柱脚刚度对带屈曲约束

林浩泉 周东明

摘要：屈曲约束-偏心支撑结合了屈曲约束支撑和偏心支撑耗能梁段两者耗能减震的优势，能够为结构提供双保险。本文通过有限元分析软件sap2000对带屈曲约束-偏心支撑的加层结构进行时程分析分析知：刚接柱脚更有利于屈曲约束-偏心支撑耗能减震。

关键词：柱脚刚度，屈曲约束-偏心支撑，抗震

1 引言

钢结构直接加层的柱脚连接分为铰接和刚接两种方式[1]。铰接柱脚只承受水平力和竖向轴力，其特点是造价低施工方便。刚接柱脚不但承受水平力和轴向力还承受弯矩作用，其受力相较于铰接更加复杂并且造价高施工复杂。[2]

2 分析模型

图1 原混凝土框架结构1-5层平面布置图

本章模型底部为五层混凝土框架结构，上部为四层钢结构加层，钢结构加层与原混凝土框架结构的平面布置、层高相同，纵向尺寸为25.2m，横向尺寸为14.7m，层高3.6m，平面如图1所示。方案一和方案二柱脚分别采用刚接和铰接。

3 自振周期的对比分析

刚接方案第一自振周期为1.111665s，比铰接方案第一自振周期小0.033129s，减幅为2.89%，这说明柱脚刚接后加层体系的抗侧刚度更大，新旧结构之间连接地更加牢固，加层体系变由“柔”变“刚”。

4 最大层剪力的对比分析

由于篇幅有限，本文地震波仅采用依照规范选用的天然波EL.centro波来计算结构地震反应，统计出不同方案在EL.centro地震波罕遇地震作用下的地震数据。

从图2可以看出在原混凝土结构部分柱脚刚接方案的层剪力要略大于柱脚铰接方案，但两种方案的层剪力差异并不明显，柱脚采用刚接时底层层剪力为8481kN，而采用铰接时底层层剪力减为8276 kN，两者仅相差2.42%。在加層部分，刚接方案的层剪力要略小于铰接方案的层剪力，两者之间在顶层 相差最大，但也仅仅相差8.83%。 图2 最大层剪力

可见，柱脚刚接方案的层剪力与柱脚铰接方案相差不大，但刚接方案能够更加牢固的把新旧结构联系在一起，更加有利于力和弯矩的传递，使整个加层体系的变形更加协调。

5 最大层位移的对比分析

由图3可以看出，柱脚采用铰接形式的加层体系各层层位移要明显高于柱脚采用刚接形式的加层体系。在原结构处两者之间的层位移相差比较小，一般控制在12%～18%之间。到了加层部分，两方案之间的层位移差值逐渐增大，在加层体系的最顶层处，刚接方案的层位图3 最大层位移

移为80.88mm，而铰接方案的层位移则增加到了97.85mm，比刚接方案增加 了20.98%。

因此可以看出，加层体系柱脚采用刚接方案后控制层位移的效果要明显优于柱脚采用铰接的加层体系。

6小结

综上所述，直接加层体系柱脚采用刚接后抗侧刚度更大，对结构受力分析更加有利，其自振周期要略小于柱脚铰接方案，层剪力要略大于柱脚铰接方案，但都相差不明显。而对于层位移，刚接方案要明显优于铰接方案。

参考文献：

[1]张涛，王元清，石永久，麻建锁.多层建筑顶部轻钢加层柱脚节点的设计与构造[J].施工技术，2005，（10）：36-38

[2]刘威.圆形底板刚性柱脚锚固设计研究[D] .武汉：华中科技大学，2011

作者简介：林浩泉（1991.04—）男，汉，山东莒县，学生，硕士，单位信息：青岛理工大学，研究方向：结构工程。

周东明（1968.10—）男，汉，副教授，主要研究方向：结构优化设计、工程项目管理（招投标合同造价、质量技术）。