端弯矩和剪力不等于梁的全截面抗弯和抗剪承载力。49重要的两点：节点承载力问题：要使节点的承载力大于构件的承载力，就要以大于构件承载力的内力去设计它；显然，提高梁柱连接的交界面处及节点域的强度，也就相对降低了梁的强度；节点域稳定性问题：提高节点域的稳定性，将直接有利于结构的抗侧（刚度、位移）和自振周期衰减。503.3 柱腹板或翼缘板的承载力对8度及9度抗震设防区的多层框架，其梁柱节点及连接还要进行节点塑性区段的校核： 梁端或柱端由构件端面算起1/10跨长或2倍截面高度范围节点连接的极限承载力不应小于所连接构件（梁、柱、支撑）截面塑性承载力的1.2倍（抗弯承载力）及1.3倍（抗剪承载力）513.3

17、 柱腹板或翼缘板的承载力523.3 柱腹板或翼缘板的承载力5354节点抗震性能评价指标性问题滞回性能间接得到耗能能力抗侧刚度弹性极限延性性能屈服位移和极限位移的比（延性比）以上各项需由一定数量的试验结果，统计规律性机理，提出力学关系，建立理论模型。以试验得到滞回曲线为主要结果55564.拼接连接柱拼接接头一般设置在距楼板顶面以上1.11. 3m的位置，同时避开水平荷载下的大弯矩区574.拼接连接584.拼接连接594. 1.4 梁与梁的连接主梁的拼接接头应设在框架节点塑性区段以外通常设在距梁端1.01.6m处60次梁用钢量较多不是结构的主要构件，不需要考虑其延性有利于结构的整体性和柱的稳定性使

18、柱子承担的竖向荷载均匀次梁与主梁铰接当压型钢板肋较高，可以增大次梁间距61第五节 钢结构抗震设计1、 地震灾害节点破坏62美国北岭地震中梁柱节点破坏模式第五节 钢结构抗震设计1、 地震灾害构件破坏：整体失稳与局部失稳 63第五节 钢结构抗震设计2 抗震设计的设防与计算要求基于性态的结构抗震设计三水准、二阶段 正常使用暂时使用生命安全防止倒塌常遇A偶遇EB少遇HFC罕遇JIGD第一组：基本目标，由A、B、C、D组合第二组：重要性建筑，由E、F、G组合；第三组：十分重要性建筑，由H、I组合。64第五节 钢结构抗震设计三水准：抗震设防要求两阶段：设计方法第一阶段设计：按多遇地震烈度对应的地震作用效应

19、和其他荷载效应的组合验算结构构件的承载能力和结构的弹性变形（截面抗震验算）保证了第一水准的承载能力要求和变形要求第二阶段设计：按罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构的弹塑性变形（连接极限承载力验算）保证结构满足第三水准的抗震设防要求 65第五节 钢结构抗震设计建筑分类：用途甲、乙、丙、丁乙：生命线工程丙：一般建筑设防标准抗震措施：除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容(?)，包括抗震构造措施抗震构造措施：根据抗震概念设计原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求 66第五节 钢结构抗震设计 672.2 抗震计算要求 底部剪力法地震作用当做等效静力荷载忽略了高振型的影响

20、且对结构的第一振型也作了简化，因此计算精度较差振型分解反应谱法利用振型分解原理和反应谱理论进行结构最大地震反应分析拟动力方法，计算量稍大，计算精度较高，计算误差主要由于振形组合时关于地震动随机特性的假定时程分析法完全动力方法，计算量大，而计算精度高某一确定的地震动的时程反应682.2 抗震计算要求 （1）高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布均匀规则的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法；（2）除(1)外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法；（3）特别不规则建筑，甲类建筑和表6.8所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算

