鋼筋混凝土支撐框架結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展

劉君陽(yáng)賈靜麗李劉偉

(華北理工大學(xué)輕工學(xué)院，河北唐山 063000)

鋼筋混凝土支撐框架結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展

劉君陽(yáng)1賈靜麗2李劉偉3

(華北理工大學(xué)輕工學(xué)院，河北唐山 063000)

支撐結(jié)構(gòu)體系對(duì)建筑物穩(wěn)定性的影響很大，其中包括鋼筋混凝土斜支撐框架結(jié)構(gòu)、人字形支撐結(jié)構(gòu)、X形支撐結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)體系的研究是關(guān)乎建筑物安全的重要問(wèn)題，因此，不同結(jié)構(gòu)體系對(duì)建筑物的影響是國(guó)內(nèi)外工程領(lǐng)域非常關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。本文分別介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼筋混凝土支撐框架結(jié)構(gòu)研究的主要成果,并對(duì)今后擬開展的研究工作提出了建議。

支撐框架結(jié)構(gòu) 抗震性能

引言

我國(guó)改革開放歷經(jīng)三十余年，經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)生了翻天覆地的變化，人民生活水平實(shí)現(xiàn)了大幅飛躍，隨之對(duì)高層建筑的需求也日趨增加。規(guī)范中規(guī)定“在正常使用條件下，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的抗側(cè)移剛度，避免產(chǎn)生過(guò)大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求”。鋼筋混凝土斜支撐框架結(jié)構(gòu)作為近年來(lái)新興的結(jié)構(gòu)體系，是在框架結(jié)構(gòu)中加入了混凝土斜支撐所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系。本文對(duì)鋼筋混凝土支撐結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仔細(xì)的總結(jié)和分析，對(duì)今后開展研究和工程應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。

1. 鋼筋混凝土斜支撐框架結(jié)構(gòu)的建筑物的影響

湛江石油勘察設(shè)計(jì)公司的鐘芳和王文龍[1]利用東方氣田框架整改和校核項(xiàng)目，深入研究了框架結(jié)構(gòu)在柱間增設(shè)混凝土斜支撐的整改方案，分別對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行靜力分析和地震分析，對(duì)比原結(jié)構(gòu)框架與增設(shè)了斜支撐后的結(jié)構(gòu)模型計(jì)算結(jié)果并進(jìn)行分析。研究表明：斜支撐的增設(shè)可以使結(jié)構(gòu)的自振周期明顯減小，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也隨之提升。

北京總后建筑設(shè)計(jì)研究院的成浩[2]通過(guò)建立鋼筋混凝土框架斜撐結(jié)構(gòu)6個(gè)典型的代表模型，并對(duì)其作了400余例彈塑性時(shí)程分析，與相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合后，分析得到了層間延伸率是控制框架斜撐結(jié)構(gòu)破壞程度的關(guān)鍵因素。鋼筋混凝土框架斜撐結(jié)構(gòu)房屋的地震災(zāi)害預(yù)測(cè)可以以層間延伸率為判斷根據(jù)。最后建立一棟8層的框架斜撐結(jié)構(gòu)，通過(guò)彈塑性時(shí)程分析，印證這種方法的正確合理性。

天津大學(xué)嚴(yán)士超[4]研究了鋼筋混凝土框架—桁架結(jié)構(gòu)的斜撐剛度的優(yōu)化問(wèn)題，使用擬牛頓乘子法，對(duì)桁架中斜撐的剛度做了優(yōu)化。通過(guò)對(duì)一個(gè)8層的鋼筋混凝土框架—桁架住宅中的斜撐剛度進(jìn)行優(yōu)化，確定優(yōu)化后的各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于優(yōu)化前來(lái)印證該優(yōu)化方法的正確性。

M.R.Maheri，R.Kousari和M.Razazan[5]對(duì)混凝土框架—支撐結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了試驗(yàn)研究并且應(yīng)用了Pushover方法作為理論依據(jù)，分析研究表明：框架—支撐結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力、強(qiáng)度的提高有很大的幫助；由于在混凝土框架結(jié)構(gòu)中的X型支撐對(duì)減低結(jié)構(gòu)的整體位移有幫助，所以在結(jié)構(gòu)體系中X型支撐的增加能夠直接改進(jìn)結(jié)構(gòu)原來(lái)的性能。

2. 人字形框架結(jié)構(gòu)的建筑物的影響

哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院張文元[6]利用有限元程序ANSYS，研究分析了人字形支撐和X形支撐在不同軸壓比情況下對(duì)巨型鋼柱滯回性能的影響。并且對(duì)于地震作用下結(jié)構(gòu)中鋼柱有可能伴隨出現(xiàn)的受力狀態(tài)，分別研究了軸力和剪力一起增大或者減小時(shí)巨型鋼柱的滯回性能。

