偏心支撑钢框架的设计

偏 心 支 撑 钢 框 架 的 设 计
林 芹
摘 要： 简述 了偏心 支撑钢框 架结构的 工作原理及特 点， 绍 了偏心 支撑 钢框 架的设计计 算方 法， 中重点介 绍 了各杆 介 其
件 的 内力 计 算 ： 能 梁段 设 计 、 耗 非耗 能 梁段 设 计 、 支撑 设 计 和 框 架柱 设 计 ， 工 程设 计人 员提 供 了指 导 。 为
支 撑 钢 框 架 的 良好 性 能 ０ 。 Ｊ 而 我 国清 华 大 学 和 中 国 建 筑 科 学 研 究 院等 有 关 单 位 的 学 者 对 态 ， 其 他 构 件 仍 处 于 弹 性 状 态 。 设计 良好 的偏心 支撑框 架 ， 除柱脚 有 可能 出现 塑性 铰外 ， 其
撑。Ｋ型偏心支撑钢 框架 的耗 能梁段 在 梁 的中部 ， 受力 较好 ， 应
关 键 词 ： 结构 ， 心 支撑 框 架 ， 能 梁 段 钢 偏 耗
中 图 分 类 号 ：Ｕ ７ ． Ｔ ３５４
文献 标 识 码 ： Ａ 的非 弹 性 变 形 进 行 耗 能 ， 一 方 面 耗 能 梁 段 首 先 发 生 剪 切 屈 服 ， 另
１ 概 述
从 随着 我 国改 革 开 放 和经 济 建 设 的 发展 ， 结 构 在 我 国 的应 用 很好地保护支撑斜杆不屈 曲或屈 曲滞后 ， 而有效地保 持并相 应 钢 地 延 长结 构 抗 震 能 力 和 抗 震持 续 时 间， 达 到节 约 钢 材 的 目 以 越来越广泛 ， 主要是 由于钢结构与其他材 料结 构形式 相 比有其 突
他 塑性 铰均 出现在梁段 上 。本文依 据我 国设计 规范 ， 对偏 心支
并 重点介 绍 偏心支撑钢框架 是高烈度地震 区 比较合适 的一种抗 震体 系 ， 撑钢框架 的实际计算方 法进 行讨 论 ， 以工 字梁为 例 ， 例如 ： 耗能 梁段 的设计 、 非耗 能梁 段 的设计 、 在 国 外 应用 较 为广 泛 。我 国 由 于经 济 和 技 术 等 多 方 面 的 原 因 ， 各杆件 的内力计 算 ， 目 支撑设计和框架柱设计等 。 前工程实例的应 用不 多 ， 较为典型的是北京 的工商银行 总行 和上 海金贸大厦都使 用的是偏 心支撑结构 。
第３ ７卷 第 ２期 ２０ １１年 １月
文章 编 号 ：０９ ６ ２ （０ ）２０ ４ －３ １０ —８ ５ ２ １ ０ —０ １０ １
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ２ １３ ．
Ｊ ｎ ２ １ ａ． ０１
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荷载作用下 ， 结构的侧 移较 大 ， 了控 制层 间位移及 侧 向位 移 ， 为 有
时必须采用超过承 载力要 求 的梁 、 截面 ， 柱 从而 失去 了经济 合理 单斜 杆型 偏心支 撑钢框 架 的耗 能梁 段在 梁 的端 部 ， 性 。中心支撑钢 框架 在 弹性 阶段 工作 时 ， 度和 整体 刚 度都 较 用最为广泛 ； 强 导致与耗能梁段相连 的框架 柱受 力增 加 ， 但其 构造 简单 ； Ｙ型偏 好， 对减小结构的水平位移和改 善结构 的内力 分布能起 到一定 的 心支撑钢框架的耗能梁段不在梁 内， 构造 复杂 ， 在大震作 用下 ， 但 作用 ， 但在强震作 用下 ， 支撑容易受压屈 曲 ， 响整体结构 的承载 影 耗能梁段破坏时 ， 易于替 换 ； Ｖ型偏心 支撑 钢框 架 的耗能 梁段 在 力和耗能能力 。而偏 心支撑 钢框架 则结 合 了中心支撑 钢框 架强 梁的两侧 ， 构造复 杂 ， 与耗 能梁 段相连 的柱 受力 较大 。偏 心 支 且 度高 、 刚度大和纯框架结构耗能能力好 的优点 。 撑钢框 架 的选用 要综 合考 虑多 种 因素 ， 既要 考虑 结构 受力 的特 偏心支撑钢框架在高层建筑结构抗震设计 中的应用是在 ２】 （世 点 ， 要 考 虑 结 构 建 筑 平 面 功 能 的要 求 。 也 纪７ ０年代 。美国加州大学伯 克利分 校教 授 Ｐ ｐｖ为 首的学 者对 ｏｏ 偏心支撑钢框架进行了一系列 的试验研究 ， 证实 了偏 心支撑钢 框 ３ 偏 心 支撑钢 框 架的计 算方 法 架 具 有 良好 的 耗 能 能 力 和 延 性 … 。 偏心支撑框架 设计 的基 本 概念 ， 使 耗 能梁 段进 入 塑性 状 是 偏心支撑钢框架的性 能做 了大量的试验和理论 研究 ， 证实 了偏 心
３ １ 耗 能 梁段 设 计 ．
３ １ １ 耗 能 梁 段 的长 度 ． ．
２ 偏 心支撑钢 框架 的工 作原理 及特 点
偏 心 支撑 的 主要 特 点 是 每 一 根 支 撑 斜 杆 的 两 端 ， 少 有 一 端 至
从 国 内外 大 量 的 理 论 和 试 验 数 据 方 面 来 看 ， 能 梁 段 的 长 耗
的 。 Biblioteka 耗能梁段在整个抗震过程 中起到 了“ 保险丝 ” 的作用 ， 通过 塑
性变形 ， 有效 地 限 制 了 支 撑 斜 杆 中 轴 向 应 力 ， 免 了 过 大 的 力 传 避
人支撑使之屈 曲， 结构具有很 强的延性 和耗能能力 ｊ 。
图 １ ）一图 １ ） 别 为 Ｋ 型 、 斜 杆 型 、 型 和 Ｖ型 偏 心 支 ａ ｄ分 单 Ｙ
出的优点 ， ： 如 强度 高、 重量轻 、 抗震性能好 、 工周期短 等。 施 钢结构建筑 常用 的结构 体系有 ： 钢框 架结构 、 纯 中心 支撑 钢 框架结构和偏 心支撑钢 框架 结构 。纯钢 框架 结构体 系是 典型 的
柔性 结 构 体 系 ， 性 刚 度较 差 ， 建 筑 达 到 一 定 的 高 度 时 ， 水 平 弹 当 在
对偏心支撑钢 框架 的抗 侧刚度 影响 较大 。耗 能梁段 短 ， 构 结 不 在梁 柱 节 点 处 相 连 。这 种 支 撑 斜 杆 与 柱 之 间 ， 斜 杆 与 斜 杆 之 短 ， 或 的 抗 侧 刚 度 大 ， 耗 能 梁 段 在 荷 载 作 用 下 易 于 过 早 屈 服 ； 能 梁 但 耗 间 就形 成 了一 个 耗 能 梁 段 ， 图 １ 示 ， 中 标 有 字 母 ｎ处 的 梁 如 所 其