21、结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。692.3 地震作用内力的调整要求 薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%剪重比的概念：（黄金提问）考虑长周期结构用振型分解反应谱法和底部剪力法计算时,因地震影响系数取值可能偏低,相应计算的地震作用也偏低,因此出于安全考虑,规范规定了楼层水平地震剪力的最小值.若楼层水平地震剪力小于规范对剪重比的要求,水平地震剪力的取值应进行调整703 抗震概念设计要求 概念设计、抗震计算与构造措施主要原则有：保证结构的完整性，提高结构延性，设置多道结构防线713.4 强柱弱梁要求 强柱弱

22、梁型框架屈服时产生塑性变形而耗能的构件比强梁弱柱型框架多，而在同样的结构顶点位移条件下，强柱弱梁型框架的最大层问变形比强梁弱柱型框架小，因此强拄弱梁型框架的抗震性能较强梁弱柱型框架优越。与钢筋混凝土结构不同，钢结构梁通常不需要调幅系数，因为竖向荷载作用下弯矩调幅是针对钢筋混凝土构件而言的723.4 强柱弱梁要求 钢结构现在一般都是弹性设计部分构件（如，钢梁）可以用塑性设计，塑性设计可以充分利用材料的强度，节省材料。对于钢结构设计而言，强度问题在稳定问题之后，其按照弹性进行的内力分析与实际接近，因此没有调幅概念。钢结构的塑性设计与调幅是不同的概念734. 抗震构造要求陈绍蕃钢结构稳定设计指南建工

23、社2004陈骥钢结构稳定理论与设计科学出版社2003童根树钢结构的平面内外稳定建工社200574*关于节点抗震设计的探讨钢框架梁柱节点对钢结构建筑（物）的安全稳健起到了至关重要的作用。在正常使用或抵御灾害过程中，均需要梁柱节点具有荷载传递、变形消能及维持结构整体性等能力；一旦节点破坏，结构将形成机动构架而失去承载能力。 75*关于节点抗震设计的探讨现行节点抗震措施强调了两阶段设计方法并建议了多种节点构造措施。当遭遇多遇地震作用（小震）时，抗震措施（此时主要是抗震验算）应保证节点仍处于弹性，即保证多遇地震作用下，梁柱节点具有足够的抗弯和抗剪强度并使其连接的应力低于框架梁的应力，以实现小震不坏的设

24、计目标；当遭遇超过多遇地震作用至基本烈度（中震），或遭遇罕遇地震作用（大震）时，除应满足截面抗震验算外，还需要对节点连接极限承载力进行验算，即保证地震烈度高于多遇地震烈度时，可迫使处于高应力下的框架梁率先发展成为塑性铰，避免梁柱节点破坏，充分发挥钢材延性来耗散地震能量，实现大震不倒的设计目标 76*关于节点抗震设计的探讨对于不满足连接极限承载力的节点，则可以在梁端采用加大焊缝截面积，如加焊盖板或加宽梁端翼缘板等；或在离梁端不远处将梁的上下翼缘或腹板进行削弱。这些措施能够实现梁内形成塑性铰耗能，而避免节点破坏，即出现所谓的“加强式”连接和“削弱式”连接。“加强式”连接的抗震措施是以增强节点连接处

25、的抗弯和抗剪能力为目的，且同时需要对节点域进行补强，以防止节点域相对弱化造成的过大剪切变形；“削弱式”连接则是以降低节点连接的弯曲应力为目的，相对弱化杆件，构成“强节点弱杆件”的抗震设计原则，促使框架梁发展延性 77*关于节点抗震设计的探讨 很多时候，可能在相同设计条件下设计出三种承载力相差非常悬殊的连接作法: 一是，当按设计表达式 计算时，按组合内力来设计节点连接。 二是，组合内力只是作为检验构件截面的依据。但在塑性区的节点连接设计时，是取高于构件的最大承载力设计值作为节点的作用力来对节点连接进行设计与验算。 三是，完全按照公式 来进行连接的极限承载力计算。78Which one is re

