高层钢框筒结构静力性能讨论 《钢结构杂志》2024 年第六期 1 计算模型 钢框筒立面模型CT如图2a所示,在CT的基础上施加预应力支撑后的跨层预应力支撑钢框筒的立面模型CT1如图2b所示,预应力支撑分布在钢框筒结构的4个立面,每个立面每5层布置两对预应力支撑,预应力支撑直径为80mm,布置角度为45°,弹性模量E取1.95×105MPa,初始预拉力为367.38kN。为对钢筒框结构施加预应力支撑前后作出较精确的静力对比分析,计算采纳SAP2000有限元杆系模型。 2 抗侧力量对比分析 风荷载作用下,钢框筒最大层间位移角和顶点位移分别为1/772和125.21mm,跨层预应力支撑钢框筒最大层间位移角和顶点位移分别为1/914和98.7mm。CT模型和CT1模型的侧移如图3所示。由图3可知:对钢框筒结构施加跨层预应力支撑这一方法,使钢框筒结构的侧移减小了26.9%,也即由于支撑预拉力的作用,其抗侧力量明显提高。 3 剪力滞后效应 在矩形截面钢框筒中,将水平荷载直接作用的一榀框架及与它平行的框架称为翼缘;其余两榀框架称为腹板,如图4所示。理想钢筒体犹如一个竖在地面上的箱形截面悬臂梁,在水平荷载作用下,其截面应力由经典弯曲理论公式确定,计算出的外框筒轴向应力呈直线分布,如图5虚线所示,符合平截面假定。但由于实际钢框筒结构存在剪力滞后效应,其柱轴向应力分布如图5实线所示呈现非线性,即角柱轴向应力增大,越靠近中部轴向应力越小,结构已不满意平截面假定。导致钢框筒剪力滞后现象的直接缘由是框筒窗裙梁的剪切变形,使得角柱的轴向变形大于翼缘各柱。剪力滞后现象在结构底层最为明显,随着层数的增加,其影响渐渐减小,因此,本文主要讨论结构底部的剪力滞后效应。为了能简洁地对剪力滞后现象做出定量分析,只对翼缘框架的剪力滞后效应进行讨论,且用角柱应力集中系数来衡量钢框筒的剪力滞后程度。角柱应力集中系数定义为角柱轴向应力与翼缘框架柱〔含角柱〕的平均轴向应力的比值,角柱应力集中系数越大,剪力滞后效应越严峻。分别以受拉翼缘和受压翼缘两侧外框筒柱为讨论对象,角柱应力集中系数为受拉〔受压〕翼缘角柱轴向应力与受拉〔受压〕翼缘框架柱轴向应力平均值的比值。跨层预应力支撑钢框筒结构〔CT1〕和钢框筒结构〔CT〕的角柱应力集中系数随楼层的改变如图6所示。由图6可知,模型CT的角柱应力集中系数随楼层的增高而渐渐降低,结构底部...