关于钢筋混凝土斜支撑框架结构优化设计

关于钢筋混凝土斜支撑框架结构优化设计的研究【摘要】文章将对框架结构、框剪结构以及钢筋混凝土斜支撑框架结构进行建模分析对比，通过对三者的刚度、最大地震力、最大层间位移角等方面的计算对比，来分析钢筋混凝土斜支撑框架结构的合理性，并对其进行优化设计。

【关键词】钢筋混凝土斜支撑框架结构框剪结构剪力弹性层间位移角优化设计

抗震结构的优化设计是抗震结构设计理论的重大发展，也是抗震结构可靠度的一个重要方面。框剪结构中剪力墙与框架刚度相差悬殊，变形协调能力差、结构自重大。同时吸收较大的地震作用；而高层框架结构难于满足规范所允许的位移要求，我们有必要研究一种刚度介于框架结构和框剪结构，同时变形协调性较好的另外一种结构体系：钢筋混凝土斜支撑框架结构体系。本文重点研究钢筋混凝土斜支撑框架结构体系。

1 分析模型的选取

模型取一栋地上12层、地下一层的4×5跨框架砼斜支撑结构、框架砼型钢支撑结构、纯框架结构和框架剪力墙结构。该框架结构质量、刚度分布皆均匀、规则，地下一层至三层层高4.8m，其余各层3.3m，设防烈度为8度，设计基本地震加速度0.2g，抗震等级为一级，ⅱ类场地。柱距8100mm，柱混凝土强度等级为c40，梁板混凝土强度等级为c30，纵筋为hrb400级，楼面恒载、活载标准值分别为，4.5kn/m2、3.5kn/m2，屋面恒载、活载标准值分别为

6.0kn/m2、2.0kn/m2。

2 模型分析

结构的抗侧力构件由梁柱构成，梁柱刚度决定了体系的刚度大小。由计算得知，框架结构的第一周期为1.9412s，可知框架结构体系位移较大，周期较长，整体刚度较小，结构的弹性层间位移角远远超过了《建筑抗震设计规范》gb 50011-2010[1]所规定的限值1/550。可见在高烈度地震作用下，高层建筑采用框架结构是不可取的。

框剪结构的抗侧力构件主要由剪力墙和梁柱构成，剪力墙的刚度决定了体系的刚度大小。由计算得知，框剪结构的第一周期为1.4421s，最大层间剪力和层间位移角见表1。可以得知框架剪力墙结构体系较框架结构位移过小，周期过短，结构整体刚度过大，吸收的水平地震力过多，造成投资浪费。同时，由于剪力墙分配地震作用较多，使得框架部分很多都是构造配筋。

钢筋混凝土斜支撑框架结构体的抗侧力构件由梁柱和支撑构成，梁柱和支撑的刚度决定了体系的刚度大小。计算得知，混凝土双向支撑的第一周期为1.3103s，最大层间剪力和层间位移角见表1。可以得知混凝土双向支撑结构结构整体刚度也很大，其适用于高烈度地震地区[2]。由计算得知，混凝土双向支撑的第一周期为1.6339s，最大层间剪力和层间位移角见表1。可以得知框架单向撑结构侧向刚度合理，层间位移和总位移很好的满足限值要求，结构吸收的水平地震力大于框架结构，小于框架剪力墙结构，很好地解

决了选用框架结构或框架剪力墙结构存在的问题。框架斜撑结构体系梁柱断面合理，是一种非常理想的、经济合理的结构体系。混凝土人字形支撑的第一周期为1.5361s，最大层间剪力和层间位移角见表1。可以看到混凝土人字形支撑结构和混凝土单向支撑结构侧向刚度、层间位移和总位移比较接近，也是一种合理的结构体系。同时由于可以在半跨布置，这样方便门窗洞口的开设。

3 结语

本研究只是在弹性阶段进行的分析，具有一定局限性。

（1）框架结构的刚度较小、侧移过大，结构在强震作用下可能发生整体倒塌破坏；而框剪结构刚度过大，刚度分布的不均引起地震力的分配不均，造成框架部分大部分为构造配筋，使其易形成薄弱部位，在强震作用下框架的梁、柱破坏难于修复。钢筋混凝土斜支撑框架结构体系同时具有框架结构和框剪结构的优点，传力途径和受力特点更为合力，其侧向刚度合理，层间位移很好地满足了规范要求。由于钢筋混凝土斜支撑框架结构体系的刚度适中，刚度分布也较为合理，使得地震力的分配也较为平均，断面和配筋也比较合理。另外由于混凝土支撑可以布置为单向支撑，方面门窗洞口等建筑和设备的布置。

（2）由于斜支撑传递了轴力，使得与其相连的框架柱的轴力明显增加，故该柱的轴压比不容易控制，容易造成其轴压比超限，可以考虑该柱采用型钢混凝土或增大砼标号等措施；钢斜支撑在较大开间处，由于其长细比易超限，此时钢筋混凝土斜支撑可以满足规

范的所规定的侧移要求。

参考文献：

[1]gb50011-2010，建筑抗震设计规范[s].

[2]马步真.钢筋混凝土斜支撑框架结构探析[j].设计研究，2007，1（1）：58-60.