26、asonable?7/8/202279 以上三种截然不同的设计方法，将直接影响到设计的节点是否满足 “强节点弱杆杆” 的抗震要求，是否能实现 “小震不坏，中震可修，大震不倒” 设计目标的根本问题。第一种是错误的第三种设计理念虽然可取，但式中的有关系数和强度取值有问题，很不安全。第二种设计计算方法是比较稳妥、正确的。1 第一种设计方法（即按组合内力来设计的方法）采用该法的理论根据是，认为在多遇地震作用下，结构处于弹性阶段，连接设计只要根据组合内力，并根据梁的应力强度比（即梁的地震组合弯矩设计值乘以梁的承载力抗震调整系数 0.75 后，在梁截面中产生的弯曲应力与梁的钢材强度设计值之比）来进行设计即

27、可。 在此引用一个具体数字来说明这一方法的思路。7/8/202280假定梁端有一个 的地震组合弯矩。 利用 验算梁截面，要求梁截面抗弯承载力设计值必须在确定梁端的焊缝连接时，其焊缝截面的抗弯承载力设计值就必须要即在相同组合弯矩作用下, 经过规范采用不同的调整系数调整后，就变成了在设计焊缝连接与设计梁截面时，分别采用不同的内力设计值来进行设计。此时，连接焊缝时的内力设计值是梁截面内力设计值的 倍。这里就存在了三个问题。7/8/202281 1）如果所设计的梁截面刚好等于 （即应力强度比刚好等于 时），由于梁端连接焊缝的抗弯承载力设计值需要 此时梁端整个截面即使采用全熔透的对接焊缝，也只能承受 的

28、弯矩。怎么办？ 可采用加强式连接来解决（如加盖板；或局部加宽梁端翼缘板，或在梁端下翼缘加腋板等办法来增大焊缝的截面积以增大焊缝的抗弯能力）。7/8/202282 2) 如果在梁端不采用加强的作法，而是在工厂采用全焊缝连接的常规作法。由于焊缝的抗弯承载力最多只能作到与梁截面的抗弯承载等强，此时就必须要改用一个能承受 的梁截面，但此时由于梁截面只需用 的弯矩值 来设计，梁的承载力有富裕不能充分利用，其应力强度比只用到了 。7/8/202283 3）如果在梁端仍不采用加强的作法，而是在梁端采用栓焊连接的另一种常规作法（即梁腹板与柱之间采用只传递剪力的螺栓连接，梁翼缘与柱之间采用只传递弯矩的全熔透坡口

29、对接焊）由于焊缝的抗弯承载力最多只能作到梁截面抗弯承载力设计值的 ，此时就必须要改用一个能承受 的梁截面，但此时由于梁截面只需用 的弯矩值来设计，梁的承载力更加富裕而不能充分利用,其应力强度比 只用到了 。 7/8/202284连接设计的第一种方法，从上面的具体算例可以看出，如果在抗震的节点连接设计中，按地震组合内力来进行设计，就必然出现下面归纳的三种情况：7/8/2022851）当梁的应力强度比大于 0.83 时，就应开始在梁端采取加强措施来增大焊缝的抗弯承载力当梁的应力强度比大到等于 1.0 时，其加强后的焊缝抗弯承载力设计值就应不小于梁截面抗弯承载力设计值的 1.2 倍。( 该 1.2

30、即为焊缝的抗震调整系数 与梁的抗震调整系数 之比）。7/8/202286 2）当梁的应力强度比 小于 0.83 时，在梁端就可以不必加强，而只需采用全焊接连接（即截面的抗弯等强连接）就可满足使焊缝的抗弯承载力设计值大于组合内力设计值的 1.2 倍的要求。7/8/202287即当应力强度比 为 0.830.73 7/8/202288 3）当梁的应力强度比小于时，在梁端还可以采用栓焊连接的作法（即梁腹板与柱之间采用只传递剪力的螺栓连接，梁翼缘与柱之间采用只传递弯矩的全熔透坡口对接焊）同样也能使栓焊连接的承载力大于组合内力设计值 1.2 倍的要求。 如下图所示：7/8/202289即当应力强度比 0

