钢支撑在混凝土框架中的应用

文/ 季保建 中国建筑上海设计研究院有限公司 辽宁沈阳 110003

钢支撑在混凝土框架中的应用

文/ 季保建 中国建筑上海设计研究院有限公司 辽宁沈阳 110003

医院高层混凝土框架结构的刚度小、平面尺寸大，计算时位移角不容易满足规范的要求，而钢支撑能适当增加结构刚度，能够使结构的位移角减小，使其满足规范要求。本文主要阐述钢支撑在医院高层混凝土框架中的计算结果进行分析，以便这项技术在工程中的推广，可供相似工程的设计借鉴。

钢支撑；多遇地震；位移角

目前钢结构框架加撑的结构已经很普遍，但是钢支撑在混凝土框架结构中的应用还非常少，但是新版抗震规范GB50011-2010的附录G里提到钢支撑-混凝土框架的设计要求，也就是说肯定了这种做法在实际工程中是可以采用的，由于这种结构是介于框架结构和框架--剪结构之间的结构形式，所以规范在结构最大试用高度和层间位移角限值按框架和框架-剪力墙结构内插。

钢支撑－混凝土框架结构即属于双重抗侧力结构体系，在地震力作用下，钢支撑形成结构的第1道防线，混凝土框架为第2道防线，从而使整体结构具有良好的抗震性能和侧向刚度。既有了框架剪力墙的特点，而且还避免了剪力墙结构的自重大的弊端。再一点乙类建筑如果采用框架-剪力墙结构，在地震烈度是7度的情况下，大于等于25米的建筑的剪力墙都是一级剪力墙，而高规中规定一级剪力墙必须满足施工缝的验算要求，而结构层数较低，底部墙的竖向压力很小甚至出现拉力，对施工缝验算非常不利，为了使施工缝验算满足要求，必须得加厚混凝土剪力墙和附加短筋等，这就使得工程造价提高，不经济。因此钢支撑-混凝土框架结构对于层数不是很多的乙类和甲类建筑非常适合。

1、工程概况

本工程地下2层，地上13层，总的建筑面积为3.0万平方米。结构主要屋面高度48.9米，室内外高差450mm。

本工程采用钢支撑-混凝土框架结构，结构模型见图1，结构支撑平面位置见图2，

图1 结构模型图

图2 钢支撑平面位置

2、结构计算分析

2.1 结构基本参数见表一，构件尺寸见表二

2.2 钢支撑的设计

若结构采用混凝土框架结构，为了满足规范的位移角要求，需要加大梁柱截面，这就影响了建筑功能，而且纯框架结构就一道防线，在结构安全性上不足，因此我们采用了钢支撑-混凝土框架结构，为了在地震作用下保证钢支撑的轴力对与其连接的柱子不产生破坏的影响，我们把这几个柱子里面设置了型钢，这样也方便了柱子和支撑的节点连接。

在计算时为了不让支撑承受竖向荷载，我们把支撑的施工次序调到了最后，这样计算时支撑不会承受竖向荷载，也就使计算结果更加准确，从而保证了设计的正确性。

底部某个支撑在各工况下的标准内力（轴力KN）见表三：

3、结构在多遇地震下的计算

采用YJK程序进行结构抗震分析和设计，未加钢支撑的结果见表四，加钢支撑的结果见表五.

从以上两个表的结果对比可以看出，未加钢支撑时的结构的周期比不满足规范要求，而加了钢支撑的周期比有很大改善。而且平动是的平动系数也有所增加。结构的剪重比不加钢支撑时是不满足规范要求的，而加了钢支撑后满足规范要求。最大层间位移角在未加钢支撑之前是不满足框架结构的规范限值，而加了钢支撑后结构的刚度有所增加，满足了规范的要求（规范的限值是框架结构和框架-剪力墙结构的线性插值）。最大扭转位移比也得到了改善。

在多遇地震下结构钢支撑的应力比底层为0.9，大部分地方的应力比为0.5左右，说明在罕遇地震下底部钢支撑进入塑性阶段，但是大部分地方的钢支撑即使在罕遇地震下也处于弹性工作阶段。

结论：

本文通过多遇地震分析，在某框架结构中加入钢支撑，形成混凝土框架结构－钢支撑体系，结构的整体抗震性能大大增强。

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

[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]陈肇元，钱稼茹．汶川地震建筑震害调查与灾后重建分析报告［M］．北京：中国建筑工业出版社，2008.