《高楼钢结构体系与工程实例》中的结构特征及框架-支撑体系

1.结构体系的组成

（1）以框架体系为基础，沿房屋纵向、横向或其他主轴方向，根据侧力的大小，布置一定数量的竖向支撑，所组成的结构体系，称为框架-支撑体系（Braced Frame Structural Sys-tem），简称框-撑体系（图5-1）。支撑框架在纵横两个方向的布置均宜基本对称。支撑框架之间的楼盖长宽比不宜大于3。

图5-1 钢结构高楼的框架-支撑体系

a）结构平面 b）结构剖面

（2）支撑框架中的框架梁与框架柱仍为刚性连接。支撑斜杆两端与框架梁、柱的连接，尽管在结构计算简图中假定为铰接，但实际构造仍多采取刚性连接，少数工程（上海金茂大厦等）也有采用钢销连接的铰接构造。

（3）竖向支撑可采用轴交支撑（或称中心支撑）、偏交支撑（或称偏心支撑）或防屈曲支撑（或称屈曲约束支撑）。

（4）结构抗震等级为三、四级且房屋高度不大于50m的钢结构，可采用轴交支撑。

（5）结构抗震等级为一、二级以及房屋高度超过50m的三、四级钢结构，宜采用偏交支撑、防屈曲支撑或带有消能装置的轴交支撑。

（6）钢结构房屋抗震等级的划分详见第1章表1-2。

2.框-撑体系的侧移

图5-1所示的框架-支撑体系，沿房屋的横向或纵向，各棍框架和各片竖向支撑由各层楼板连接为整体，形成一个空间结构。

在风或地震等水平荷载作用下，当楼板可视为刚性横隔板时，在结构不发生扭转振动的情况下，沿房屋横向或纵向，各棍框架和各片竖向支撑的侧移值相同，其计算简图可用刚性连杆将框架与支撑连为如图5-2a所示的并联体，其整体侧移曲线属“剪弯型”，如图5-2b所示。

图5-2b中还绘出框架和竖向支撑分别单独工作时的侧移曲线，从中可以看出，框-撑体系的侧移曲线，在结构的下半部，层间侧移角要比单独框架（相当于框架体系）减小很多。(www.xing528.com)

3.框架与支撑的变形协调和相互作用

水平荷载作用下，框架属剪切型构件，支撑近似于弯曲型构件，通过多根刚性连杆（代表各层刚性楼盖）的协调，使两者的侧向变形趋于一致（图5-2b）。

水平荷载作用下，在结构的下部，单独支撑的侧移量小（图5-3a），单独框架的侧移量大（图5-3b）；在结构的上部，正好相反。各层楼盖为使两者的侧移协调一致，支撑与框架之间产生相互作用力，在结构的上部为推力，在结构的下部为拉力（图5-3c）。

图5-2 水平荷载作用下框架-支撑体系的变形特征

a）框架-支撑并联体 b）侧移曲线

图5-3 框-撑体系中支撑与框架的相互作用力

a）单独支撑侧向变形 b）单独框架侧向变形 c）框架-支撑并联体的相互作用力

框架与支撑相互作用的结果，使整个结构顶部的侧移值减小，整个结构下半部的层间侧移角减小。

4.房屋高度

竖向支撑属于几何不变的轴力杆系，与属于几何可变的弯曲杆系的框架相比较，具有大得多的抗推刚度和水平承载力。

采用框-撑体系的楼房，不仅因为有较刚、较强的支撑作为主要抗侧力构件，还因为支撑与框架的相互作用，大大减小整个结构下部的较大层间侧移角，使各楼层的层间侧移角渐趋一致。所以，楼房的层数可以比框架体系楼房增加较多。