混凝土框架结构防屈曲支撑体系研究与分析

崔立杰

摘要：通过对某混凝土框架结构进行抗震性能设计，采用PUSHOVER（静力弹塑性分析）进行结构性能分析，研究了该混凝土框架结构的配筋对比和在中震作用下层间位移角，层间剪力等。结果表明：框架结构+防屈曲支撑体系方案明显优于框架—剪力墙结构体系，其使结构可靠性、适用性、耐久性及经济性得到充分满足，同时也最大限度的发挥了防屈曲支撑在抗震性能中的优势。

Abstract： Through the design of seismic behavior of a concrete frame structure， using PUSHOVER （static elastoplastic analysis） for structural performance analysis， The reinforcement comparison of the concrete frame structure and the displacement angle， interlaminar shear force and so on under the action of the middle earthquake are studied. the results show that the frame structure and anti-buckling support system is obviously superior to the frame and shear wall structure system， which makes the structural reliability， applicability， durability and economy fully satisfied， and also maximizes the anti-buckling support advantages in seismic performance.

關键词：混凝土框架结构；PUSHOVER；防屈曲支撑

Key words： concrete frame structure；static elastoplastic analysis；anti-buckling support

中图分类号：TU375.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）24-0116-03

1 工程概况

本工程为某办公楼加固改造项目，三层钢筋混凝土框架结构，局部四层，无地下室；抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度峰值为0.2g，设计地震分组第三组，Ⅱ类场地，场地特征周期0.45s。[1]为提高结构抗震性能的同时减小主体结构加固工程量，拟采用以下两种方案：改变结构体系（由框架结构变为框架—剪力墙结构）和增设防屈曲支撑作为消能构件，变为消能减震体系（框架结构+防屈曲支撑体系），并对其效果进行分析评价。

2 由框架结构变为框架—剪力墙结构[2]

该方案从一层至三层增设部分剪力墙，将原建筑结构变为框架-剪力墙结构体系，该方案效果如图2所示。

优点：①原主体结构抗震等级保持不变；[1]②剪力墙成为主要侧向力受力构件，减小原框架结构承受地震作用，避免对原结构较大的加固范围。

缺点：①剪力墙的增加改变了原建筑结构的受力体系，大大减小了原框架结构构件受力，原结构承载力性能未得到充分发挥，属于不经济的加固方案；②剪力墙的增加使得大量植筋需对原结构构件剃凿，破坏原结构整体性，同时存在施工质量隐患；③剪力墙基础的增设对原结构基础扰动较大；④施工周期长，严重影响正常办公。

3 框架结构+防屈曲支撑体系[3]

在原框架结构外榀框架的四角增设防屈曲支撑构件，使得原建筑结构抗震性能得到提高。[4]

本项目工程共采用22套防屈曲耗能支撑。

该方案效果如图3、图4所示。

①配筋对比如表1所示。

从表1可以看出，原框架结构每根框架柱均不满足承载力要求，框架结构需要大范围加固，工程量甚大，而设置防屈曲耗能支撑能够有效的减少框架结构的配筋，变为原框架计算配筋的25%，使原结构不需要大范围常规加固即可满足抗震承载能力的要求，仅需对原框架结构防屈曲支撑所在榀进行局部加固即可。

②PUSHOVER（静力弹塑性分析）结构性能分析。[5]

中震作用下，X向性能点时：底部剪力：V=11018.44kN，顶部位移：49.3mm。Y向性能点时：底部剪力：V=9648.52kN，顶部位移：51.5mm。防屈曲支撑屈服位移约为6mm左右，说明中震作用下防屈曲支撑已经屈服，发挥耗能作用。防屈曲支撑的增设充分发挥了原框架结构的抗震性能，充分体现了其经济性及方案的合理性。

③防屈曲支撑均设置在框架结构的外榀，而且其与主体结构的连接仅需在梁柱节点位置施工，故其所需工作面小，施工周期短，较框架-剪力墙方案，工期缩短约为30%左右。

④经计算原结构基础满足设计要求，故不需要对原结构基础扰动。

⑤与框架—剪力墙方案对比其综合造价降低约为20～28%，节约工程成本，更加经济安全。

4 结论

由以上分析可知：

①框架—剪力墙体系对于该项目效果弊大于利，而采用防屈曲支撑对其进行优化设计，其效果明显优于框架—剪力墙体系。②框架+防屈曲支撑体系作为本项目设计方案所选体系，是建筑安全性、适用性及经济性的可靠保证，同时也最大限度地发挥了防屈曲支撑在抗震性能中的优势。③中震作用下防屈曲支撑已经屈服，发挥耗能作用。

参考文献：

[1]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]曹霞，王华阳，严琛，唐婷.某办公楼框架-剪力墙结构加固改造技术[J].施工技术，2016（16）：78-81.

[3]周云.防屈曲耗能支撑结构设计与应用[M].中国建筑工业出版社，2007.

[4]吴克川，陶忠，宫海，等.钢筋混凝土框架结构防屈曲支撑加固振动台试验研究[J].建筑结构学报，2015（9）：18-28.

[5]李帼昌，马晓龙，李文明.基于OpenSees的屈曲约束支撑混凝土框架静力弹塑性分析[J].沈阳建筑大学学报：自然科学版，2015（03）：401-407.