解析高層鋼結構剛臂的效果
2020-08-13 08:58 高層鋼結構 華邦建設
一、無剛臂時
1、連接支撐芯筒與外圈鋼柱的各層鋼梁跨度大，截面小，抗彎剛度弱。當整個高層鋼結構體系受到水平荷載作用時，外柱基本上不參與整體抗彎，支撐芯筒幾乎承擔了全部的傾覆力矩。
2、支撐芯筒在各樓層處傾覆力矩的作用下，沿全高發(fā)彎曲變形，近側柱受拉伸長，遠側柱受壓縮短，使支撐的各樓層橫梁向一側傾斜，而且往上逐層積累，頂層橫梁的傾斜度達到大值，但各層橫梁的中點處仍維持原來的標高不變，左、右外柱因基本上不參與抗彎，由傾覆力矩引起的附加軸力很小，柱頂標高也就不變，基本上與支撐橫梁中點位于同一高度。
二、設置帽剛臂
1、橫貫高層鋼結構房屋全寬的帽剛臂，豎向抗彎剛度很大。在水平荷載作用下，當支撐芯筒發(fā)生彎曲變形，導致支撐橫梁連同帽剛臂發(fā)生傾斜轉動時，迫使左、右側外柱分別發(fā)生拉伸和壓縮，其反力R與-R形成的反力矩M，又反過來通過剛臂施加于支撐芯筒，從而使支撐芯筒各水平截面所受到的傾覆為矩值減小。
2、隨著支撐芯筒所承擔力矩的減小，支撐豎桿拉力約減小20%，這將有利于地腳螺栓的合理布置。
3、由于外柱參與結構的整個受彎，支撐芯筒各層橫梁的傾斜轉角，以及由此引起的結構側移顯著減小。
4、一個極端情況是：假設剛臂的豎向抗剪、抗彎剛度以及外柱的軸向抗壓剛度特別大，當整個高層鋼結構體系即使遭遇很大水平荷載、產(chǎn)生側向變形時，支撐芯筒頂層橫梁和帽剛臂仍能保持水平狀態(tài)，結構頂點側移將比無剛臂時減小50%。實際工程，減小量一般為20%—30%。
三、增設腰剛臂
1、除帽剛臂外，在結構半高處再增設一道腰剛臂，支撐芯筒所需承擔的傾覆力矩將進一步減小。
2、增設腰剛臂后，支撐芯筒各層橫梁的傾斜轉角進一步減小，整個高層鋼結構體系的側移也隨之進一步減小。
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