鋼構高層的五大單元類型
鋼構高層根據抗側力體系構成方式,可劃分為多種結構單元類型。
一、框架單元
框架單元由梁和柱以剛接或鉸接方式組成,是鋼構高層的基本組成形式。純框架單元側向剛度較小,適用于高度不超過60米的建筑。框架單元的優勢在于平面布置靈活,便于建筑功能調整。梁柱節點通常采用剛性連接,翼緣焊接、腹板螺栓的混合連接形式應用廣泛。框架柱的長細比與板件寬厚比應滿足規范限值,以保證整體穩定性與局部穩定性。
二、支撐單元
支撐單元是在框架基礎上增設斜向支撐構件形成的抗側力體系,分為中心支撐與偏心支撐兩類。中心支撐包括人字形、V字形、單斜桿及交叉支撐等形式,構造簡單、剛度大,但受壓屈曲后承載力退化明顯。偏心支撐通過消能梁段連接支撐與框架,地震作用下消能梁段率先屈服耗能,支撐保持彈性,適用于抗震要求較高的鋼構高層。支撐單元適用于高度60至150米的建筑,支撐布置應在兩個主軸方向對稱設置。
三、框筒單元
框筒單元由沿鋼構高層周邊布置的密柱深梁框架構成,形成豎向懸臂筒體。框筒的翼緣框架承擔整體彎曲產生的軸向力,腹板框架承擔整體剪力。框筒單元具有優異的空間整體受力性能,適用于高度150米至300米的建筑。剪力滯后效應是框筒設計的關鍵問題,角柱應力集中而中間柱應力偏低,需通過優化柱距和梁高加以控制。框筒單元可單獨使用,也可與其他單元組合形成框筒束體系。
四、核心筒單元
核心筒單元由鋼筋混凝土剪力墻或鋼板剪力墻圍合而成,布置于建筑平面中心區域。核心筒承擔主要水平剪力與扭矩,外圍鋼框架承擔豎向荷載及部分水平力。核心筒單元適用于高度200米至400米的建筑,抗側剛度大,扭轉效應小。鋼板剪力墻核心筒兼具鋼構延性好與混凝土剛度大的優勢,施工速度快于鋼筋混凝土核心筒。核心筒與外圍框架之間通過樓蓋梁板連接,形成雙重抗側力體系。
五、巨型框架單元
巨型框架單元由大型柱、巨型梁及支撐組成多級結構體系,適用于高度超過300米的建筑。巨型柱通常布置于建筑四角或周邊,巨型梁每隔若干樓層設置一道,形成大尺度框架。巨型框架內部可設置常規框架或支撐框架,形成主次結構體系。巨型框架單元傳力路徑明確,材料利用率高,但構件尺寸大、加工運輸難度高,節點構造復雜。
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