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鋼結構中斜撐的作用是什么?

發布時間:2021-06-23 10:07 | 瀏覽:45

內容摘要:我們可能小時候都學過,三角形具有穩定性,而四邊形就沒有。 比如我們用木條釘一個長方形,用力一推,就變成平行四邊形了。但如果用木條釘一個三角形,就很難讓它變形。

我們可能小時候都學過,三角形具有穩定性,而四邊形就沒有。

比如我們用木條釘一個長方形,用力一推,就變成平行四邊形了。但如果用木條釘一個三角形,就很難讓它變形。

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但可惜的是,我們的房子在立面上大多數都是長方形的,方方正正的小盒子,但我們顯然不想讓我們的房子輕輕一推或者隨便一地震就變成平行四邊形,然后發生垮塌事故。

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怎么辦呢?

還是用木條的例子。就好比說我要用木條釘一個四邊形的畫框。怎么樣能讓這個畫框更結實更不容易變形呢?

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三種常見的方法:

1、在畫框的角部釘加固小木條,讓木條與木條之間的夾角保持90度,這樣一來,畫框就很難變成平行四邊形了。

2、在這個畫框的背面釘一個 X 形的木條,或者人字形、V 字形、K 字形的木條,變四邊形為多個三角形的組合,這樣畫框也很難再變形了。

3、在畫框的四根木條之間鑲進去一塊結實的木板,因為木板很難變形,所以,畫框被里面的這塊木板撐住,也不會輕易變形了。


在實際的結構工程中,第一種叫做“框架 moment frame”,第二種叫做“帶支撐的框架braced frame”,第三種叫做“帶邊框的框架-剪力墻”。


對于第一種框架來說,關鍵的部位就是梁和柱相交的節點區域,也就是相當于我們上面木條畫框里角部的加固小木條。簡單說,地震的時候,節點區域是真正的耗能區域。

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對于第二種帶支撐的框架來說,按照耗能部位的不同,其實又可以分成好幾類。

比如這一種 CBF,也就是中心支撐,一般來說是支撐本身是耗能構件,地震能量主要由斜向支撐的受拉和受壓屈服來消耗。

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而另一種 EBF,也就是偏心支撐,雖然看起來跟中心支撐差不多,但其實耗能部位完全不同,設計考慮也不一樣。主要的耗能部位集中在特殊設計的耗能梁段。

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當然還有另一種可能,就是這個帶支撐的框架有額外的耗能和限位機構,可能是液壓或者橡膠阻尼器,也可能是形狀記憶合金這樣的智能材料,甚至可能是可以主動響應的液壓千斤頂。

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當然,以上我畫的都是非常非??鋸埖氖疽鈭D,現實中的變形當然要比這個小得多。

那么現實中是什么樣的呢?

這是地震中變形的 CBF 支撐。中間區域并不是油漆被磨掉了,而是因為鋼梁的變形過大,超過了油漆層的變形能力,所以油漆在地震中脫落了,顯示出了明顯的變形區域。

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這是地震中變形的 CBF 的 X 形支撐??梢悦黠@看到這個 X 形支撐原來的位置,也就是裝飾面層里那個 X 形的凹槽。

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這是地震后的 EBF 偏心支撐。同樣,我們可以看到中間的耗能梁段的掉漆。

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事實上,帶支撐的框架是一種很高效的抗震體系,而且尤其適合已有房屋的抗震加固,后期加裝相對方便。所以在日本、加州這些地震高發區域比較常見。

舉個例子,這是日本東北大學的化學系教學樓:

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這棟教學樓在 2011 年矩震級高達 9.1 級的東日本大地震中毫發無損。

即便是以輕靈著稱的妹島老師的作品,該有支撐的地方一樣要有。我個人覺得,這才是好的建筑師。

比如 Tsuchihashi 住宅,

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再比如 Shibaura House,斜撐更為明顯:

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來源:鋼構聯盟


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