支撑框架体系与框架-支撑体系的对比-华北电力设计院课件.ppt
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- 支撑 框架 体系 对比 华北电力 设计院 课件
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1、“支撑框架”体系与“框架-支撑”体系的对比钢结构主厂房采用“支撑框架”体系设计的若干体验之二 东北电力设计院 2009年8月内内 容容1“钢结构主厂房抗震研究钢结构主厂房抗震研究”简介简介2支撑框架体系简介支撑框架体系简介3两种结构体系两种结构体系特点的比较特点的比较4两种结构体系在制造、安装两种结构体系在制造、安装和用钢量方面的对比分析和用钢量方面的对比分析5结论和建议结论和建议 1课题名称课题名称:“火力发电厂主厂房钢结构抗震设计火力发电厂主厂房钢结构抗震设计 方法的研究与应用方法的研究与应用”时间时间:2006.122006.122009.52009.5合作单位:合作单位:哈尔滨工业大学
2、哈尔滨工业大学课题立项背景课题立项背景 “支撑框架体系支撑框架体系” 没有包括在新版没有包括在新版抗规抗规中中 抗规抗规有关的框架有关的框架- -支撑体系的规定适用于支撑体系的规定适用于 民用房屋民用房屋 主厂房钢结构设计缺少系统、完整的设计方法主厂房钢结构设计缺少系统、完整的设计方法 和公式,许多疑难问题亟待解决和公式,许多疑难问题亟待解决 怎么办?怎么办?专家意见(专家意见(20022002年)年)应针对行业特点,制定本行业应针对行业特点,制定本行业的规范和标准的规范和标准抗震规范的条文是可以突破和抗震规范的条文是可以突破和补充的(前补充的(前5 5章除外)章除外)抗震规范的修编参考了美国
3、和抗震规范的修编参考了美国和其他国家的相关规范,在制定其他国家的相关规范,在制定本行业规定时,应借鉴本行业规定时,应借鉴进行必要的试验研究进行必要的试验研究专专 家家 意意 见见 课题目标课题目标 结合大唐长山热电厂六期工程主厂房钢结构结合大唐长山热电厂六期工程主厂房钢结构施工图阶段的设计,以中国抗震规范为基础,借鉴施工图阶段的设计,以中国抗震规范为基础,借鉴国外规范、规定及其他文献,辅以必要的结构试验,国外规范、规定及其他文献,辅以必要的结构试验,研究研究“延性铰接中心支撑框架延性铰接中心支撑框架”体系体系(可简称为(可简称为“支撑框架体系支撑框架体系”)的抗震性能,提出适合高烈度)的抗震性
4、能,提出适合高烈度区多层厂房抗震设计的原则和方法,作为对现行国区多层厂房抗震设计的原则和方法,作为对现行国家规范的补充,指导当前的长山热电厂六期工程的家规范的补充,指导当前的长山热电厂六期工程的设计,为今后类似工程的设计奠定一个良好的基础。设计,为今后类似工程的设计奠定一个良好的基础。 课题内容课题内容 1 1)支撑框架体系整体模型模拟地震振动台)支撑框架体系整体模型模拟地震振动台 试验试验 2 2)板式连接节点的伪静力试验)板式连接节点的伪静力试验 3 3)支撑框架体系的有限元数值计算)支撑框架体系的有限元数值计算 4 4)支撑框架体系论证)支撑框架体系论证 5 5)支撑框架体系的结构布置原
5、则和结构分)支撑框架体系的结构布置原则和结构分 析方法论述析方法论述 6 6)支撑框架体系的构件计算和构造要求的)支撑框架体系的构件计算和构造要求的 研究研究 7 7)支撑框架体系的支撑节点及节点板计算)支撑框架体系的支撑节点及节点板计算 和构造要求的研究和构造要求的研究 8 8)柱拼接采用高强度螺栓连接计算的研究)柱拼接采用高强度螺栓连接计算的研究 9 9)支撑框架体系与框架支撑体系的经济性)支撑框架体系与框架支撑体系的经济性 对比分析对比分析 10 10)使用课题研究成果开展长山热电厂主厂)使用课题研究成果开展长山热电厂主厂 房钢结构设计房钢结构设计支撑框架支撑框架体系的振体系的振动台试验
