偏心支撑钢框架性能介绍与设计要点

偏心支撑钢框架性能介绍与设计要点摘要：本文对偏心支撑钢框架的抗震性能进行了简单的介绍，比较了不同的偏心支撑的形式，并说明各种形式的优缺点。然后对偏心支撑钢框架消能梁段的设计方法进行了介绍，并为实际设计中采用这种支撑形式的结构提出了设计建议。

关键词：偏心支撑钢框架；性能；设计

abstract: this paper take a simple introduction to the seismic performance of eccentrically braced steel frame, compare different eccentric support in the form, and explain the advantages and disadvantages of various forms. beam segments of the energy dissipation of eccentrically braced steel frame design method were introduced and the proposed design for the actual design of the structure of this support in the form of recommendations.keywords: eccentrically braced steel frame; performance; design

中图分类号：tu391 献标识码： a 文章编号：2095-2104（2012）11-0020-02

1.偏心支撑钢框架性能简介

偏心支撑钢框架是近二十年发展起来的、并在抗震设防八度及以上的地震区的钢结构建筑中得到较多的应用。它是在构造上使支撑至少有一端偏离梁和柱的轴线交点而与梁相交，另一端可在梁柱交点处进行连接，或偏离另一根支撑斜杆一端长度与梁相连，这样

就在支撑斜杆杆端与柱子之间或者两根支撑斜杆的杆端之间构成

了消能梁段。如图1所示，为常见的几种偏心支撑的类型和消能梁段的构成。

与纯框架和中心支撑框架相比，偏心支撑框架的优点特别明显：1）与纯框架相比，偏心支撑框架每层的支撑增大了抗侧刚度和极限承载力，并具有与纯框架相近的良好延性，但是梁截面却比纯框架中的梁截面小，这样就有效的降低了结构的造价；2）与中心支撑框架相比，偏心支撑框架可有效的降低体系在罕遇地震下反应，有效的避免了钢支撑失稳所带来的结构承载力的迅速下降和位移

的急剧增大；并可缩小各楼层层间侧移值的剧烈变化，使其趋于平稳，而中心支撑框架各层间侧移值大小相差悬殊，顶层与底层有时相差三倍；3）中心支撑框架中的支撑轴力明显大于偏心支撑框架中的支撑轴力，并

1-框架柱2-支撑 3-消能梁段 4-框架梁

图1 偏心支撑常见的类型

且中心支撑框架中底部几层支撑在较大的压力作用下非常容易发生失稳并退出工作，而在偏心支撑框架中，由于消能梁段的非线性大变形保护了支撑不发生失稳，保证了所用的支撑都在弹性范围内工作；4）偏心支撑框架中的支撑斜杆的轴线偏离梁、柱轴线交点，这样使梁柱节点的构造得以简化，并增加了布置门窗洞口的灵活性。5）不管是在多遇地震还是在罕遇地震作用下，偏心支撑框架都具有良好的控制变形的能力，可以用较少的材料来控制侧移，

从而取得良好的经济效益。单在节省钢材一方面，偏心支撑框架就比纯框架节省约20%，比中心支撑框架节省约30%。

偏心支撑钢框架的滞回曲线呈丰满的纺锤形,几乎没有“捏拢”现象和刚度退化,保证了偏心支撑钢框架具有较大的耗能能力。

多遇震作用下，偏心支撑框架结构可以保持弹性；而在罕遇震作用下，在消能梁段发生剪切屈服之后，它通过剪切变形来耗散地震输入的能量。消能梁段以外的框架各个构件（柱，支撑等）在相应消能梁段1.6倍设计抗剪承载力的荷载作用下，直到结构破坏仍然保持弹性工作状态。这就说明消能梁段是结构体系中最薄弱的构件，它通过塑性变形有效地减小了支撑中的轴力，支撑受压失稳之类的非延性破坏就被杜绝了。单就变形状态而言，偏心支撑框架与中心支撑框架有本质的区别:中心支撑框架的主要变形因素为支撑斜杆的拉伸和受压失稳；而偏心支撑框架在水平荷载下的变形，主要集中在消能梁段，除了消能梁段发生较大的剪切塑性变形外，其余构件都处于弹性变形阶段。水平地震作用下偏心支撑框架和中心支撑框架的变形如图2所示。

a)单斜杆偏心支撑b)八字形偏心支撑 c）中心支撑

图2 水平地震作用下中心、偏心支撑的变形状态

偏心支撑框架工作的基本原理是:在罕遇地震的作用下，通过消能梁段往复的剪切塑性变形来耗散地震输入结构的能量，从而保证结构其它构件的弹性工作状态，并使支撑不发生失稳破坏。这样就

防止了结构的承载力迅速下降，增加了框架侧向变形的延性，进一步提高了结构的整体安全性和抗震可靠度。由于消能梁段产生塑性变形时，结构的竖向承载力受到的影响非常小，所以保证了结构在罕遇地震作用下不至于发生倒塌。

在实际的设计中，我们还应该通过细部构造的设计来确保偏心支撑钢框架优越抗震性能的充分发挥。如可靠的梁柱连接以及消能梁段与支撑斜杆的连接都是偏心支撑框架杆件内力有效传递的保证。

偏心支撑，在弹性形变阶段时的抗侧刚度非常接近中心支撑，而在弹塑性形变阶段时，其延性和耗能能力则接近于延性框架，这就保证了结构在较小的水平荷载下有很大的刚度，而在较大的水平荷载作用下有很强的变形能力，所以偏心支撑是一种抗震性能十分优越的抗震构件。

偏心支撑的设计原则是：强柱、强支撑、弱消能梁段。在罕遇地震作用下，较弱的消能梁段发生塑性剪切屈服产生了较大变形，消耗输入结构的地震能量，从而保证支撑不屈曲，因此结构具有稳定的滞回性能。即使当消能梁段屈服并进入应变硬化阶段，支撑、框架柱、和横梁的其余梁段仍能保持在弹性工作阶段。图3给出了两种偏心支撑框架的塑性变形机构。

a)八字型偏心支撑框架b)单斜杆偏心支撑框架

图3偏心支撑框架的塑性变形机构

2.消能梁段设计要点