钢结构X型中心支撑的抗震设计探讨

应大 于 120 姨120/fay ；一、二、三级 中心支撑 不得采 用拉杆设计，四级采用拉杆设计时，其长细比不得 大于 180”。
不难看出，我国抗震规范没有同时对小长细比 的短支撑的最小值加以限制，导致一种错觉，认为 设计中长细比越小，结构越安全，这显然是不合适 的。 实际情况是支撑的长细比越小，支撑框架的刚 度就越大；支撑刚度越大，不但承受的地震力越大， 而且在某些情况下计算分析得出的层间位移也很 大；层间位移越大，强震时钢框架整体倾覆的可能 性就越大[1]。
摘 要：支撑承载力验算时应考虑钢支撑杆在遭受强烈地震的循环荷载作用下发生屈曲使承载力降低而引起的卸 荷效应；还应根据现行抗震规范的要求，计入楼层水平位移和竖向荷载（重力）共同作用下产生的附加剪力和柱的 弹性压缩变形引起的附加压应力。 为了确保支撑与框架柱在地震作用下的协同工作，设计过程中务必要调整支撑 与框架柱的相对刚度，使“框架部分按刚度分配计算达到的地 震 层 剪 力 达 到 不 小 于 结 构 底 部 总 地 震 剪 力 的 25%和 框架部分计算最大层剪力 1.8 倍二者的较小值”。 关键词：X 型中心支撑；附加剪力；附加压应力；长细比 中 图 分 类 号 ：TU352.11
高 度 大 于 50m 时 ，不 应 大 于 120 姨120/fay ；当 构 筑 物高度不大于 50m 时，不应大于 150 姨150/fay ；一、 二、三级中心支撑不得采用拉杆设计，四级采用拉 杆设计时，长细比不得大于 180” 。 现行《建抗规》 第 8.4.1 条规定“支撑杆件的长细比，按压杆设计时，不
1 X 型中心支撑的斜杆承载力验算
当钢结构 X 型中心支撑按压杆设计时，由于钢 支撑杆在遭受强烈地震的循环荷载作用下可能发 生屈曲而降低承载力，支撑斜杆承载力验算时应对 材 料 强 度 进 行 折 减[1]，如 下 ：
（1）
（2）
（3） 式中，Ny— ——支撑斜压杆的轴向力设计值；
φ— ——轴心受压构件的稳定系数； Ad— ——支撑斜杆的截面面积； Ψ— ——支撑受循环荷载作用时的强度降低系数； f— ——钢材强度设计值； λRE— — — 承 载 力 抗 震 调 整 系 数 。 λ、λn— ——支撑斜杆的长细比和正侧化长细比； fay— — — 钢 材 屈 服 强 度 值 ； E— ——支撑斜杆钢材的弹性模量。 当钢结构 X 型中心支撑斜杆采用拉杆设计时， 确定拉杆轴力时应计入斜压杆在反复循环荷载下强 度 降 低 引 起 的 卸 荷 效 应 [3]，轴 力 设 计 值 宜 按 下 式 计 算：
第 15 期
白崇平：钢结构 X 型中心支撑的抗震设计探讨
99Biblioteka φi— ——斜杆轴心受压稳定系数。 在钢结构 X 型中心支撑的斜杆承载力验算中， 还应 根据现行《建 筑抗震设 计规范》GB50011（以 下 简称 《建抗规 》）、《构筑物 抗 震 设 计 规 范 》GB50191 （以下简称《构抗规》）及《石化构抗规》等规范要求， 计入“在竖向荷载（重力）和水平荷载（地震）作用 下，由于结构整体的变形协调关系，承受楼层水平 位移和竖向荷载（重力）共同作用下产生的附加剪 力”和“在竖向荷载（重力）荷载的作用下，由于柱的 弹性压缩变形在 X 型中心支撑斜杆中引起的附加 压应力”。
2 X 型中心支撑的斜杆长细比控制设 计
支撑斜杆的长细比是影响其性能的重要因素。 对于小长细比的短支撑，耗能性能好，且其受压屈 曲时的承载力接近于钢支撑本身的屈服强度，因 此，支撑受压时不会出现明显的屈曲现象;而大长细 比的钢支撑则相反，支撑屈曲时的承载力要远远小 于其屈服强度，而且，当长细比较大时，构件只能受 拉，不能受压，通常在往复荷载作用下，当支撑受压 失稳后，其承载能力降低，刚度退化，耗能能力随之 降 低 。 为 此 ，现 行 《石 化 构 抗 规 》中 第 9.4.1 条 规 定 “中心支撑杆件的长细比，按压杆设计时，当构筑物
第 32 卷 第 15 期 2016 年 8 月
甘肃科技 Gansu Science and Technology
Vol.32 No.15 Aｕg . 2016
钢结构 X 型中心支撑的抗震设计探讨
白崇平 1,2
（1.兰州大学 土木工程与力学学院，甘肃 兰州 730000；2. 中国寰球工程公司，甘肃 兰州 730060）
在石油化工建设中， 钢框架-支撑结构体系是 一种较为经济合理的结构体系， 在这种结构体系 中，钢支撑的设置能够显著地提高结构整体抗侧移 刚度，减小结构的侧向位移。 中华人民共和国行业 标 准 《石 油 化 工 构 筑 物 抗 震 设 计 规 范 》SH/T31472014 （ 以 下 简 称 《 石 化 构 抗 规 》） 中 第 9.1.3 条 规 定 “钢结构构筑物，应优先采用框架－支撑结构”体系。 支撑是钢框架－支撑结构体系中重要的受力构件， 支撑设计是否恰当合理将直接影响到结构承载力 的安全性、可靠性和经济性，因此，做好支撑设计至 关重要。
钢结构支撑分为中心支撑和偏心支撑。 中心支 撑即支撑轴线与梁柱交点相交的支撑，X 型中心支 撑是框架-支撑结构体系中常见的中心支撑形式。 X 型中心支撑的抗震设计包括支撑斜杆截面的验算、 支撑斜杆的长细比控制及支撑斜杆的连接设计等 内容。 由于篇幅限制，文章仅重点探讨 X 型中心支 撑斜杆验算和长细比控制方面的相关内容。
（4）
（5）
式中，NL— ——支撑斜拉杆的轴向力设计值； ω— ——斜拉杆和斜压杆共同协调工作并考虑在 反复循环荷载作用下，强度降低而引起 的卸荷效应系数； Ld— ——支撑斜拉杆的长度；－支撑所在柱间的净距； Vi— ——支撑承受的剪力设计值； φc— ——长细比小于 200 时的压杆卸载系数，在 钢框架-支撑结构体系中取 0.30；
为了解决此问题，应依据多道设防的抗震概念
设计原则， 从钢框架－支撑结构体系的受力与变形 协调角度出发，进行结构整体性分析与计算。 在框 架－支撑结构体系中，支撑是第一道防线，在强烈地 震中支撑先屈服，并在继续发生有侧移变形的过程 中与钢框架-支撑结构体系中的框架一道， 发挥第 二道抗震防线的作用。 如果支撑在强震时仍保持弹 性(既不屈曲，也不屈服)而不发生破坏，则作为钢框 架－支撑结构体系组成部分的框架柱将首先发生破 坏，柱子的这种破坏是一种无侧移失稳而导致整个 钢框架－支撑结构体系失去竖向承载能力而坍塌。 这就要求我们在结构设计中必须确保支撑在地震 中先屈服，并确保支撑屈服后内力重分布使框架部 分所承担的地震剪力和支撑部分所承担的地震剪 力之和应大于弹性计算的总地震剪力。