6、动台试验支撑板式连接节点性能及设计方法研究支撑板式连接节点性能及设计方法研究有限元分析有限元分析 节点板弹塑性应力的有限元分析节点板弹塑性应力的有限元分析课题主要研究成果报告课题主要研究成果报告报告之一:总报告报告之一:总报告报告之二:主厂房钢结构支撑框架体系的振动台试验报告之二:主厂房钢结构支撑框架体系的振动台试验 及有限元模拟研究及有限元模拟研究报告之三:铰接刚架支撑板式连接节点的性能及其设报告之三:铰接刚架支撑板式连接节点的性能及其设 计方法研究计方法研究报告之四:主厂房钢结构支撑框架体系整体弹塑性地报告之四:主厂房钢结构支撑框架体系整体弹塑性地 震反应分析震反应分析报告之五:主厂房钢结
7、构设计中若干技术问题的讨论报告之五:主厂房钢结构设计中若干技术问题的讨论报告之六:主厂房钢构体系的经济性对比分析报告之六:主厂房钢构体系的经济性对比分析报告之七:长山热电厂六期工程钢结构主厂房设计报告之七:长山热电厂六期工程钢结构主厂房设计课题课题成果 1 1)本课题在借鉴国内外特别是美国对支撑)本课题在借鉴国内外特别是美国对支撑 框架体系进行的理论和试验研究以及实践成框架体系进行的理论和试验研究以及实践成 果的基础上,针对火力发电厂主厂房钢结构果的基础上,针对火力发电厂主厂房钢结构 采用支撑框架体系的抗震性能进行了整体模采用支撑框架体系的抗震性能进行了整体模 型振动台试验和支撑板式连接节点性
8、能试型振动台试验和支撑板式连接节点性能试 验,并同时进行了有限元分析。试验和分析验,并同时进行了有限元分析。试验和分析 证实,在证实,在8 8度地震区火力发电厂主厂房钢结度地震区火力发电厂主厂房钢结 构采用支撑框架体系是可行的,合理的,也构采用支撑框架体系是可行的,合理的,也 是安全的。是安全的。 2 2)本课题对支撑框架体系的结构布置原则)本课题对支撑框架体系的结构布置原则和分析方法、构件选择和节点计算以及构造和分析方法、构件选择和节点计算以及构造措施等进行了了研究。在研究国内外特别是措施等进行了了研究。在研究国内外特别是美国钢结构抗震设计方法的基础上,提出了美国钢结构抗震设计方法的基础上,
9、提出了支撑框架体系抗震设计的一系列规定、计算支撑框架体系抗震设计的一系列规定、计算方法和公式,其中包括借鉴、完善和改进的方法和公式,其中包括借鉴、完善和改进的内容,也有本课题提出的新成果,使设计的内容,也有本课题提出的新成果,使设计的全过程均有据可依,具有很强的实用性和可全过程均有据可依,具有很强的实用性和可操作性操作性3 3)本课题对支撑框架体系与框架)本课题对支撑框架体系与框架- -支撑体系支撑体系进行了整体经济性对比分析。研究表明,支进行了整体经济性对比分析。研究表明,支撑框架体系不仅具有制造简单和安装方便的撑框架体系不仅具有制造简单和安装方便的特点,而且能有效的节约钢材,因此,这种特点
10、,而且能有效的节约钢材,因此,这种体系的推广使用将会带来明显的经济效益和体系的推广使用将会带来明显的经济效益和社会效益社会效益4 4)在本课题进行过程中,在科研成果的指)在本课题进行过程中,在科研成果的指导下完成了一台导下完成了一台660MW660MW机组主厂房钢结机组主厂房钢结构的设计。该设计体现了支撑框架结构制造构的设计。该设计体现了支撑框架结构制造简单、安装方便和节约钢材的特点,业主、简单、安装方便和节约钢材的特点,业主、制造厂和施工单位均予以充分肯定。设计工制造厂和施工单位均予以充分肯定。设计工作为研究工作的深入进行起到促进作用,并作为研究工作的深入进行起到促进作用,并为今后的钢结构抗
11、震设计提供了有益的实践为今后的钢结构抗震设计提供了有益的实践经验经验 V V形撑与人字形撑组成的大形撑与人字形撑组成的大X X形支撑形支撑 煤仓间底层的横向垂直支撑煤仓间底层的横向垂直支撑建设中的长山热电厂六期工程建设中的长山热电厂六期工程 从从A A排外看安装中的主厂房排外看安装中的主厂房 为什么能抗震?为什么能抗震? 支撑框架体系简介支撑框架体系简介2典型的支撑框架结构典型的支撑框架结构 所谓所谓“支撑框架支撑框架”实际实际上是由竖向桁架组成的抗侧上是由竖向桁架组成的抗侧力体系,构件连接采用铰接,力体系,构件连接采用铰接,构件的工作线均汇交于工作构件的工作线均汇交于工作点点 “支撑框架支撑
