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钢结构中斜撑的作用是什么?这种奇妙的设计太让人惊叹了!

所属分类:企业新闻    发布时间: 2021-06-10    作者:宁夏中维钢结构
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也许我们小时候就学会了,三角形是稳定的,而四边形则没有。例如,我们用木条钉一个长方形,用力,就会变成平行的四边形。但是,宁夏钢结构发现用木条钉三角形的话,很难变形。但遗憾的是,我们的房子在立面上多为长方形、正方形的小箱子,但是我们的房子明显不想轻轻按压,或者在地震中变成平行的四边形,发生了倒塌事故。怎么办呢?还是用木条的例子。就好比说我要用木条钉一个四边形的画框。怎样才能使画框更加坚固,不易变形?

三种常见的方法:

1.在画框的角钉上加固小木条,使木条和木条之间的夹角保持90度,这样,画框就很难变成平行的四边形。

2.在这个框架的背面钉一个X形的木条,或者人字形、V形、K形的木条,把四边形变成多个三角形的组合,这样框架就很难再变形了。

3.在框架的四根木条之间镶嵌一块坚固的木板,因为木板很难变形,所以框架被里面的木板支撑,不会轻易变形。

在实际结构工程中,第1个叫做框架momentframe,第二个叫做支撑框架bracedframe,第三个叫做框架剪力墙。

对于第1个框架,关键部分是梁与柱交叉的节点区域,相当于我们上面木条框架内角的加固木条。简而言之,地震时,节点区域是真正的能耗区域。

对于第二个有支撑的框架,根据能耗部位的不同,可以分为几类。

例如这种CBF,即中心支撑,一般而言,支撑本身就是能耗构件,地震能量主要由斜向支撑的拉力和压力屈服消耗。

另外一种EBF,即偏心支撑,虽然看上去和中心支撑差不多,但实际上能耗部位完全不同,设计考虑也不同。主要的耗能部位集中在特殊设计的耗能梁段。

当然,还有另一种可能性,即带支撑的框架具有额外的能耗和限位机构,可以是液压或橡胶阻尼器,也可以是智能材料,如形状记忆合金,甚至可以主动响应液压千斤顶。

当然,以上我画的都是非常非常夸张的示意图,现实中的变形当然要比这个小得多。

那么现实中是什么样的呢?

它是CBF在地震中变形的支持。中间区域不是油漆磨损,而是钢梁变形过大,超过油漆层变形能力,油漆在地震中脱落,显示明显变形区域。

这是地震中变形的CBF的X形支撑。可以清楚地看到这个X形支撑的原始位置,即装饰表面层中的X形凹槽。

这是地震后EBF的偏心支撑。同样,我们可以看到中间的耗能梁段的掉漆。

事实上,带支撑的框架是一种很高效的抗震体系,而且尤其适合已有房屋的抗震加固,后期加装相对方便。所以在日本、加州这些地震高发区域比较常见。

举例来说,这是日本东北大学化学系教学楼:

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2011年,这座教学楼在东日本大地震中矩震级达到9.1级。

即使是以轻灵著称的妹岛老师的作品,也应该有支撑的地方。我个人觉得,这才是好的建筑师。

例如Tsuchihashi住宅,

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比如ShibauraHouse,斜撑更明显:

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