31、.06rad规范要求：0.04rad 节点延性破坏 普通支撑的缺点：由于支撑受压屈曲，支撑的滞回 耗能性能较差支撑屈曲支撑滞回曲线屈曲约束支撑屈曲约束支撑 屈曲约束支撑构件组成示意图 通过外加套筒，约束支撑不发生屈曲。屈曲约束支撑（bukling-restrained brace）简称屈曲支撑（BRB），是一种在受拉和受压均能达到屈服而不发生屈曲失稳的轴向受力构件，一般地，BRB由三部分组成，即核心单元（芯材）、约束单位以及药材和约束单元之间的无粘结材料组成屈曲支撑及其特点（续） 核心单元构件是主要受力构件，由低强度钢板组成，常见的形状为十字形和一字形，约束单元提供侧向约束，防止芯材受压时发生

32、屈曲失稳，目前常用的为钢管砼，无粘结材料仓裹在核心单元的表面，用于消除核心单元与约束单元之间的摩擦力。 屈曲支撑于本世纪初在美国、日本等国得到了广泛的研究与应用，近年来，在我国已得到广泛关注，并部分用于实际工程中，如上海东方体育中心、上海世博中心、北京银泰中心、以及中小学抗震加固改造等等。如下所示：上海东方体育中心上海世博中心钢框架支撑结构类型支撑框架梁框架柱桁架主体结构总用钢量屈曲约束支撑431t2341t3063t1959t7794t普通支撑1120t2458t3271t1959t8808t屈曲支撑及其特点（续）2 屈曲支撑的特点（与普通支撑的对比）：普通支撑常用的形式：图3、图4图3 中

33、心支撑图4 偏心支撑屈曲支撑及其特点（续）屈曲支撑常用的形式如图5所示：图5 屈曲支撑屈曲支撑及其特点（续）a.普通中心支撑：特点：支撑受压屈曲，刚度迅速下降，承载力低，耗能受力差。b.普通偏心支撑：特点：有耗能梁段，耗能性能好，但支撑强度不能充分发挥，震后修复困难。c.屈曲约束支撑：特点：支撑不会屈曲，只会屈服，通过支撑屈服耗能保护梁、柱构件不破坏，减小了大震下的变形，且因只发生支撑屈服，震后易于更换。支撑刚度的强度完全发挥，一般来说，相同刚度下，承载能力比普通支撑提高310倍。屈曲支撑及其特点（续） “小震经济”、“中震不坏”、“大震易修”是屈曲约束支撑的特点，显然完全达到了现行国家标准规

34、定的抗震设防三水位“小震不坏、大震不倒、中震可修”，而且在此基础上更上一层楼。1. 屈曲约束支撑的力学特征 屈曲约束支撑与普通支撑滞回曲线的对比 滞回耗能性能优越 小震下像普通支撑工作，大震下像耗能构件工作 1995年神户地震后，屈曲约束支撑结构在日本被大量使用。1994年北岭地震后，美国也开始接受这种结构。目前日本已有400余栋建筑、台湾地区已在各种建筑采用了约1万根屈曲约束支撑。 国内外应用情况 新日铁开发的屈曲约束支撑应用实例（a）立面（b）连接节点国内外应用情况目前存在的问题 1、产品标准问题国内尚无屈曲约束支撑产品标准。2、产品国产化问题 目前在国内外工程中应用的屈曲约束支撑主要为境

35、外厂家产品。TJI型屈曲约束支撑的设计与构造 TJI型屈曲约束支撑的技术特点1、组成形式 套筒与芯板之间无填充材料。 2、芯板用材 芯板用材可以选用国产低碳钢Q235/Q195和国产低屈服点钢（fy225N/mm2）。加载制度加载制度TJI型屈曲约束支撑试验 采用位移控制，依次以1/300、1/200、1/150、1/100、1/80支撑长度（L）的变形往复加载，每个变形幅值循环加载3次。TJI型屈曲约束支撑性能试验与国外屈曲约束支撑综合对比 1、性能相当2、价格便宜1/2以上3、供货周期缩短约一半 日本新日铁支撑TJI型(Q195)支撑上海世博中心TJI型屈曲约束支撑的应用钢板组合剪力墙超高