清華大學(xué)土木工程系陸新征和江見鯨[7]選用ANSYS和SAP2000程序，分別對(duì)異型柱框架結(jié)構(gòu)和異型柱加斜撐框架結(jié)構(gòu)的空間受力進(jìn)行有限元分析。以單個(gè)結(jié)構(gòu)單元的分析結(jié)果說(shuō)明，增設(shè)了人字形支撐后異型柱框架結(jié)構(gòu)，其抗扭剛度、抗扭承載力、延性都有明顯提高。通過(guò)對(duì)比地震作用下各項(xiàng)性能指標(biāo)，異型柱框架的抗震性能在添加了斜支撐后提高非常明顯。最后建議：為提高結(jié)構(gòu)的抗扭性能，異型柱框架結(jié)構(gòu)中應(yīng)該添加部分斜支撐。

李勝祥[8]主要研究了人字形支撐對(duì)提高異形柱框架結(jié)構(gòu)的受力性能和延性的作用。通過(guò)使用SAP2000和Ansys軟件，做有限元空間受力分析。加入人字形支撐后，進(jìn)行有限元分析，發(fā)現(xiàn)異形柱結(jié)構(gòu)的抗扭承載力和剛度都有了大幅的提升，尤其延性也增加了不少。通過(guò)增設(shè)人字形支撐，可以大幅度的提高結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)性能，進(jìn)而減少地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞。

3. X型框架結(jié)構(gòu)的建筑物的影響

B.M.Broderick，A.Elghazouli和J.Goggins[9]分別用動(dòng)力時(shí)程分析和靜力分析對(duì)單層X(jué)型支撐框架進(jìn)行了模擬分析并與試驗(yàn)得到的結(jié)果相比較。分析研究表明：采用雙線性模型的構(gòu)件能夠?qū)Y(jié)構(gòu)在地震反應(yīng)中的狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬。但是在對(duì)計(jì)算層間位移進(jìn)行時(shí)程分析時(shí)，輸入準(zhǔn)確的模型參數(shù)很關(guān)鍵。在對(duì)支撐受壓進(jìn)行分析時(shí)，不能使用靜力彈塑性方法分析。

A.R.Rahai，M.M.Alinia[10]對(duì)增加了X型支撐的混凝上框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究，研究表明：對(duì)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度的增強(qiáng)，X型支撐起了至關(guān)重要的作用；通過(guò)得到的荷載-位移曲線能夠得出在使用框架—支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)構(gòu)能夠在出現(xiàn)很大的位移時(shí)卻不發(fā)生倒塌，在非線性階段一般框架結(jié)構(gòu)的性能沒(méi)有框架-支撐結(jié)構(gòu)的性能強(qiáng)大。

4. 結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土支撐結(jié)構(gòu)體系對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響不僅要考慮安全性能還要考慮經(jīng)濟(jì)性和適用性。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼筋混凝土斜支撐在罕遇地震下的抗震性能和經(jīng)濟(jì)性的數(shù)值研究還比較薄弱。為了能夠?yàn)楣こ虒?shí)際中結(jié)體系的應(yīng)用研究提供參考，今后應(yīng)該對(duì)鋼筋混凝土斜支撐框架結(jié)構(gòu)體系抗震性能的理論分析進(jìn)行更深一步的研究。

[1]鐘芳, 王文龍. 斜支撐對(duì)于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用[J]. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè), 2010(5):48-50.

[2]成浩, 嚴(yán)世超. 鋼筋混凝土框架—斜撐結(jié)構(gòu)的震害預(yù)測(cè)[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 2001(7):28-29.

[3]嚴(yán)世超,韓青. 鋼筋混凝土框架—桁架結(jié)構(gòu)斜撐剛度的優(yōu)化[J]. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 1998, 1(2):55-61.

[4]A. R. RAHAI. M. M, Alinia. Performance evaluation and strengthening of concrete structures with composite bracing members [J]. Construction and Building Materials 22 (2008) 2100-2110.

[5]胡秀英, 張文元. 軸力對(duì)巨型鋼柱滯回性能的影響分析[J]. 低溫建筑技術(shù), 2005(2):58-59.

[6]陸新征, 江見鯨. 利用斜支撐提高異型柱框架結(jié)構(gòu)抗扭性能的研究[J]. 工業(yè)建筑, 2012(6):10-12.

[7]李勝祥. 對(duì)斜支撐結(jié)構(gòu)于抗震設(shè)計(jì)中作用的探討[J]. 科技資訊, 2007, 20:68-69.

[8]R.TREMBLAYL,M.HARCHAMBAULT.A. FILIATRAULT. Seismie response of concentrically braced steel frames made with rectangular [J]. Hollow Bracing Members (2001) 1020-1110.

[9]B. M. BRODERIEK, A. Y. ELGHAZOULIl, J. Gogglns. Earthquake testing and response analysis of concentrically—braced sub-frames [J]. Journal of Constructional Steel Research 64 (2008) 997-1007.

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1007-6344（2015）12-0125-01