探索鋼筋混凝土斜支撐-框架結構抗震設計

王飛 彭杰

摘 要 本文對斜撐框架結構抗震設計方法進行分析，并通過案例分析的方式，分別用Algor程序與TAT程序對結構抗震性進行檢驗，并對檢驗結構對比分析。根據檢驗結果可知，兩種程序在樓層位移角、構件內力、自振周期方面的計算結果較為相近，但TAT的結果略大，更適用于斜撐框架結構設計中，有助于取得更加理想的抗震效果。

關鍵詞 鋼混材料;框架結構;抗震設計

引言

當前建筑行業飛速發展，對建筑物質量與安全的要求不斷提升。建筑結構承受的荷載分為水平與豎向兩個方面。在高層建筑中，水平荷載作為主要控制因素，使結構抗側移能力成為主要矛盾。在當前工程應用中，應采取有效措施提高斜撐框架結構的抗震能力，確保建筑物安全穩定。

1斜撐框架結構抗震設計方法

（1）控制延性法。延性主要包括三個層次，即結構、構件與截面。其中，結構延性可通過層間位移或頂點位移的方式表達出來;構件與截面延性相關，截面延性又與混凝土強度、含箍特征值等因素有所關聯。對于特定結構來說，截面延性與構件延性相比較大，二者關系與塑性鉸機制相關。位移延性可對彈塑性能力進行表現，且計算相對簡單方便，但如何對屈服位移、極限位移進行定義成為重要問題，因為不同定義下的延性系數將存在一定誤差。

（2）直接位移法。該方法由美國加州大學學者提出，提倡將位移目標與破損度看成設計目標，結構剛度與承載力均由預定的目標位移來確定。該思路一方面對結構整體側移進行架設，再在結構動力學的引導下，將實際結構的多自由度體系變為單一體系，由此確定彈塑性地震位移相應系數，結合側移模式對原本結構中的多自由度體系進行計算，檢驗其是否與限制需求相符。

（3）能力譜法。該方法是在靜力彈塑性的基礎上，對能力譜曲線進行探究的方式，利用加速度表示地震狀態下地面運動對結構的需求，將地震反應曲線、結構能力等通過加速度—位移坐標系描繪出來，更加直觀的評價結構抗震性能。在該方法應用中，采用非彈性反應譜對目標位移量進行計算，以單一自由度體系為例進行檢驗，使其與實際需求充分符合。該方法中內含兩個基本假定，一是分析側向荷載分布，按照彈性體系的基本振型為標準;二是減少對單自由度體系的動力反應分析，這樣可使力的設計更加合理[1]。

2斜撐框架結構抗震性能比較分析

本文以某工程為例，該建筑共15層，每層高度為2.8m。在軸線2的B與C之間設置八字斜撐。在本文研究中，分別用Algor程序與TAT程序對結構抗震性進行檢驗，并對檢驗結構對比分析。為了對比兩種程序下的抗震效果，將折減系數和調整系數剔除，取7度烈度，地震方向為Y軸方向，更加真實地體現出抗震效果。

2.1 樓層位移角

分別利用兩種程序對層間位移角進行計算，通過對比曲線可知，結構上方TAT程序的計算值相對較大，下方結構的Algor程序結果相對較大。但從整體來看，二者的計算結果較為相似，相對誤差的最大值在7.9%左右。利用Algor程序可將樓板當作三維板殼單元，在計算時將樓板變形影響納入其中;但在TAT中則假定剛性樓板，忽視其變形狀態，同時也未將柱端轉角位移引入其中，相當于強化了對結構的約束，使結構變形力降低。通過上述兩種程序計算出的層間位移變化特點一致，這意味著建筑物的中間樓層中存在最大位移角。

2.2 構件內力

結合斜撐結構特點，針對不同層次斜撐與斜撐料進行研究，分別用兩種程序計算地震狀態下斜撐軸壓比、剪力、梁端彎矩的最大值。根據計算結果可知，兩種程序計算結果較為相近，第四層中的斜撐梁內力最大，Algor程序中計算得出的梁端彎矩最大值為30.9kN，剪力最大值為41.6kN;TAT程序中計算出的梁端彎矩最大值為31.4kN，剪力最大值為40.5kN。二者的計算結果較為相似，前者的結果大于后者。以第四層中斜撐軸壓比為例，前者計算結果為：臨近中柱位置的斜撐為0.078，臨近邊柱為0.080;TAT程序計算結果為：臨近中柱位置的斜撐為0.046，臨近邊柱為0.047。

2.3 自振周期

分別采用兩種不同程序對X軸的前五階自振周期進行計算，根據計算結果可知，與Algor相比來看，TAT程序中不同階自振周期均較小。究其原因，主要因TAT程序應用時假設樓板剛度無限大，使樓板對構件的約束增加，結構剛度因此變大，自振周期隨之減小。根據上述對比結果可知，兩類程序因計算假定與模型不盡相同，所得出的結果也存在區別，主要體現在自振特點方面，構件內在的差異相對較小，因受平扭耦合作用影響，桿件內力的差距相對較大[2]。

2.4 計算結果對比

（1）Algor程序對比結果。在該程序下，分別利用直接位移法與能力譜法對斜撐框架結構的抗震性能進行計算，并對二者的計算結果進行對比。在利用前者計算時，將前15階振型影響因素加入其中。根據計算結果可知，該程序下兩種計算結果較為相近，前者的計算結果稍稍大于后者。

（2）TAT程序對比結果。在該程序下引入直接位移法對地震狀態下動力時程進行分析，并與能力譜法的計算結果進行對比。采用相同類型場地中的不同地震波進行計算，以三條地震波為例，對三者的計算結果取均值，將其作為直接位移法的結果。將所得兩項計算結果中的最大地震層間剪力匯總，繪制成對比圖。根據對比圖可知，上部結構的樓層中，二者計算層間剪力數值較為相近;但在下部樓層結構中，前一種計算結果要小于后一種結果。究其原因，前者將地震頻譜特性、振動強度考慮其中，忽視地震動持因素影響，并采用“平方+開平方”組合地震模式，只可作為近似處理方式。但后者則將真實的地震波帶入建筑結構中綜合分析后計算，因此更可真實可靠的將地震狀態下建筑結構的真實反應模擬出來。

3結束語

綜上所述，本文以斜撐框架結構建筑為例，采用不同程序與方式對斜撐框架結構進行分析，體現出真實的地震反應。根據檢驗結果可知，兩種程序在樓層位移角、構件內力、自振周期方面的計算結果較為相近，但TAT的結果略大，更適用于斜撐框架結構的抗震設計中，由此取得更加理想的抗震效果。

參考文獻

[1] 李亮，李天，鄧秀泰.斜撐框架結構抗震設計方法分析[J].鄭州大學學報（工學版），2019（2）：36-38.

[2] 武永強.鋼筋混凝土框架結構抗震設計中樓梯整體分析[J].水科學與工程技術，2019（5）：33-35.