36、层建筑的应用 超高层混合结构体系中，剪力墙是一种重要的抗侧力构件。在地震作用下，核心筒剪力墙不仅承担了大部分地震剪力，而且还起到了耗散地震能量的重要作用，是超高层混合结构体系抗震设计的关键构件。超高层建筑的发展和应用钢板混凝土组合剪力墙的发展和应用1.1超高层的定义 1972年8月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上，专门讨论并提出高层建筑的分类和定义。第一类高层建筑：9-16层（高度到50米）；第二类高层建筑：17-25层（高度到75米）；第三类高层建筑：26-40层（最高到100米）；超高层建筑：40层以上（高度100米以上）。 我国民用建筑设计通则GB503522005规

37、定：建筑高度超过100m时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。1 超高层建筑的发展与应用1.2超高层的发展1 超高层建筑的发展与应用1909年建成的纽约 “大都会人寿保险公司大楼，到2013年底，目前世界最高的100座建筑中，有58座是从2005年底到现在的7年中建成的。就高度上超过300米的超高层而言，在1990年全球范围内仅有13座，而到了2013年底这一数字已达到70左右，即在过去的二十年里增长了538%。单单在2013年就有十几座超高层建筑建成，为历史之最。拥有最高建筑的主导性地区已经迅速发生改变。近至1990年，世界最高的100座建筑中有80%位于北美，而到2012年底这一比例预计仅

38、有20%，主导地区转向了亚洲（42%，仅中国就占34%）和中东地区（32%，仅迪拜就占21%）。1.3超高层的结构形式1 超高层建筑的发展与应用 超高层建筑重力荷载巨大，结构的重力荷载代表值可达数十万 t 以上，竖向构件除需受很大的竖向荷载外，在抵抗风荷载和地震作用也需发挥巨大作用。 为满足结构的承载力及延性的要求，充分发挥钢材与混凝土的强度，降低构件尺寸，减轻建筑自重，提高建筑使用空间，钢-混凝土组合在超高层建筑得到了广泛的运用。1.3超高层的结构形式1 超高层建筑的发展与应用 巨型钢管混凝土柱、型钢混凝土柱，内置钢桁架斜撑混凝土组合剪力墙、型钢混凝土框架+混凝土核心筒结构1.3超高层的结构

39、形式1 超高层建筑的发展与应用 例如深圳京基100金融中心采用型钢混凝土内筒，钢管混凝土框架体系，其中大的巨型柱尺寸2.7m3.9m。材料强度高，混凝土为C80，构件含钢量大，为9.13%。1.3超高层的结构形式1 超高层建筑的发展与应用 深圳京基金融中心超高层建筑型钢混凝土剪力墙的施工现场情况。2.4钢板混凝土组合剪力墙的应用2 钢板混凝土组合剪力墙发展与应用2.1钢板混凝土组合剪力墙的概念2 钢板混凝土组合剪力墙发展与应用 组合剪力墙由内填钢板和钢筋混凝土板组成，它们之间通过栓钉进行连接。2.2钢板混凝土组合剪力墙的种类2 钢板混凝土组合剪力墙发展与应用现浇钢板混凝土组合剪力墙预制钢板混凝土组合剪力墙 根据施工方法与受力机理的不同，可分为两类:现浇混凝土板钢板组合墙和预制混凝土盖板钢板组合墙。2.3钢板混凝土组合剪力墙的发展2 钢板混凝土组合剪力墙发展与应用上世纪60年代日本提出了在钢板支撑周围浇筑钢筋混凝土以防止钢支撑的屈曲，使剪力墙获