错列桁架钢结构体系研究现状分析

赵亮

【摘 要】随着我国经济的发展和人们生活水平的提高， 人们对居室环境的要求越来越高， 具有优良性能的错列桁架钢结构房屋越来越引起人们的重视。特别在一些大城市， 由于国外技术的引进和开发商的参与， 错列桁架钢结构结构房屋的建设成为一个新热点，大跨度、标志性的建筑很多都采用了此结构。本文分析了错列桁架钢结构的结构研究现状，提出了建议。

【关键词】错列桁架钢结构；研究；建议

1.国外研究现状

20 世纪60年代中期，错列桁架结构体系首先由麻省理工学院在美国钢铁联合企业的资助下进行了最早的研究，包括对其建筑平立面布置及建筑构造处理等建筑问题的研究[1]。

其后，J.B.Scahlzi提出了双平面支撑框架力学模型。他提出由于楼板的刚性隔板作用，使位于两个相邻竖向平面内交错桁架的性能就像位于一个竖向平面一样。于是他将两相邻竖向平面结构加在一起进行力学分析，简化了结构的计算[2]。

1972 年，R.P.Gupta 等人对交错桁架结构在地震作用下的弹性和弹塑性动力反应进行了研究。他们从分析交错桁架结构的静力特性入手，将桁架进行等效简化。并假定塑性铰只出现在桁架的空腹节间弦杆上，其余杆件均处于弹性状态，弦杆采用双线性恢复力模型。P.Gupta等人采用1940年1.5倍E1Centro南北波，对某20层交错桁架结构进行了计算。1974年，R.D.Hanson等人提出了相应的抗震设计方法。研究表明，交错桁架结构体系具有良好的耗能能力和延性[3]。

交错桁架结构体系最初于1967年用于美国明尼苏达圣保罗的老年公寓，自那时以后建造了很多平面窄长的 15～20 层的公寓、旅馆和住宅，有时办公楼也采用这种方案。加拿大卡尔加里的虹谷旅馆也采用了交错桁架结构体系，该工程为交错桁架体系在加拿大的首次应用。1986年，美国新泽西州大西洋城建造了43层的国际旅游饭店，开创了交错桁架结构体系应用于100米以上建筑的先例。该工程总高度为128米，房屋宽度为21.35米。该项目采用钢框筒结构、混凝土结构、混凝土框架——剪力墙结构与错列桁架结构四种设计方案进行比较，造价比为1.4：1.1：1.25：1，最终采用了错列桁架体系。1998 年3月在美国拉斯维加斯建成的38层有2600个房间的阿拉汀旅馆，在方案设计阶段与拉斯维加斯通常采用的现浇混凝土结构进行比较，在方案评议（包括防火和装修）时，表明错列桁架能节约费用和缩短工期，最后以最经济方案被业主选中。错列桁架结构体系主要适用于中、高层住宅、旅馆、办公楼等平面为矩形或由矩形组成的钢结构房屋。

2.国内研究现状

错列桁架结构体系在国外已经有四十多年的发展历史，有较多的工程实践经验和研究成果。与国外这方面的研究蓬勃开展相比，国内的研究才刚刚起步。

湖南大学周绪红、莫涛等利用有限元方法，分析了错列桁架结构体系的静、动力特征以及不同桁架布置形式对整体结构受力性能的影响，表明该体系是一种高层钢结构建筑的理想结构体系[4]。

随后周绪红、莫涛等又将错列桁架体系与钢框架进行对比分析，得出了错列桁架结构体系无论在建筑上还是结构上都明显优于对比框架的结论，表明错列桁架结构体系是一种灵活、大空间和受力性能优良的结构体系[5]。

湖南大学潘英、周绪红等对错列桁架体系的抗震性能进行了分析，建立了单向水平地震作用下错列桁架体系协同分析的力学模型。在动力时程分析的过程中考虑了构件的剪切变形，并在单元水平上考虑了几何非线性。通过错列桁架体系设计实例的弹性和弹塑性时程分析，表明了错列桁架体系层刚度均匀，耗能潜力大，保证了结构在强烈地震作用下承受竖向重力荷载的能力，并提供了多道抗震防线，具有很好的抗震性能[6]。

东南大学的康信江、王恒华对错列桁架结构体系的静力性能和设计方法进行了初步的研究，验证了结构具有良好的弹塑性性能，并提出了错列桁架结构体系在水平荷载作用下的侧移计算方法，提出了结构体系柱子计算长度的计算方法以及结构体系的剪力连接设计方法[7]。

3.建议

由于我国在错列桁架钢结构研究方面起步较晚，研究力量相对分散、研究成果也相对独立，故难以相互对照、支持，与实际应用有较大距离，因此，在开发和应用中还有许多研究工作要做。

目前国内的研究成果，仅限于特定条件下的力学性能，且很多未考虑设置剪力墙以及扭转效应的影响；在错列桁架结构有限元分析方面，很多局限在单一的梁、板、柱的研究，并未考虑整体结构在静力和动力下的反应。

应对住宅的维护、防火及防腐技术展开深入研究，提出一整套与错列桁架钢结构住宅配套的维护、保温体系和防火防腐方案，使其不仅是一种受力性能优越的结构形式，也具有良好的舒适适用性。 [科]

【参考文献】

[1]Robert J.Hansen. New steel framing system promises major savings in high-rise apartments. Architecture Record，June，1966：191-196.

[2]Harold P.Bakke，Lawrence A.Kloiber and Albert C.Nuhn，Staggered Truss Building Systems[J].Civil Engineering，ASCE，1969，11.

[3]Raj P.Gupta and Subhash C.Goel， Dynamic Analysis of the staggered Truss Framing System[J].Journal of Structure Division，1972，7.

[4]莫涛，周绪红，刘永健，蔡益燕.交错桁架结构体系的受力性能分析[J].建筑结构学报，2000，21（6）：49～54.

[5]周绪红，莫涛，刘永健.轻钢交错桁架结构体系与钢框架的对比分析[J].钢结构，2001，16（2）：5～7.

[6]潘英，周绪红.交错桁架体系的抗震性能动力分析[J].土木工程学报，2002（8）.

[7]康信江.交错桁架结构体系静力性能及设计方法的研究[D].2004，3.

[8]范亚坤.错列桁架钢木混合结构多层住宅结构性能研究.南京林业大学硕士学位论文，2009，06.