楊亞楠

(山東高速建筑設計有限公司，山東 濟南 250000)

如需保證鋼結構體系，使其具有較為良好穩(wěn)定性能，必須要在框架結構體系當中通過加大構件截面尺寸獲得最終效果，但是這種方式一方面性價比較低，同時對于整個鋼結構體系穩(wěn)定性提升所作出的貢獻也微乎其微。尤其是對于多高層鋼結構建筑物而言，隨著建筑物高度不斷增大，所承受的風荷載或者地震荷載也尤為明顯，也逐漸成為了實際鋼結構設計過程當中所需要考慮的重要因素，對于單純意義上的框架鋼結構而言，其整體側向剛度相對而言比較小，在抵抗水平力作用下，框架起到主要作用，但是最終效果卻不理想，當所受到水平較大，那么就會造成結構倒塌現(xiàn)象產生，所以，為了能夠保證鋼結構整體剛性較為理想，應當結合實際情況在柱間設置針對性支撐，保證其能夠與框架構成水平抗側力體系降低水平作用力影響，最終形成雙重抗側力體系，合理降低地震荷載與風荷載所產生影響，降低鋼結構體系所可能出現(xiàn)的水平位移，最大限度上提升建筑物的整體安全性與經濟性。因此，如果能夠合理對支撐進行有效布置，那么一方面能夠提升建筑物側向剛度，另一方面還能夠合理控制側向位移，最大限度上降低鋼結構柱所受到的附加應力。

1 鋼結構柱間支撐形式

在幾十年前鋼鐵供不應求，國家通常倡導用鋼節(jié)約，而如今我國是鋼鐵強國，建筑業(yè)可以選用的鋼料品種齊全，我國也是產鋼大國，產量早已突破7.18億噸/年。建筑采取鋼材成為國家鼓勵的政策支持的對象。隨著如今社會發(fā)展速度的不斷加快，我國建筑工程樣式也朝著不斷豐富方向發(fā)展，建筑開發(fā)商在選擇結構形式過程中，也不簡單局限于混凝土結構，而鋼結構建筑已經成為人們所關注的一個全新結構形式。從其自身優(yōu)勢上看，可以概括為以下幾個方面：(1)鋼結構自身材料質量比較輕，而且承載力較為理想。(2)隨著鋼結構自身重量不斷減輕，能夠合理降低基礎負荷，從而有效控制基礎造價。(3)鋼結構材料一方面具有著比較良好強度，同時其自身的韌性、延性也較為合理。(4)合理地降低尺寸，能夠不斷地提升整體使用面積。(5)鋼結構工程施工速度比較快，整個建筑周期較短。(6)能夠便于一些大柱網、大開間的建筑功能形式，使得建筑工程獲得良好功能性。

對于傳統(tǒng)的鋼結構形式而言，主要包括框架、框架支撐、鋼筒中筒三種體系，對于純鋼框架來說其自身剛度相對而言比較小，這也使得其所具有經濟性能也比較差，而對于鋼筒中筒結構來說，由于所需要設置的柱間距離比較小，因此導致整個建筑物使用功能受到極大限制，而對于多高層鋼結構而言，合理選擇鋼框架支撐體系是經濟性能與功能性都能夠合理體現(xiàn)的重要結構形式。在該體系當中合理設置支撐結構，一方面能夠提升整個結構剛性，另一方面還能夠減小在風作用力與地震作用力影響下鋼結構所產生的位移，所以結合實際情況對支撐結構進行合理研究就顯得至關重要。從目前的實際角度上來看，使用比較頻繁的支撐形式主要包括中心支撐、偏心支撐以及屈曲約束支撐等一系列類型，本文主要是將前兩者作為重點加以探究。

