易玨飛

[摘 要]鋼結(jié)構的抗側(cè)性能和穩(wěn)定性是鋼結(jié)構設計重點關注的問題。設置支撐對于提高鋼結(jié)構框架的抗側(cè)移能力和鋼構件的穩(wěn)定性有一定的作用。對國內(nèi)外相關研究總結(jié)，分析了不同的支撐形式和布置對鋼結(jié)構框架抗側(cè)移性能和鋼構件穩(wěn)定性的影響，得出了一些結(jié)論，對于鋼結(jié)構設計有一定參考價值。

[關鍵詞]支撐形式和布置 抗側(cè)移性能 穩(wěn)定性

中圖分類號：G281.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）03-0130-01

0 引言

鋼結(jié)構是指由鋼材為主要材料構造而成的結(jié)構。鋼材強度高、構件截面小，具有良好的力學性能。因為受力特點的原因，鋼材用于純鋼框架結(jié)構不能很好的發(fā)揮鋼材的優(yōu)點，故帶有支撐體系的鋼框架結(jié)構得到越來越廣泛的應用。

建筑純鋼框架結(jié)構一般是由鋼梁和鋼柱組合而成。鋼結(jié)構的構件通常細長較大，造成鋼結(jié)構的側(cè)向剛度和穩(wěn)定性較差，此問題普遍存在于鋼結(jié)構的設計中。支撐在框架-支撐體系中主要承受水平力，可以顯著增強框架的側(cè)向剛度和整體穩(wěn)定性。[1]

1 支撐形式和布置對鋼結(jié)構抗側(cè)移性能的影響

1.1 中心支撐框架結(jié)構

中心支撐的幾何形式通常采用X形支撐、V型支撐、人字形支撐或者單斜桿支撐等[2]。中心支撐構造較為簡單，支撐與梁柱軸線匯交與一點，相對于純框架結(jié)構，能增加結(jié)構的側(cè)向剛度，減小結(jié)構的水平位移，改善結(jié)構的內(nèi)力分布。

中心支撐框架結(jié)構中支撐的抗震承載力是其抗側(cè)移性能的重要部分?！督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》在中心支撐系統(tǒng)中考慮了受壓支撐桿在遭受強烈地震下可能發(fā)生屈曲而降低承載力的情況，故以折減材料強度的方式進行抗震承載力驗算[3]。

張浩[4]在其對鋼框架支撐結(jié)構的研究中發(fā)現(xiàn)：對于中心支撐框架結(jié)構，當支撐位置由邊跨轉(zhuǎn)移到中間跨后，在1-4層結(jié)構的層間位移和層間位移角有所減小，其余各層卻相反，但是變化的幅度并不大。

黃怡[5]等人在支撐布置方式對鋼結(jié)構框架抗側(cè)移性能的影響的研究中，選取了圖1的四個支撐布置方案中。研究發(fā)現(xiàn)，不同的支撐布置方式對多高層框架的抗側(cè)移性能有相同的影響規(guī)律；不同的支撐布置方式用鋼量相同，但是對結(jié)構抗震性能影響有差異，其中方案A中的剛度、底部剪力、支撐軸力、框架軸力都最大，耗能能力一般，應避免此方案；而D方案的剛度、底部剪力、支撐軸力、框架軸力都最小，具有較好的耗能能力，故推薦D方案。

1.2 偏心支撐框架結(jié)構

偏心支撐是指支撐和梁的節(jié)點偏離梁柱節(jié)點的鋼結(jié)構框架，這種形式的共同特征是支撐斜腹桿的軸線和梁柱軸線不交匯于一點，而是偏心連接。相比中心支撐結(jié)構體系，偏心支撐結(jié)構體系不僅擁有足夠的剛度，在大震作用下，還能通過耗能梁段的塑形變形耗能，具有較好的延性，因而抗震規(guī)范規(guī)定在偏心支撐結(jié)構體系在高是首選的結(jié)構形式之一。

偏心支撐框架結(jié)構在20世紀70年代開始用于抗震設計。Popov和Rode選擇了某20層偏心支撐框架結(jié)構體系進行研究。通過與中心支撐框架結(jié)構的比較，表明偏心支撐結(jié)構在地震作用下的剛度與中心支撐相差不大，而抗側(cè)移能力優(yōu)于中心支撐結(jié)構。在高軒能、彭觀壽[6]的研究中，對于偏心支撐，采用相同的布置方式，當耗能梁段不同時，框架的抗側(cè)移性能也不同。在同等的抗側(cè)移剛度要求下，偏心支撐可以節(jié)省用鋼量。采用相同的布置方式時，單斜桿的偏心支撐抗側(cè)移剛度小于人字形支撐。

