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发信人: liuhongbo (终焉剑史), 信区: Architecture
标  题: 钢结构
发信站: 哈工大紫丁香 (2000年06月30日16:39:38 星期五), 站内信件

摘  要
    随着我国经济的飞速发展，钢结构正以它重量轻、强度高、施工周期短等优点，而
正在被越来越多的建筑所采用。但是钢结构框架的水平刚度相对比较弱，在水平荷载（
地震荷载）作用下结构的将出现破坏，而且近几十年给人们带来巨大损失的地震使人们
越来越重视建筑的抗震设计。因此人们在钢框架中引入了支撑系统，而且支撑在钢框架
中的应用也越来越广泛，但现有的设计规范还不完善，为了既保证结构的安全，又保证
不过分浪费材料，我们有必要对结构的设计方案进行模拟地震数值分析，当然对于重要
的建还应当进行模型震动试验，而且最新的抗震设计思路是由美国学者提出的功能抗震
，其中的一个核心就是以位移定量地分析结构性能，因而本文将以结构的水平位移作为
分析的主要内容，对带支撑的钢框架作模拟地震分析。本文选择了一个现象学的支撑分
析模型，并在分析中将按照杆系模型计算结构的刚度，并采用静力凝聚对结构进行了简
化，通过对编制的程序输入双向EL-Centro波后对一三层带支撑钢框架进行模拟分析。在
以往对带支撑钢框架的分析时，往往进行的是平面内的计算，但实际工作中的结构是受
着双向水平地震作用的，为了更准确地分析结构的地震响应，本文对结构作了空间分析
，并且发现两个方向的地震力间有影响。此外在支撑的设计中，支撑的长细比是一个重
要的控制参数，如何确定合适的长细比范围对整个框架的抗震性能有很大的影响，本文
通过对多组支撑结构的分析，得到了长细比影响框架性能的一些规律：长细比在100左右
时性能最优，框架性能不是随着支撑面积的增大而变优。最后还对在高温环境下的钢框
架作了分析，这是因为钢结构并不耐火，其在温度升高时的性能将下降，分析发现模型
框架在230℃时性能急剧下降。
 结  论
    经过课题的研究得到了许多结论。首先在研究了许多种支撑的分析模型之后，选择
了一个比较接近于实际工作情况的现象学模型，通过具体的推导得到了可供程序实现的
刚度选择，同时通过框架其他各构件刚度的推导，也得到了可以为编程所使用的刚度方
程和刚度矩阵。然后通过采用Fortran90进行了计算程序的编制，通过算例的计算首先验
证了上述推导的可行性和正确性，算例得到的支撑的滞回曲线与模型中的曲线吻合的比
较好，各个阶段的刚度与模型的理论刚度基本一致，其他构件的刚度矩阵的推导也是正
确的，而且静力凝聚也是可行的，其次通过算例得到了带支撑钢框架抗震性能的一些规
律：通过计算分析，随着支撑面积、刚度的增加和长细比的减小，框架两个方向的位移
都趋于减小，但并不是严格减小；带支撑刚框架两个方向的最小位移分别出现在第 9组
和第11组，三组框架的最小侧移均出现在支撑长细比为100左右时；长细比越小，带支撑
框架的刚度就越大，但同时也可能会引起较大的地震作用力，建议对每一个结构分别进
行模拟分析得出最优长细比；地震波是一随机过程，两个方向的加速度记录是不同的，
而支撑工作状态也将不同，从而决定框架整体刚度的变化有所不同；支撑截面型式相差
很小时，支撑形成的滞回曲线也可能相差很大，这是由限定了分析间隔时间决定的；本
例选用的后四组支撑的截面型式属于C类，其稳定系数要比B类的要小，在实际应用中要
选择稳定系数大的截面型式；在抗震时，支撑的性能主要由支撑的面积和长细比决定，
同惯性距关系不大。另外，通过计算还发现，节点域的性能对整个框架的强度和刚度有
较大的影响，节点域的用钢量在整个结构所占比重较小，但作用却很大，所以如果想经
济地加强框架，最好从节点域方面入手，但也注意在加强节点域时，应该使节点域先于
框架梁柱进入弹塑性工作状态，并且在支撑进入弹塑性状态之后才屈服，以便使整个框
架在地震中安全工作。最后通过对在高温工作下的框架的分析，可看出工作温度在小于
230℃时，此框架结构的侧移变化不大(但也是在逐渐增大)，也就是说在此温度区间，框
架依然能够在弹性范围内工作，此时可以不考虑温度对结构的影响，其它结构的临界温
度就不一定都是250℃；在温度增大时，侧移不是总在增加，但总得趋势是增加的，这些
现象的原因主要是温度的升高会弹性模量、抗剪模量、轴压系数，但是这三个参数并不
都是随温度的升高而升高，所以框架的刚度就不是一直在降低，还有结构刚度越大受温
度的影响就越小。
通过此课题的研究，得到了适合实际应用的程序，此程序可以输入各种形式的结构和各
种地震波，可以对带支撑的钢框架进行模拟地震分析，为此类结构的设计提供依据。

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中国人要自强

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