12、框架” 即即“建建筑工程抗震性态设计通则筑工程抗震性态设计通则”中的中的“中心支撑框架中心支撑框架” ,相当于美国抗震规定中的相当于美国抗震规定中的“特殊中心支撑框架特殊中心支撑框架(SCBFSCBF)” 2.1 2.1 (特殊)支撑框架的优越性(特殊)支撑框架的优越性较高的屈曲后能力。大震中不丧失承载力较高的屈曲后能力。大震中不丧失承载力较高的延性。结构在地震中承受多次弹塑较高的延性。结构在地震中承受多次弹塑性循环变形不断裂性循环变形不断裂具有耗能能力。弹塑性延性变形导致能量具有耗能能力。弹塑性延性变形导致能量的耗散,减小了地震力的耗散,减小了地震力较好的经济效益。这是地震力减小后的必较好的
13、经济效益。这是地震力减小后的必然结果。不是然结果。不是“硬抗硬抗”制造简单、安装方便、节约钢材制造简单、安装方便、节约钢材2.22.2(延性)支撑框架设计要点(延性)支撑框架设计要点 如何如何实现?实现?结构整体的合理布置结构整体的合理布置 刚度均匀、路径明确、支撑足够,并有冗余控制构件和连接的破坏模式(极限状态)控制构件和连接的破坏模式(极限状态) 按分等级次序安排破坏模式,延性(屈服)在前,脆性(块剪、断裂)在后严谨和细致的细部设计严谨和细致的细部设计 如节点板计算:节点板的W区屈服;螺栓孔壁承压破坏(前2为延性破坏模式) ; 在组合应力作用下节点板的临界截面屈服;节点板屈曲;节点板边缘屈
14、曲;节点板的块状剪切破坏以及节点板净面积断裂(后2为脆性破坏模式) 严格的构造措施规定严格的构造措施规定 构件长细比 板件的宽厚比(“紧凑型” 截面) 梁的侧向支承的设置 节点板在支撑杆件末端的“2t”2.3 2.3 按分等级排序的破坏模式的概念按分等级排序的破坏模式的概念 支撑构件的支撑构件的4 4个重要的区个重要的区- -支撑构件支撑与节点板支撑构件支撑与节点板的连接的连接 节点板节点板 节点板与梁和柱的连接节点板与梁和柱的连接 开始开始 加荷加荷支撑支撑构件构件屈服屈服节点板节点板屈服屈服连接部连接部件屈服件屈服脆性破脆性破坏模式坏模式 支撑框架支撑框架构件构件屈服的分等级次序屈服的分等
15、级次序 控制破坏模式:均屈服,非断裂控制破坏模式:均屈服,非断裂 顺序:支撑顺序:支撑节点板节点板连接部件连接部件节点板节点板的典型破坏模式的典型破坏模式合意性次序合意性次序 节点板的节点板的Whitmore Whitmore 区屈服区屈服 在组合应力下节点板的临界截面屈服在组合应力下节点板的临界截面屈服 节点板屈曲节点板屈曲 节点板边缘屈曲节点板边缘屈曲 块状剪切破坏块状剪切破坏 节点板净面积断裂节点板净面积断裂(a)节点板屈服节点板破坏的等级顺序节点板破坏的等级顺序延性延性/ / 脆性破坏模式脆性破坏模式延性破坏模式延性破坏模式(f)(e)(d)(c)(a)(b)节点板边缘屈曲块状剪切破坏
16、净面积断裂节点板屈曲节点板屈服承压破坏加荷开始脆性破坏模式脆性破坏模式延性延性/ / 脆性破坏模式脆性破坏模式延性破坏模式延性破坏模式(f)(e)(d)(c)(b)节点板边缘屈曲块状剪切破坏净面积断裂节点板屈曲承压破坏加荷开始脆性破坏模式脆性破坏模式 节点板节点板按其合意性等级排序的破坏模式按其合意性等级排序的破坏模式支撑与节点板支撑与节点板连接连接破坏模式按合意性排序破坏模式按合意性排序 支撑与节点板、节点板与梁柱的典型连接支撑与节点板、节点板与梁柱的典型连接 螺栓滑移螺栓滑移 连接角钢和钢板屈服连接角钢和钢板屈服 螺栓孔承压破坏螺栓孔承压破坏 连接角钢和钢板局部屈曲连接角钢和钢板局部屈曲
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