唐永清

（馬鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽 馬鞍山 243000）

我國(guó)的建筑行業(yè)抗震設(shè)計(jì)依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010文件。文件中第6.1.5條明確的指出，我國(guó)甲乙類建筑在進(jìn)行設(shè)計(jì)施工時(shí)要嚴(yán)格杜絕采用單跨框架。但是，由于多種原因，我國(guó)實(shí)際的建筑施工中存在很多漏洞。震驚世界的汶川大地震不僅讓人們反思人與自然的關(guān)系，更讓人們把目光轉(zhuǎn)向了建筑行業(yè)的施工質(zhì)量上。災(zāi)后重建中，上級(jí)要求對(duì)全地的中小學(xué)校舍進(jìn)行全面的之質(zhì)檢分析，并對(duì)一些采用單框架結(jié)構(gòu)的建筑進(jìn)行架設(shè)鋼支撐或建立剪力墻等用以鞏固單純從結(jié)構(gòu)構(gòu)件上加固達(dá)不到效果的建筑的承重結(jié)構(gòu)。經(jīng)過眾多實(shí)踐和理論證明，鋼結(jié)構(gòu)的維穩(wěn)和加固效果是最經(jīng)濟(jì)有效的。

1 鋼支撐加固力學(xué)概念

框架結(jié)構(gòu)支撐體系的動(dòng)力性能主要受支撐性能的影響。支撐結(jié)構(gòu)的性能關(guān)鍵在于鋼材的長(zhǎng)細(xì)比例。結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)取決于支撐的抗側(cè)力分配率及支撐的長(zhǎng)細(xì)比。當(dāng)分配率較大，支撐又為大長(zhǎng)細(xì)比時(shí)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形往往集中在某一層。為改變這一情況，支撐應(yīng)選用小長(zhǎng)細(xì)比的。采用強(qiáng)支撐不是好的設(shè)計(jì)，因?yàn)橹芜^強(qiáng)（長(zhǎng)細(xì)比較?。?huì)導(dǎo)致對(duì)梁、柱等構(gòu)件過高的延性要求。

描述支撐所受軸向力與所產(chǎn)生軸向變形滯回關(guān)系的數(shù)學(xué)模型為支撐的恢復(fù)力模型，該模型是確定支撐軸向剛度的基礎(chǔ)。試驗(yàn)研究表明，鋼支撐的滯回關(guān)系具有以下特征：(1)支撐在軸向往復(fù)荷載作用下，其抗拉和抗壓承載力均有不同程度下降。(2)支撐在受壓屈曲后，再受壓屈曲的荷載顯著降低。(3)支撐受壓屈曲后，將發(fā)生彎曲，再反向加載時(shí)，在沒有重新拉直以前支撐不能完全工作，發(fā)生剛度收縮現(xiàn)象。(4)支撐的滯回特性與桿件的長(zhǎng)細(xì)比、截面形式、板件的寬厚比、端部的支撐條件、桿件的初始缺陷、鋼材的性能等因素有關(guān)，其中支撐桿件長(zhǎng)細(xì)比是影響其性能的重要因素。小長(zhǎng)細(xì)比桿件滯回圖形豐滿，耗能性能較好，大長(zhǎng)細(xì)比桿件則相反。(5)支撐桿件的縱向殘余伸長(zhǎng)和局部塑性折曲殘余變形、鋼材的包辛格效應(yīng)是引起支撐滯回性能退化的主要因素。

通過近80個(gè)算例的彈塑性動(dòng)力反應(yīng)分析，可得如下結(jié)論：

1.1 框架——支撐結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性受許多因素的影響，如支撐體系的布置形式、支撐桿件的滯回性能、支撐與框架部分的剛度比和地面運(yùn)動(dòng)特征等。對(duì)某一特定的場(chǎng)地條件和框架幾何尺寸，可能有一種最優(yōu)的支撐匹配，使結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)最小，而不是支撐的長(zhǎng)細(xì)比越小越好。

