简介（作者编辑）：高层装配式斜支撑钢框架结构设计研究-ETABS&ANSYS.pdf
摘要（系统识别）：
第36卷第5期2015年5月
建筑结构学报Journal of Building Structures
Vol.36 No.5 May 2015
007
文章编号：1000-6869(2015)05-0054-09
D0I:10.14006/j.jzjgxb.2015.05.007
高层装配式斜支撑钢框架结构设计研究
刘学春，徐阿新，孙超，张爱林
(北京工业大学北京市高层和大跨度预应力钢结构工程技术研究中心，北京100024)
摘要：针对远大S30工程的高层装配式斜支撑钢框架结构体系，分别采用振型分解反应谱法和线性时程分析法对整体结构
进行有限元分析，得到了结构在多遇地震作用下的内力和位移响应。进行了结构整体的弹性设计，总结了该结构体系的设
计方法。按规范对柱与柱座法兰连接的承载力进行了计算，并通过有限元分析和试验研究进行了节点强度和刚度的分析
与验证。对梁柱节点进行了试验，研究其刚度变化规律，提出了采用弹簧单元在整体结构中建立节点简化分析模型的方
法。研究结果表明：该体系中轻型钢楼梯对整体刚度的影响可以忽略，计算时可不建模分析；结构抗震性能满足现行规范
要求，结构侧向变形曲线介于框架结构和剪力墙结构变形曲线之间；斜支撑降低了节点区的应力，增大了结构体系刚度，起
到了减小柱计算长度、增强梁柱节点和柱与柱座连接的作用；柱与柱座法兰连接设计既满足设计强度要求，又实现了柱的
刚性连接，保证了柱承载力和刚度的连续性。
关键词：装配式钢结构；斜支撑钢框架；节点；时程分析；静力试验；结构设计
中图分类号：TU973.13TU973.31TU973.257文献标志码：A
Design study on a high-rise prefabricated steel frame structure
with inclined braces
LIU Xuechun,XU Axin,SUN Chao,ZHANG Ailin
(Beijing Engineering Research Center of High-Rise and Large-Span Prestressed Steel Structure,
Beijing University of Technology,Beijing 100024,China)
Abstract:Aiming at the design of the high-rise prefabricated steel frame with inclined braces,which was applied in
the S30 project of Broad Group,the methods of mode-superposition response spectrum and time history analysis were
used for the finite element numerical simulation of the whole structure,and the stress and displacement responses
under frequent earthquakes were obtained.The elastic design of the whole structure was performed and the design
methods are summarized in the paper.The bearing capacity of column-column seat flange plate connection was
designed according to specifications,and the strength and stiffness of the connection were analyzed and tested by finite
element analysis and model test.The model test of beam-column joint was performed,and the stiffness changing law
was obtained.The method of building simplified analysis model of beam-column joint by spring element for whole
structure analysis was proposed.The structural design,numerical simulation and model test results show that the
influence of steel stair to stiffness of the whole structure could be ignored,there is no need to build stair model in the
whole structure.The seismic performance of this new-type structure system satisfies the requirements of current
specifications,and its lateral deformation curve locates between those of frame and shear wall structures.The inclined
braces decrease the stress within the connection region,increase the stiffness of the structure,and play a role of
reducing the calculation length of column and protecting the column-column seat connection and beam-column
connection.The column-column seat flange plate meets strength requirement and behaves as rigid connection,the
continuity of strength and stiffness of column is guaranteed.
Keywords:prefabricated steel structure;steel frame with inclined braces;connection;time-history analysis;static
test;structure design
基金项目：国家自然科学基金项目(51278010,51248009)。
作者简介：刘学春(I974一)，男，河北遵化人，工学博士，副教授。E-mail:liuxuechun(@bjut.edu.cn
通信作者：张爱林(1961一
收稿日期：2014年4月
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接。如图2a所示，主板模块由柱座、压型钢板混凝土
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引言
组合楼板、长、短主桁架梁以及次桁架梁组成，高度
为450mm,楼板厚100mm。采用格构式桁架梁便于
装配式钢结构实现了标准化设计、工厂化生产、
设备管线的预铺设；梁端柱座的设置不仅可以将长、
装配化施工、一体化装修和信息化管理，有效降低了
短主桁架梁和楼板连成整体主板模块，而且有利于
施工现场的劳动强度，缩短了施工工期12]，现已成
实现主板与上、下层斜撑柱的现场连接。主板模块
为欧洲、美国、日本、澳大利亚等发达国家的重要建
在出厂前已完成所有楼板面装饰层、吊顶以及水、
筑形式，也将成为中国未来建筑发展的趋势[3)。目
暖、电管线的铺设工作，并留有模块间连接接口。如
前，发达国家装配式钢结构主要应用于低层住宅，以
图2b所示，斜撑柱模块由立柱和斜支撑焊接而成，
轻钢结构为主，冷弯薄壁型钢应用较为广泛。高层
斜支撑一端与柱相连，另一端与桁架梁相连，参与桁
装配式钢结构较少，仅见日本采用高层装配式钢结
架梁的受力，其立柱采用方钢管柱。
构，但是其柱采用现场焊接，结构没有实现全装
配。我国已在北京、上海、天津、长沙、包头等地相
继兴建了一批装配式钢结构示范、试验工程2)。
压型钢板混凝土
组合楼板
位于岳阳市湘阴县远大可建城内的远大S30工
程采用了模块化装配式斜支撑钢框架结构体系，实
桁架
现了装配式钢结构在高层建筑中的应用。该工程地
柱座
(a)主板模块
上30层，地下1层，层高3.3m,总高度99m,总建筑
面积59684.64m2。地上部分为公寓，地下室为设备
用房和储藏间，如图1所示。其工厂化程度达到
90%以上，仅2个月即完成了主体结构和墙体的安装
施工，现场施工周期缩短90%。
(b)斜撑柱模块
图2主板和斜撑柱模块
Fig.2 Main floor module and column module
图3为两个主板模块和数个斜撑柱模块组成的
结构单元示意。根据斜支撑围绕柱的布置情况，分
图1在建中的S30工程
为单撑柱、双撑柱、三撑柱、四撑柱。根据桁架梁在
Fig.1 S30 project under construction
结构抗侧体系中的作用，分为长主桁架梁、短主桁架
梁、次桁架梁。
本文中主要介绍远大S30工程的结构设计、节点
分析和试验研究。对整体结构进行有限元分析，分别
采用反应谱法和线性时程分析法，研究该结构在多遇
地震作用下的内力和位移响应。进行柱与柱座法兰连
接的承载力设计，并通过有限元分析和试验研究进行
对比验证。对梁柱节点进行试验，研究其刚度变化规
律，并总结该结构体系的设计方法。
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结构体系组成
装配式斜支撑钢框架结构主要由主板和斜撑柱
注：1.立柱；2.斜支撑；3.立柱加劲肋；4.单撑柱；5.三撑柱：
6.双撑柱；7.四撑柱；8.吊盒；9.楼板；10.柱座；
两种模块组成（图2），模块内部各构件在工厂采用焊
11.长主行架梁；12.短主桁架梁；13.次桁架梁。
接连接，施工现场采用高强螺栓实现两模块间的连
图3结构单元构件组成示意
Fig.3 Diagram of structural members
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