2 支撐布置對鋼結(jié)構構件穩(wěn)定性的影響

穩(wěn)定性是決定鋼結(jié)構極限承載力的重要因素?！朵摻Y(jié)構設計規(guī)范》中要求鋼結(jié)構設計中必須保證結(jié)構及其構件的穩(wěn)定，防止出現(xiàn)結(jié)構失穩(wěn)事故。設置支撐是提高構件的穩(wěn)定性是最常見的方式之一。

2.1 鋼結(jié)構構件失穩(wěn)類型

鋼結(jié)構構件的失穩(wěn)類型分為三種：分支點失穩(wěn)、極值點失穩(wěn)和躍越失穩(wěn)。

分支點失穩(wěn)是指理想的軸心受壓桿和理想的中面內(nèi)受壓的平板的失穩(wěn)。極值點失穩(wěn)通常用于描述偏心受壓構件，因為其荷載-撓度曲線不同于理想軸心受壓構件在某一點處分岔，而是存在一個單獨的極值點。躍越失穩(wěn)則是指結(jié)構以大幅度的變形從一個平衡位形跳到另一個平衡位形的失穩(wěn)形式。

2.2 支撐位置對鋼梁穩(wěn)定承載力的影響研究

鋼結(jié)構梁的側(cè)向穩(wěn)定問題是鋼結(jié)構在實際工程中的重要問題，設置支撐是保證鋼梁側(cè)向穩(wěn)定性的主要措施。

周紅欽[7]對雙軸對稱工型鋼梁進行研究。研究表明在理想彈性及缺陷彈塑性兩種不同條件下，支撐位置對構件側(cè)向穩(wěn)定性的影響都較大，且隨著支撐點沿著截面高度對受壓翼緣的方向的偏離，支撐對構件穩(wěn)定性的有利作用不斷降低。支撐位置對構件側(cè)向穩(wěn)定性的影響，在區(qū)域上大致相當。

鄒華足[8]研究的是支撐橫向布置位置對鋼梁穩(wěn)定性能的影響。鋼梁模型如圖2，其中l(wèi)、ls和lc分別為鋼梁的總跨度、邊梁段的跨度及中間梁段的跨度，側(cè)向支撐對稱布置在鋼梁的受壓翼緣，分析過程始終保證鋼梁上翼緣受壓，通過改變荷載大小及邊梁、跨中梁段跨度以研究支撐布置位置對鋼梁穩(wěn)定性能的影響。研究表明，鋼梁的整體穩(wěn)定性隨荷載形式不同而略有變化，跨中梁端的穩(wěn)定性能對鋼梁的整體穩(wěn)定性起決定作用。不管荷載形式如何，都是當跨中梁端與邊跨梁端跨度相等時的跨中梁端的整體穩(wěn)定承載力最大，此時鋼梁的整體穩(wěn)定承載力也達到最大值，當跨中梁段跨度逐漸增大時，鋼梁的整體穩(wěn)定臨界荷載值逐漸下降。因此，在對鋼梁對稱設置側(cè)向支撐時，側(cè)向支撐應盡可能地等距布置。

3 結(jié)語

支撐的設置對于提高鋼結(jié)構框架的抗側(cè)移能力和鋼構件的穩(wěn)定性作用很大。

設置支撐能有效減小鋼結(jié)構框架的側(cè)移，提高框架的抗側(cè)移能力。無論是中心支撐還是偏心支撐，在多高層鋼框架結(jié)構中，支撐布置在中間跨的抗側(cè)移性能要優(yōu)于將支撐布置在邊跨；不同的支撐形式和不同的布置位置對鋼結(jié)構框架的抗側(cè)移性能的影響不同。偏心支撐鋼結(jié)構框架具有更好的抗震性能；在大地震烈度設防地區(qū)，宜優(yōu)先考慮偏心支撐體系。設置側(cè)向支撐可以提高鋼結(jié)構構件的穩(wěn)定性。支撐位置對構件側(cè)向穩(wěn)定性的影響較大；側(cè)向支撐等間距設置，鋼梁的整體穩(wěn)定性最好。

參考文獻

[1] 李國強.多高層建筑鋼結(jié)構設計[M].北京.中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2] 哈敏強.幾種鋼框架-支撐結(jié)構體系的特點和性能[J] .住宅科技，2004.3.

[3] 建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2010）[S].北京.中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4] 張浩.支撐形式和布置對鋼結(jié)構惻移和內(nèi)力的影響研究[D].西安理工大學.

[5] 黃怡，王元清，石永久.支撐布置方式對多高層鋼結(jié)構抗震性能的影響分析[J].鋼結(jié)構.2005，20（81）：41-44.

[6] 高軒能，彭觀壽，張惠華.支撐形式與鋼框架結(jié)構的側(cè)移剛度[J].工程力學.2010 27（1）：280-285.

[7] 周紅欽.支撐位置對輕型工形鋼梁穩(wěn)定性的影響[D] 鄭州大學.

[8] 鄒華足.側(cè)向支承條件對鋼梁整體穩(wěn)定承載力影響的研究[D].湖南大學.