劉君陽賈靜麗李劉偉

(華北理工大學輕工學院，河北唐山 063000)

鋼筋混凝土支撐框架結(jié)構(gòu)的研究進展

劉君陽1賈靜麗2李劉偉3

(華北理工大學輕工學院，河北唐山 063000)

支撐結(jié)構(gòu)體系對建筑物穩(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題，因此，不同結(jié)構(gòu)體系對建筑物的影響是國內(nèi)外工程領(lǐng)域非常關(guān)注的一個問題。本文分別介紹了國內(nèi)外對鋼筋混凝土支撐框架結(jié)構(gòu)研究的主要成果,并對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

我國改革開放歷經(jīng)三十余年，經(jīng)濟發(fā)展發(fā)生了翻天覆地的變化，人民生活水平實現(xiàn)了大幅飛躍，隨之對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。本文對鋼筋混凝土支撐結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)進行了仔細的總結(jié)和分析，對今后開展研究和工程應(yīng)用具有一定的參考價值。

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)計公司的鐘芳和王文龍[1]利用東方氣田框架整改和校核項目，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，分別對結(jié)構(gòu)模型進行靜力分析和地震分析，對比原結(jié)構(gòu)框架與增設(shè)了斜支撐后的結(jié)構(gòu)模型計算結(jié)果并進行分析。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)計研究院的成浩[2]通過建立鋼筋混凝土框架斜撐結(jié)構(gòu)6個典型的代表模型，并對其作了400余例彈塑性時程分析，與相關(guān)的試驗結(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)，通過彈塑性時程分析，印證這種方法的正確合理性。

天津大學嚴士超[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)化問題，使用擬牛頓乘子法，對桁架中斜撐的剛度做了優(yōu)化。通過對一個8層的鋼筋混凝土框架—桁架住宅中的斜撐剛度進行優(yōu)化，確定優(yōu)化后的各項指標均優(yōu)于優(yōu)化前來印證該優(yōu)化方法的正確性。

M.R.Maheri，R.Kousari和M.Razazan[5]對混凝土框架—支撐結(jié)構(gòu)體系進行了試驗研究并且應(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)對結(jié)構(gòu)的承載力、強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結(jié)構(gòu)原來的性能。

2. 人字形框架結(jié)構(gòu)的建筑物的影響

哈爾濱工業(yè)大學土木工程學院張文元[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巨型鋼柱滯回性能的影響。并且對于地震作用下結(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巨型鋼柱的滯回性能。

清華大學土木工程系陸新征和江見鯨[7]選用ANSYS和SAP2000程序，分別對異型柱框架結(jié)構(gòu)和異型柱加斜撐框架結(jié)構(gòu)的空間受力進行有限元分析。以單個結(jié)構(gòu)單元的分析結(jié)果說明，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。通過對比地震作用下各項性能指標，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提高異形柱框架結(jié)構(gòu)的受力性能和延性的作用。通過使用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，進而減少地震對結(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]分別用動力時程分析和靜力分析對單層X型支撐框架進行了模擬分析并與試驗得到的結(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)進行準確的模擬。但是在對計算層間位移進行時程分析時，輸入準確的模型參數(shù)很關(guān)鍵。在對支撐受壓進行分析時，不能使用靜力彈塑性方法分析。

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

4. 結(jié)語

鋼筋混凝土支撐結(jié)構(gòu)體系對于結(jié)構(gòu)的影響不僅要考慮安全性能還要考慮經(jīng)濟性和適用性。目前國內(nèi)外對鋼筋混凝土斜支撐在罕遇地震下的抗震性能和經(jīng)濟性的數(shù)值研究還比較薄弱。為了能夠為工程實際中結(jié)體系的應(yīng)用研究提供參考，今后應(yīng)該對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行更深一步的研究。

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

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

[3]嚴世超,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)大學學報(自然科學版), 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. 對斜支撐結(jié)構(gòu)于抗震設(shè)計中作用的探討[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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