支撑框架体系与框架-支撑体系的对比-华北电力设计院

※课题成果
1）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 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 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 证实，在8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 是安全的。
节点板 屈服
连接部 件屈服
脆性破 坏模式
顺序：支撑——节点板——连接部件 控制破坏模式：均屈服，非断裂
节点板的典型破坏模式
合意性次序 △节点板的Whitmore 区屈服 △在组合应力下节点板的临界截面屈服 △节点板屈曲 △节点板边缘屈曲 △块状剪切破坏 △节点板净面积断裂
2.2（延性）支撑框架设计要点
如何实现？ 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） 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 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）
“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
1
容
“钢结构主厂房抗震研究”简介
支撑框架体系简介
2
3 4 5
两种结构体系特点的比较 两种结构体系在制造、安装 和用钢量方面的对比分析 结论和建议
1
“钢结构主厂房抗震研究”简介
※课题名称：“火力发电厂主厂房钢结构抗震设计
方法的研究与应用”
※时间：2006.12～2009.5 ※合作单位：哈尔滨工业大学 ※课题立项背景
△ “支撑框架体系” 没有包括在新版《抗规》中 △ 《抗规》有关的框架-支撑体系的规定适用于 民用房屋 △ 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
怎么办？
专家意见（2002年）
☆应针对行业特点，制定本行业
专 家 意 见
的规范和标准
☆抗震规范的条文是可以突破和
补充的（前5章除外）
☆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 本行业规定时，应借鉴
☆进行必要的试验研究
※课题目标
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 国外规范、规定及其他文献，辅以必要的结构试验， 研究“延性铰接中心支撑框架”体系（可简称为 “支撑框架体系”）的抗震性能，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
V形撑与人字形撑组成的大X形支撑
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
从A排外看安装中的主厂房
2
支撑框架体系简介
为什么能抗震？
所谓“支撑框架”实际 上是由竖向桁架组成的抗侧 力体系，构件连接采用铰接， 构件的工作线均汇交于工作 点 “支撑框架” 即“建 筑工程抗震性态设计通则” 中的“中心支撑框架” ， 相当于美国抗震规定中的 “特殊中心支撑框架 （SCBF）”
3）本课题对支撑框架体系与框架-支撑体系 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 特点，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 社会效益
4）在本课题进行过程中，在科研成果的指 导下完成了一台660MW机组Байду номын сангаас厂房钢结 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、 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 为今后的钢结构抗震设计提供了有益的实践 经验
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。
※课题内容
1）支撑框架体系整体模型模拟地震振动台 试验
2）板式连接节点的伪静力试验
3）支撑框架体系的有限元数值计算
4）支撑框架体系论证
5）支撑框架体系的结构布置原则和结构分
析方法论述
6）支撑框架体系的构件计算和构造要求的 研究 7）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 8）柱拼接采用高强度螺栓连接计算的研究 9）支撑框架体系与框架支撑体系的经济性 对比分析 10）使用课题研究成果开展长山热电厂主厂 房钢结构设计
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 按分等级排序的破坏模式的概念
支撑构件的4个重要的区-①支撑构件②支撑与节点板 的连接 ③节点板 ④节点板与梁和柱的连接
支撑框架构件屈服的分等级次序
开始 加荷 支撑 构件 屈服
2）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 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 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 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 操作性
典型的支撑框架结构
2.1
（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 ※较高的延性。结构在地震中承受多次弹塑 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 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 然结果。不是“硬抗” ※制造简单、安装方便、节约钢材
支撑框架 体系的振 动台试验
支撑板式连接节点性能及设计方法研究
结构的弹塑 性地震反应 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
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 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 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 震反应分析 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 报告之七：长山热电厂六期工程钢结构主厂房设计