馬 昕

(上海天華建筑設(shè)計(jì)有限公司，上海 200235)

1 鋼框架支撐結(jié)構(gòu)介紹

鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)是在鋼框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過在部分框架柱之間布置支撐來(lái)提高結(jié)構(gòu)承載力及側(cè)向剛度。支撐與框架體系共同作用形成雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，不但為結(jié)構(gòu)在正常受力情況下提供了一定的剛度，而且為結(jié)構(gòu)在水平地震作用及較大風(fēng)荷載作用下，提供了多道受力防線，形成了較理想的破壞機(jī)制[1]。

支撐的類型共有三種，包括：中心支撐、偏心支撐、耗能支撐，本文的工程實(shí)例采用了中心支撐。

2 支撐屈曲情況介紹

鋼框架支撐體系中，支撐為軸心受力構(gòu)件，在軸心受壓的情況下，常會(huì)發(fā)生彎曲失穩(wěn)，故在工程設(shè)計(jì)中，支撐的截面大小通常由穩(wěn)定應(yīng)力控制。在軟件計(jì)算中，通常會(huì)對(duì)強(qiáng)度和穩(wěn)定同時(shí)進(jìn)行應(yīng)力分析，確保支撐的安全性。

3 彈塑性分析介紹

3.1 規(guī)范中關(guān)于彈塑性分析的相關(guān)規(guī)定

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.5.2條規(guī)定，結(jié)合《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》，本工程具有樓板局部不連續(xù)，豎向收進(jìn)、轉(zhuǎn)換，平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則三項(xiàng)不規(guī)則項(xiàng)，屬于特別不規(guī)則的高層建筑，需進(jìn)行特別不規(guī)則論證，故根據(jù)規(guī)范應(yīng)進(jìn)行彈塑性分析[2,3]。

彈塑性分析方法分為靜力彈塑性分析和彈塑性時(shí)程分析兩種，本工程案例采用靜力彈塑性方法進(jìn)行分析。

3.2 靜力彈塑性分析

靜力彈塑性分析又被稱為Pushover分析，是基于性能的抗震設(shè)計(jì)中最具代表性的分析方法。

其步驟是先按照規(guī)范要求進(jìn)行抗震分析和構(gòu)件設(shè)計(jì)，然后通過Pushover分析獲得結(jié)構(gòu)的極限承載力，最后通過非線性位移結(jié)果評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)是否滿足目標(biāo)性能要求。

4 鋼框架支撐結(jié)構(gòu)案例分析

4.1 工程介紹

工程位于上海市，抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防(丙類)。場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，建筑場(chǎng)地類別為Ⅳ類，場(chǎng)地特征周期為0.9 s，多遇地震下結(jié)構(gòu)的阻尼比為0.03，地下室層數(shù)為2層。

主樓總層數(shù)為22層，總高度為100 m，結(jié)構(gòu)形式為鋼管混凝土框架柱—中心支撐，鋼管混凝土柱抗震等級(jí)為二級(jí)，鋼框架梁及鋼支撐抗震等級(jí)為三級(jí)，樓板采用鋼筋桁架樓承板，本工程嵌固于地下室頂板。

本工程為中心支撐的結(jié)構(gòu)，支撐的布置形式見圖1，在小震作用下，支撐是由穩(wěn)定應(yīng)力控制的。

4.2 靜力彈塑性分析

本工程運(yùn)用比較常見的三種結(jié)構(gòu)分析軟件(PKPM,YJK,MIDAS gen)進(jìn)行靜力彈塑性分析，對(duì)比支撐在彈塑性分析中的塑性鉸的發(fā)展?fàn)顩r。

4.2.1YJK靜力彈塑性分析

用YJK軟件進(jìn)行靜力彈塑性分析，結(jié)果顯示塑性鉸全都出現(xiàn)在框架梁和框架柱上(見圖2)，與將支撐作為第一道防線的抗震概念不相符。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，支撐的強(qiáng)度應(yīng)力并未達(dá)到極限，故未出現(xiàn)塑性鉸，而根據(jù)小震的計(jì)算結(jié)果，此時(shí)支撐理應(yīng)失穩(wěn)，出現(xiàn)塑性鉸，內(nèi)力應(yīng)進(jìn)行重分布。根據(jù)分析判斷，盈建科在靜力彈塑性計(jì)算中并未考慮支撐屈曲失穩(wěn)的情況，故塑性鉸的發(fā)展?fàn)顩r只和支撐強(qiáng)度有關(guān)。

4.2.2PKPM靜力彈塑性分析

采用PKPM軟件進(jìn)行彈塑性分析，計(jì)算結(jié)果顯示塑性鉸也都出現(xiàn)在框架梁和框架柱上(見圖3)，與YJK的塑性鉸發(fā)展情況基本相同，可見PKPM在靜力彈塑性分析中也與YJK一樣，并未考慮支撐屈曲失穩(wěn)的情況。

4.2.3MIDAS gen靜力彈塑性分析

采用MIDAS gen進(jìn)行彈塑性分析，結(jié)果顯示塑性鉸的發(fā)展主要出現(xiàn)在支撐上，少量輕微損傷出現(xiàn)在框架梁，個(gè)別出現(xiàn)在框架柱上(見圖4)，塑性鉸的發(fā)展?fàn)顩r與抗震設(shè)計(jì)理念中的多道防線相符，應(yīng)為較合理的塑性鉸發(fā)展?？梢耘袛?，MIDAS gen軟件考慮了支撐的屈曲失穩(wěn)，在第一道防線支撐屈曲失穩(wěn)后，整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了內(nèi)力的重分布，塑性鉸向框架梁發(fā)展，個(gè)別向框架柱發(fā)展。軟件分析結(jié)果中，塑性鉸的發(fā)展?fàn)顩r與設(shè)計(jì)基本相符。

5 結(jié)語(yǔ)

帶鋼支撐的結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行小震設(shè)計(jì)時(shí)，三種軟件均可對(duì)支撐進(jìn)行強(qiáng)度及穩(wěn)定的應(yīng)力分析。但在彈塑性分析時(shí)，只有MIDAS gen能對(duì)支撐的屈曲失穩(wěn)進(jìn)行分析，從而使塑性鉸的發(fā)展情況與抗震設(shè)計(jì)理念中的多道防線相符，在支撐屈曲失穩(wěn)后進(jìn)行內(nèi)力重分布，達(dá)到性能點(diǎn)時(shí)，大部分塑性鉸出現(xiàn)在支撐處，少量輕微鉸出現(xiàn)在框架梁和柱上，有效保證結(jié)構(gòu)的整體抗震安全。