混凝土框架結構防屈曲支撐體系研究與分析

崔立杰

摘要：通過對某混凝土框架結構進行抗震性能設計，采用PUSHOVER（靜力彈塑性分析）進行結構性能分析，研究了該混凝土框架結構的配筋對比和在中震作用下層間位移角，層間剪力等。結果表明：框架結構+防屈曲支撐體系方案明顯優于框架—剪力墻結構體系，其使結構可靠性、適用性、耐久性及經濟性得到充分滿足，同時也最大限度的發揮了防屈曲支撐在抗震性能中的優勢。

Abstract： Through the design of seismic behavior of a concrete frame structure， using PUSHOVER （static elastoplastic analysis） for structural performance analysis， The reinforcement comparison of the concrete frame structure and the displacement angle， interlaminar shear force and so on under the action of the middle earthquake are studied. the results show that the frame structure and anti-buckling support system is obviously superior to the frame and shear wall structure system， which makes the structural reliability， applicability， durability and economy fully satisfied， and also maximizes the anti-buckling support advantages in seismic performance.

關鍵詞：混凝土框架結構；PUSHOVER；防屈曲支撐

Key words： concrete frame structure；static elastoplastic analysis；anti-buckling support

中圖分類號：TU375.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）24-0116-03

1 工程概況

本工程為某辦公樓加固改造項目，三層鋼筋混凝土框架結構，局部四層，無地下室；抗震設防烈度8度，設計基本地震加速度峰值為0.2g，設計地震分組第三組，Ⅱ類場地，場地特征周期0.45s。[1]為提高結構抗震性能的同時減小主體結構加固工程量，擬采用以下兩種方案：改變結構體系（由框架結構變為框架—剪力墻結構）和增設防屈曲支撐作為消能構件，變為消能減震體系（框架結構+防屈曲支撐體系），并對其效果進行分析評價。

2 由框架結構變為框架—剪力墻結構[2]

該方案從一層至三層增設部分剪力墻，將原建筑結構變為框架-剪力墻結構體系，該方案效果如圖2所示。

優點：①原主體結構抗震等級保持不變；[1]②剪力墻成為主要側向力受力構件，減小原框架結構承受地震作用，避免對原結構較大的加固范圍。

缺點：①剪力墻的增加改變了原建筑結構的受力體系，大大減小了原框架結構構件受力，原結構承載力性能未得到充分發揮，屬于不經濟的加固方案；②剪力墻的增加使得大量植筋需對原結構構件剃鑿，破壞原結構整體性，同時存在施工質量隱患；③剪力墻基礎的增設對原結構基礎擾動較大；④施工周期長，嚴重影響正常辦公。

3 框架結構+防屈曲支撐體系[3]

在原框架結構外榀框架的四角增設防屈曲支撐構件，使得原建筑結構抗震性能得到提高。[4]

本項目工程共采用22套防屈曲耗能支撐。

該方案效果如圖3、圖4所示。

①配筋對比如表1所示。

從表1可以看出，原框架結構每根框架柱均不滿足承載力要求，框架結構需要大范圍加固，工程量甚大，而設置防屈曲耗能支撐能夠有效的減少框架結構的配筋，變為原框架計算配筋的25%，使原結構不需要大范圍常規加固即可滿足抗震承載能力的要求，僅需對原框架結構防屈曲支撐所在榀進行局部加固即可。

②PUSHOVER（靜力彈塑性分析）結構性能分析。[5]

中震作用下，X向性能點時：底部剪力：V=11018.44kN，頂部位移：49.3mm。Y向性能點時：底部剪力：V=9648.52kN，頂部位移：51.5mm。防屈曲支撐屈服位移約為6mm左右，說明中震作用下防屈曲支撐已經屈服，發揮耗能作用。防屈曲支撐的增設充分發揮了原框架結構的抗震性能，充分體現了其經濟性及方案的合理性。

③防屈曲支撐均設置在框架結構的外榀，而且其與主體結構的連接僅需在梁柱節點位置施工，故其所需工作面小，施工周期短，較框架-剪力墻方案，工期縮短約為30%左右。

④經計算原結構基礎滿足設計要求，故不需要對原結構基礎擾動。

⑤與框架—剪力墻方案對比其綜合造價降低約為20～28%，節約工程成本，更加經濟安全。

4 結論

由以上分析可知：

①框架—剪力墻體系對于該項目效果弊大于利，而采用防屈曲支撐對其進行優化設計，其效果明顯優于框架—剪力墻體系。②框架+防屈曲支撐體系作為本項目設計方案所選體系，是建筑安全性、適用性及經濟性的可靠保證，同時也最大限度地發揮了防屈曲支撐在抗震性能中的優勢。③中震作用下防屈曲支撐已經屈服，發揮耗能作用。

參考文獻：

[1]GB50011-2010，建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]曹霞，王華陽，嚴琛，唐婷.某辦公樓框架-剪力墻結構加固改造技術[J].施工技術，2016（16）：78-81.

[3]周云.防屈曲耗能支撐結構設計與應用[M].中國建筑工業出版社，2007.

[4]吳克川，陶忠，宮海，等.鋼筋混凝土框架結構防屈曲支撐加固振動臺試驗研究[J].建筑結構學報，2015（9）：18-28.

[5]李幗昌，馬曉龍，李文明.基于OpenSees的屈曲約束支撐混凝土框架靜力彈塑性分析[J].沈陽建筑大學學報：自然科學版，2015（03）：401-407.