1.1 中心支撐框架

從工程實踐角度看，中心支撐是應用最為頻繁的一種支撐類型，對于中心支撐而言，在整個體系當中不存在偏心情況，因此在實際應用過程中不會受到偏心距影響。另外，按照斜桿布置方式存在的不同，還可以將其細化成為十字型交叉支撐等一系列類型。對于中心支撐結構來說，整體的構造相對而言比較簡單，降低整個體系所產生的橫向位移情況。但是，由于受到地震力影響，從中心支撐角度看，也更加容易產生屈曲破壞。因此如果項目所在地對抗震性能要求較高，那么需要采取措施進行適當加固。從目前實際應用角度上看，最為常見的中心支撐形式可以概括為是十字交叉支撐與人字形支撐。同時，在不同支撐桿件當中則不需要設置連接件，所以這種方式對于最大限度上減少鋼材使用以及安裝費用能夠起到良好幫助作用，為施工企業(yè)帶來更為可觀經濟效益。另外，從人字形支撐角度看，也方便后期可以結合功能需求設置洞口，充分滿足立面的實際要求。通過以上論述可以清楚看到，與交叉支撐對比而言，人字形交叉自身的優(yōu)勢還是十分明顯，但是在地震作用之下及自身塑性性能卻并不是十分理想。從目前很多研究學者所給出的研究結果上來看，在對人字形支撐進行分析過程中，主要還是結合衡量自身所具有的強度與剛度，可以結合實際情況將其劃分成為低韌性支撐框架和韌性支撐框架兩種類別。從低韌性支撐框架來說，需要保證支撐桿件在發(fā)生屈曲之前具有一定剛度即可，不需要結合實際情況考慮支撐桿件屈曲之后的梁由于抗彎承載能力缺乏最終影響整個樓層剛度與強度受到消極影響，也不需要考慮可能會導致所出現(xiàn)的一系列框架失穩(wěn)問題，對于此類框架體系來說，應當將其應用于樓層較低的結構體系當中。但是對于韌性支撐框架而言，還需要保證支撐桿件在屈曲狀態(tài)下，整個框架仍需要具有較為良好的強度以及豎向荷載承受能力。在實際開展結構設計的過程當中，需要綜合考慮所產生的內力比例情況，選擇最為科學性的支撐模式，對于韌性支撐框架來說比較適合于高度在40m～50m之間結構體系之中。

1.2 偏心支撐框架

對于偏心支撐結構體系而言，主要指的是所支撐的每根斜桿，起碼有一段能夠與框架橫梁充分連接在一起，同時令斜桿軸線與橫梁軸線的交點偏離梁、柱軸線交點或者另一斜桿與橫梁軸線交點一段距離進而最終所形成的耗能梁段的結構體系。當地震烈度較低時，整個框架體系的所有構件全部都處于彈性階段，因此其自身具備比較良好的剛度，從工作原理與最終所能夠獲得的效果上看與中心支撐框架比較類似。而如果所遭遇的地震力度比較大，耗能梁端產生剪切屈服力求能夠對地震能量加以有效消耗，通過這種方式能夠保證支撐構件不會先發(fā)生受壓屈曲而造成整個結構的承載力呈現(xiàn)出顯著降低的情況，同時也使得整個結構體系的延性可以得到最大程度上的提升，保證整個結構在受到地震作用的消極影響不會導致主體承重結受到消極影響。而在多遇地震以及風荷載的綜合作用影響之下，耗能梁端以及其他結構構件也會始終處于彈性變形階段，整個結構自身的抗側剛度也比較理想，保證結構變形能夠始終處于一個正常的變形范疇之內。

在地震作用力影響之下，可能就會出現(xiàn)建筑結構失穩(wěn)情況，為了能夠保證該結構體系具有較為可觀側向剛度，一般情況下要保證消能梁段的長度比較小。通常情況下在實際結構體系當中比較常用的是倒V型與V型支撐，橫梁的消能梁段長度應當取整個梁長的15%左右。對于這種支撐框架抗側力剛度來說，與橫梁消能梁段的長度和其所在框架橫梁長度的比值息息相關，如果橫梁消能梁段的長度比較小，剛度將越接近中心支撐框架，如果其橫梁消能梁段比較長，自身抗側力剛度則相對而言比較小，與純框架更為接近。

經過很多研究學者以及專業(yè)工作人員的多年研究，目前已經形成了形式多樣化的偏心支撐鋼框架的結構形式，其中目前使用頻率最高的就是K型偏心支撐體系。在整個結構體系實際受到外荷載作用之下，偏心支撐結構體系自身的強度與剛度相對而言比較理想，也能夠最大程度上的滿足層間位移的實際需求。如果整個結構受到了罕遇地震的綜合影響，整個體系一方面可以借助于耗能梁端的非彈性變形進行耗能，另外一方面耗能梁段一般都會首先出現(xiàn)剪切屈服情況，最大程度上保護支撐斜桿不屈曲或者屈曲滯后，這種情況也十分合理的保持并相應的延長結構抗震能力以及抗震持續(xù)時間，一方面提供了更多的搶救時間，另一方面對于節(jié)約鋼材也起到了十分積極的幫助作用。通過以上的相關論述可以清楚看到，對于耗能梁段而言，在受到抗震作用的綜合影響之下主要發(fā)揮了“保險絲”的作用，借助于塑形變形的方式，最大程度上對支撐斜桿當中軸向應力進行了充分限制，合理規(guī)避了較大的力傳入支撐令其出現(xiàn)屈曲情況，整個結構也具備了比較理想的延性以及耗能能力。

