钢框架

王丽君

关键词：钢框架 中心支撑 偏心支撑 耗能梁段 侧向刚度

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号

摘要： 钢框架——支撑结构是在钢框架结构的基础上，通过在部分框架柱之间布置支撑来提高结构承载力及侧向刚度的一种结构体系。支撑体系与框架体系共同作用形成双重抗侧力结构体系，这不但为结构在正常受力情况下提供了一定的刚度，而且为结构在水平地震作用及较大风荷载作用下，提供了两道受力防线，形成了人们较理想的破坏机制，在多高层钢结构建筑中应用非常广泛。

Abstract: The steel frame-a support structure is in the steel frame structure, and on the basis of frame column in part by decorates support to improve structure between the capacity and the lateral stiffness of a structure system. Support system and common framework system formation double resist lateral force structure system, which not only for structure in normal stress offers certain stiffness, and for structure in the earthquake effect and a level of wind load, provided two word stress lines, formed the people relatively ideal of failure mechanism, in high-rise steel structure building is widely used.

Key words: steel frame； center eccentric support； energy beam；lateral stiffness

普通的框架结构在水平地震力和风荷载等水平力作用下，侧向位移偏大，由此设计的梁、柱断面均较大，而在钢框架中适当的增加支撑可以很有效的减小框架位移减小杆件断面。下面以某钢框架转运站各杆件在加支撑前后应力变化为例说明支撑在钢框架设计中所起的作用。

某6层钢框架转运站高30米，基本风压0.55m/s2,抗震设防烈度为7（0.15）度。（加支撑前后各杆件大小一致）

第2层梁柱结构应力（不加支撑）第2层梁柱结构应力（加支撑）

加设支撑前X方向风荷载作用下楼层最大位移1/337，Y方向风荷载作用下楼层最大位移1/292；加设支撑后X方向风荷载作用下楼层最大位移1/1140，Y方向风荷载作用下楼层最大位移1/1095。可见在相同荷载、相同杆件下，加设支撑后杆件应力明显下降，由此杆件大小可以做相应减小，综合整体用钢量也相应减少，可见支撑在钢框架结构中起到了很好的作用。

不同的支撑布置方式会产生不同的效果，这包括支撑的类型，支撑布置的位置以及支撑杆件所选择的截面形式。

一、支撑的类型：

（１）中心支撑：斜腹杆的两端都连接于梁柱节点处，或一端位于梁柱节点处，一端与其他支撑杆件相交就称为中心支撑。中心支撑的特点是支撑杆件的轴线与梁柱节点的轴线相汇交于一点，支撑体系刚度较大。中心支撑宜采用十字交叉斜杆支撑，单斜杆支撑，人字形斜杆支撑，Ｖ字形支撑，Ｋ字形支撑，跨层交叉支撑。

K形斜杆体系在地震荷载作用下，斜杆的屈曲或屈服引起的较大侧向变形，可能引发柱提前丧失承载能力而倒塌，因此抗震设防结构不得采用K形斜杆体系。所有形式的支撑体系都可以跨层跨柱设置。当采用只能受拉的单斜杆体系时，应同时设置不同倾斜方向的两组单斜杆，且每层中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于10% 。中心支撑适用于抗震设防等级较低的地区，以及主要有风荷载控制侧移的多高层建筑物。

（２）偏心支撑：支撑杆件的轴线与梁柱的轴线不是相交于一点，而是偏离了一段距離，形成一个先于支撑构件屈服的“耗能梁段”。在偏心支撑框架中，除了支撑斜杆不交于梁柱节点的几何特征外，还有一个重要的力学特征，就是耗能梁段。这些位于支撑斜杆与梁柱节点（或支撑斜杆）之间的耗能梁段，一般比支撑斜杆的承载力低，同时具有在重复荷载作用下良好的塑性变形能力。在正常的荷载状态下，偏心支撑框架具有足够的水平刚度；在遭遇强烈地震作用时，耗能梁段首先屈服吸收能量，有效的控制了作用于支撑斜杆的荷载份额，使其不丧失承载力，从而保证整个结构不会坍塌。偏心支撑包括人字形偏心支撑，Ｖ字形偏心支撑，八字形偏心支撑，单斜杆偏心支撑等。

偏心支撑适用于抗震设防等级较高的地区或安全等级要求较高的建筑，而且相对中心支撑而言可以很容易解决门窗布置受限的难题。

二、支撑的截面形式：

支撑斜杆宜采用双轴对称截面。当采用单轴对称截面时（例如双角钢组合T行截面），应采取防止绕对称轴屈曲的构造措施。支撑的截面形式包括单槽钢、单角钢、双角钢、双槽钢、H形钢，箱型截面钢，钢管。

三、支撑的布置方式：

（1）支撑集中布置在中间跨的框架支撑结构的抗侧移刚度要大于支撑布置于边跨；（比如ｂ和ｅ的布置方式，假设将有支撑跨视为一个竖向悬臂杆，无支撑跨的抗侧刚度忽略不计，则显然ｂ结构只相当两个竖向悬臂杆的抗侧刚度的简单叠加，而ｅ结构却相当于一个2倍截面高度的悬臂杆的抗侧移刚度。）

（2）应使支撑在长度方向上连续，使更多的竖向杆件被支撑杆件联系成整体，发挥空间整体作用。

（3）结构的高度越大，层数越多，支撑的设置对结构抗侧移刚度的影响越大。

（4）支撑的布置宜上下连续，左右对称，且尽量保证每个节点受力的一致性。

结束语

随着我国钢结构市场的发展，钢结构建筑越来越兴盛，合理的选取结构形式不仅可以提高结构安全，也可以很好的减少用钢量，减少投资，实现节能降耗的目标。尤其在多、高层钢结构中，钢结构支撑结构占据了重要的地位，合理有效的设置支撑是设计工作中不可或缺的一部分。

参考文献：

《钢结构设计规范》GB50017-2003 中国计划出版社北京

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 中国建筑工业出版社北京

《钢结构—房屋建筑钢结构设计》 中国建筑工业出版社

《PKPM—STS钢结构CAD软件》用户手册 中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部