鋼筋混凝土支撐框架結構的研究進展

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構的研究進展

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)

支撐結構體系對建筑物穩定性的影響很大，其中包括鋼筋混凝土斜支撐框架結構、人字形支撐結構、X形支撐結構等結構體系。對于混凝土結構體系的研究是關乎建筑物安全的重要問題，因此，不同結構體系對建筑物的影響是國內外工程領域非常關注的一個問題。本文分別介紹了國內外對鋼筋混凝土支撐框架結構研究的主要成果,并對今后擬開展的研究工作提出了建議。

支撐框架結構 抗震性能

引言

我國改革開放歷經三十余年，經濟發展發生了翻天覆地的變化，人民生活水平實現了大幅飛躍，隨之對高層建筑的需求也日趨增加。規范中規定“在正常使用條件下，高層建筑結構應具有足夠的抗側移剛度，避免產生過大的位移而影響結構的承載力、穩定性和使用要求”。鋼筋混凝土斜支撐框架結構作為近年來新興的結構體系，是在框架結構中加入了混凝土斜支撐所構成的結構體系。本文對鋼筋混凝土支撐結構框架結構進行了仔細的總結和分析，對今后開展研究和工程應用具有一定的參考價值。

1. 鋼筋混凝土斜支撐框架結構的建筑物的影響

湛江石油勘察設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，深入研究了框架結構在柱間增設混凝土斜支撐的整改方案，分別對結構模型進行靜力分析和地震分析，對比原結構框架與增設了斜支撐后的結構模型計算結果并進行分析。研究表明：斜支撐的增設可以使結構的自振周期明顯減小，結構的穩定性也隨之提升。

北京總后建筑設計研究院的成浩[2]通過建立鋼筋混凝土框架斜撐結構6個典型的代表模型，并對其作了400余例彈塑性時程分析，與相關的試驗結果結合后，分析得到了層間延伸率是控制框架斜撐結構破壞程度的關鍵因素。鋼筋混凝土框架斜撐結構房屋的地震災害預測可以以層間延伸率為判斷根據。最后建立一棟8層的框架斜撐結構，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—桁架結構的斜撐剛度的優化問題，使用擬牛頓乘子法，對桁架中斜撐的剛度做了優化。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化，確定優化后的各項指標均優于優化前來印證該優化方法的正確性。

M.R.Maheri，R.Kousari和M.Razazan[5]對混凝土框架—支撐結構體系進行了試驗研究并且應用了Pushover方法作為理論依據，分析研究表明：框架—支撐結構對結構的承載力、強度的提高有很大的幫助；由于在混凝土框架結構中的X型支撐對減低結構的整體位移有幫助，所以在結構體系中X型支撐的增加能夠直接改進結構原來的性能。

2. 人字形框架結構的建筑物的影響

哈爾濱工業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構中鋼柱有可能伴隨出現的受力狀態，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構和異型柱加斜撐框架結構的空間受力進行有限元分析。以單個結構單元的分析結果說明，增設了人字形支撐后異型柱框架結構，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：為提高結構的抗扭性能，異型柱框架結構中應該添加部分斜支撐。

李勝祥[8]主要研究了人字形支撐對提高異形柱框架結構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，發現異形柱結構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。通過增設人字形支撐，可以大幅度的提高結構的抗扭轉性能，進而減少地震對結構的破壞。

3. X型框架結構的建筑物的影響

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果相比較。分析研究表明：采用雙線性模型的構件能夠對結構在地震反應中的狀態進行準確的模擬。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很關鍵。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構進行了分析研究，研究表明：對結構的抗側剛度的增強，X型支撐起了至關重要的作用；通過得到的荷載-位移曲線能夠得出在使用框架—支撐結構時，結構能夠在出現很大的位移時卻不發生倒塌，在非線性階段一般框架結構的性能沒有框架-支撐結構的性能強大。

4. 結語

鋼筋混凝土支撐結構體系對于結構的影響不僅要考慮安全性能還要考慮經濟性和適用性。目前國內外對鋼筋混凝土斜支撐在罕遇地震下的抗震性能和經濟性的數值研究還比較薄弱。為了能夠為工程實際中結體系的應用研究提供參考，今后應該對鋼筋混凝土斜支撐框架結構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. 斜支撐對于結構穩定性的作用[J]. 中國高新技術企業, 2010(5):48-50.

[2]成浩, 嚴世超. 鋼筋混凝土框架—斜撐結構的震害預測[J]. 建筑結構, 2001(7):28-29.

[3]嚴世超,韓青. 鋼筋混凝土框架—桁架結構斜撐剛度的優化[J]. 內蒙古工業大學學報(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, 2005(2):58-59.

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

[7]李勝祥. 對斜支撐結構于抗震設計中作用的探討[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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1007-6344（2015）12-0125-01