1.2 當(dāng)支撐長(zhǎng)細(xì)比為120，而支撐在彈性分析中承擔(dān)的剪力占層剪力70%以上時(shí)，結(jié)構(gòu)容易在某一層形成變形集中，從而引起柱子剪力突變。為保證結(jié)構(gòu)的安全工作，對(duì)此情況支撐的長(zhǎng)細(xì)比限制在80%以下。

1.3 當(dāng)支撐在彈性分析中承擔(dān)的剪力占層剪力的70%以下時(shí)，支撐的長(zhǎng)細(xì)比限值可取為120。但應(yīng)進(jìn)行彈塑性時(shí)程反應(yīng)分析，使其在罕遇地震作用下滿足設(shè)計(jì)要求。

2 工程實(shí)例

建筑解析：某中學(xué)實(shí)驗(yàn)樓建立在II類的地段上，所采用的框架結(jié)構(gòu)是三層鋼筋混凝土所做的，抗震性能測(cè)試為7度，在房頂?shù)臉翘葜g有塔樓，房子的高度為10.5米，層高度為3.3米。梁板柱所用的是C30混凝土，主要的受力筋所用的為HRB335級(jí)鋼筋，概況解析結(jié)構(gòu)圖所設(shè)如下。

在經(jīng)過抗震性能測(cè)試后，得出了相關(guān)問題總結(jié)。甲、乙類型工程建筑所應(yīng)用的框架結(jié)構(gòu)不對(duì)，該框架結(jié)構(gòu)屬于單跨式的，對(duì)抗震性能較差，要想加強(qiáng)抗震性能，就必須進(jìn)行加固，同時(shí)此刻澆樓的時(shí)候會(huì)增加其剛硬度，不能形成利于防震的強(qiáng)柱弱梁的結(jié)構(gòu)模式。

在此項(xiàng)建筑中，應(yīng)運(yùn)用鋼筋來增加其結(jié)構(gòu)性能，從而其增強(qiáng)抗震性。因框架結(jié)構(gòu)中所引起的相關(guān)問題，大多是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)框架的強(qiáng)度及延展性能不夠，一般在在震的嚴(yán)重程度上，柱的嚴(yán)重程度要大過梁的，角柱的嚴(yán)重程度要大過其他柱的，在同等物質(zhì)下，柱的上半部分的嚴(yán)重程度要大過下半部分。單跨式框架結(jié)構(gòu)在地震時(shí)常常會(huì)出現(xiàn)絞機(jī)動(dòng)體制，萬一破毀的話極易造成建筑坍塌。

在進(jìn)行運(yùn)用鋼筋對(duì)框架進(jìn)行加固后，在地震時(shí)所產(chǎn)生的震波將增加，因此在沒有進(jìn)行鋼筋加固時(shí)，所設(shè)的支撐數(shù)量越少越有利于提高抗震。此項(xiàng)建筑支撐的設(shè)立方法是由鋼筋支撐在梁主軸上進(jìn)行雙向設(shè)置，鋼筋支撐在縱向是在底部同向頂部。樓梯往往是結(jié)構(gòu)最弱的環(huán)節(jié)，極易造成變形被拉伸，所以在應(yīng)在樓梯兩邊加上支撐。總體的設(shè)置是：豎向在工程的③、④、⑤軸線上，橫向的位置應(yīng)該設(shè)置在每個(gè)樓梯間兩邊。其中支撐的形狀是八字型和X型。

結(jié)語

鋼支撐的設(shè)立從很大程度上解決了單跨框架的結(jié)構(gòu)薄弱問題。通過鋼架來加設(shè)結(jié)構(gòu)的承載力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。使單跨框架結(jié)構(gòu)的受力明顯加強(qiáng)，建筑的豎向結(jié)構(gòu)剛度能夠承擔(dān)一般性震力。通過精確的計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)外柱的長(zhǎng)度進(jìn)行確定，保證建筑力學(xué)結(jié)構(gòu)的傳遞力的暢通，避免因無法承擔(dān)負(fù)荷而使柱彎折，改變建筑承重結(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成建筑坍塌事故。

[1]GB50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50011-2010，混建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB50367-2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]鄧雪松，張耀春.鋼支撐性能對(duì)高層鋼結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的影響[J].地震工程與工程震動(dòng)，1997.