鋼支撐在混凝土框架中的應(yīng)用

文/ 季保建 中國(guó)建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110003

鋼支撐在混凝土框架中的應(yīng)用

文/ 季保建 中國(guó)建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110003

醫(yī)院高層混凝土框架結(jié)構(gòu)的剛度小、平面尺寸大，計(jì)算時(shí)位移角不容易滿足規(guī)范的要求，而鋼支撐能適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)剛度，能夠使結(jié)構(gòu)的位移角減小，使其滿足規(guī)范要求。本文主要闡述鋼支撐在醫(yī)院高層混凝土框架中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，以便這項(xiàng)技術(shù)在工程中的推廣，可供相似工程的設(shè)計(jì)借鑒。

鋼支撐；多遇地震；位移角

目前鋼結(jié)構(gòu)框架加撐的結(jié)構(gòu)已經(jīng)很普遍，但是鋼支撐在混凝土框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用還非常少，但是新版抗震規(guī)范GB50011-2010的附錄G里提到鋼支撐-混凝土框架的設(shè)計(jì)要求，也就是說(shuō)肯定了這種做法在實(shí)際工程中是可以采用的，由于這種結(jié)構(gòu)是介于框架結(jié)構(gòu)和框架--剪結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)形式，所以規(guī)范在結(jié)構(gòu)最大試用高度和層間位移角限值按框架和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)插。

鋼支撐－混凝土框架結(jié)構(gòu)即屬于雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，在地震力作用下，鋼支撐形成結(jié)構(gòu)的第1道防線，混凝土框架為第2道防線，從而使整體結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能和側(cè)向剛度。既有了框架剪力墻的特點(diǎn)，而且還避免了剪力墻結(jié)構(gòu)的自重大的弊端。再一點(diǎn)乙類建筑如果采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，在地震烈度是7度的情況下，大于等于25米的建筑的剪力墻都是一級(jí)剪力墻，而高規(guī)中規(guī)定一級(jí)剪力墻必須滿足施工縫的驗(yàn)算要求，而結(jié)構(gòu)層數(shù)較低，底部墻的豎向壓力很小甚至出現(xiàn)拉力，對(duì)施工縫驗(yàn)算非常不利，為了使施工縫驗(yàn)算滿足要求，必須得加厚混凝土剪力墻和附加短筋等，這就使得工程造價(jià)提高，不經(jīng)濟(jì)。因此鋼支撐-混凝土框架結(jié)構(gòu)對(duì)于層數(shù)不是很多的乙類和甲類建筑非常適合。

1、工程概況

本工程地下2層，地上13層，總的建筑面積為3.0萬(wàn)平方米。結(jié)構(gòu)主要屋面高度48.9米，室內(nèi)外高差450mm。

本工程采用鋼支撐-混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖1，結(jié)構(gòu)支撐平面位置見(jiàn)圖2，

圖1 結(jié)構(gòu)模型圖

圖2 鋼支撐平面位置

2、結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

2.1 結(jié)構(gòu)基本參數(shù)見(jiàn)表一，構(gòu)件尺寸見(jiàn)表二

2.2 鋼支撐的設(shè)計(jì)

若結(jié)構(gòu)采用混凝土框架結(jié)構(gòu)，為了滿足規(guī)范的位移角要求，需要加大梁柱截面，這就影響了建筑功能，而且純框架結(jié)構(gòu)就一道防線，在結(jié)構(gòu)安全性上不足，因此我們采用了鋼支撐-混凝土框架結(jié)構(gòu)，為了在地震作用下保證鋼支撐的軸力對(duì)與其連接的柱子不產(chǎn)生破壞的影響，我們把這幾個(gè)柱子里面設(shè)置了型鋼，這樣也方便了柱子和支撐的節(jié)點(diǎn)連接。

在計(jì)算時(shí)為了不讓支撐承受豎向荷載，我們把支撐的施工次序調(diào)到了最后，這樣計(jì)算時(shí)支撐不會(huì)承受豎向荷載，也就使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，從而保證了設(shè)計(jì)的正確性。

底部某個(gè)支撐在各工況下的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)力（軸力KN）見(jiàn)表三：

3、結(jié)構(gòu)在多遇地震下的計(jì)算

采用YJK程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計(jì)，未加鋼支撐的結(jié)果見(jiàn)表四，加鋼支撐的結(jié)果見(jiàn)表五.

從以上兩個(gè)表的結(jié)果對(duì)比可以看出，未加鋼支撐時(shí)的結(jié)構(gòu)的周期比不滿足規(guī)范要求，而加了鋼支撐的周期比有很大改善。而且平動(dòng)是的平動(dòng)系數(shù)也有所增加。結(jié)構(gòu)的剪重比不加鋼支撐時(shí)是不滿足規(guī)范要求的，而加了鋼支撐后滿足規(guī)范要求。最大層間位移角在未加鋼支撐之前是不滿足框架結(jié)構(gòu)的規(guī)范限值，而加了鋼支撐后結(jié)構(gòu)的剛度有所增加，滿足了規(guī)范的要求（規(guī)范的限值是框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的線性插值）。最大扭轉(zhuǎn)位移比也得到了改善。

在多遇地震下結(jié)構(gòu)鋼支撐的應(yīng)力比底層為0.9，大部分地方的應(yīng)力比為0.5左右，說(shuō)明在罕遇地震下底部鋼支撐進(jìn)入塑性階段，但是大部分地方的鋼支撐即使在罕遇地震下也處于彈性工作階段。

結(jié)論：

本文通過(guò)多遇地震分析，在某框架結(jié)構(gòu)中加入鋼支撐，形成混凝土框架結(jié)構(gòu)－鋼支撐體系，結(jié)構(gòu)的整體抗震性能大大增強(qiáng)。

[1]GB50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京：中國(guó)建筑業(yè)出版社，2010.

[2]JGJ3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]陳肇元，錢稼茹．汶川地震建筑震害調(diào)查與災(zāi)后重建分析報(bào)告［M］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.