1.3 支撐的布置形式

對于鋼結構框架體系當中支撐布置形式來說，根據目前已有研究學者所得到結果發(fā)現(xiàn)，在支撐桿件用鋼量與規(guī)格完全相同情況下，在建筑中間位置設置支撐，那么最終所獲得抗側向剛度要更為理想，而且如果支撐在長度盡量沿著長度方向上連續(xù)跨越相鄰的幾榀框架，也就是應當盡可能的提高支撐的長度，那么對于提升結構側向剛度也有著良好幫助。與此同時如果能夠適當的改善桿件的截面形式以及規(guī)格，那么對于提升整個框架的剛度也會起到良好的幫助作用。因此通過以上的相關分析可以發(fā)現(xiàn)，對于鋼結構中支撐的布置形式來說，其整體位置也會對其側向剛度產生較大影響。所以在進行實際結構設計過程當中，一方面要保證其自身建筑功能得以順利實現(xiàn)，同時還應當盡可能合理布置支撐，一方面要做到安全，另外還應當考慮結構的經濟性能。

1.4 支撐安裝

1.4.1 切料下料

在制備鋼料的過程中，不同的材料需要不同的設備進行加工，對于型鋼而言可以使用專用的型鋼切割設備，而鋼板則可以采用半自動切割機取樣。

1.4.2 打孔鉆孔

在打孔前，首先使用測量常用工具鋼尺和定位設備劃針對孔洞位置進行測定，標出中心，畫出半徑，隨后在其周圍沖出4個孔洞使其相互約為垂直角度，最后使用專業(yè)設備嚴格檢查。

1.4.3 螺栓表面噴砂工藝

螺栓表面需要有一定的粗糙度，這需要進行噴砂處理，選用噴砂工藝的壓力為7kg/cm2，選取的沙粒為石英砂，沙粒大約均為1.6mm～4mm，進行噴砂后的鋼料表層會泛灰白色。隨后鋼板表面也需要進行磨拋處理，采用了砂輪機進行打磨。值得留意的是，在打磨的過程中需要注意范圍，不能低于安裝螺栓四倍直徑，且打磨的過程需要一定的手法，不能讓板材表面出現(xiàn)很深的凹坑，打磨時行進的方向需要垂直手施加壓力的方向。

1.4.4 裝配箱型柱

通常在安裝施工時箱型柱為重中之重，箱型柱的裝配從鋼料的選購，制備成型、市場交通運輸，到最后的起吊裝配安裝都需要嚴格把關。因為鋼件在潮濕的環(huán)境中易生銹，需要把油漆涂刷均勻避免生銹，在此之前去除鋼板等易銹區(qū)域的殘余銹渣、污垢等雜物，必須將除銹效果達到Sa2級(Sa2等級對應的標準為完全的進行噴射等方法去除鐵銹，除銹結束后鋼料表層無肉眼可見的污漬和氧化層)以上，而機械除銹是遠遠不夠的。后續(xù)還需要進行手工去除達到Sa2(此標準為通過手工或者手動勞動工具進行深層次除銹，直到所有氧化皮和油漆殘余層等雜物粘連材料表面)。

1.4.5 鋼梁依次安裝

鋼梁有多種安裝要求均不同。安裝主梁(原料為Q345B鋼，經過軋制為H型)時應格外注意需要進行捆綁使其呈串，然后再進行吊裝，根據建筑的實際情況控制吊裝的根數。次梁的安裝通常需要單獨分開吊送，外挑梁和承擔剪力墻的部位需要根據空間位置和連接處的實際情況進行合理的裝配。

1.4.6 高強螺栓特點與裝配

鋼結構單靠一根根的鋼板是毫無作用的，必須有優(yōu)異的螺栓將它們進行連接。這種螺栓需要有靈活拆換性、施工簡易性、受力均勻性。而高強螺栓則是目前最合適的選擇。此工程連接鋼結構的螺栓連接方法采用的是摩擦型。螺栓的緊固需要經過兩次，一次為使用常用的扳手進行初始緊固，然后在使用特定的扭矩扳手進行加緊。

2 結 語

隨著最近幾年我國房地產行業(yè)發(fā)展速度的不斷加快，人們對于居住環(huán)境需求也在不斷提升，傳統(tǒng)混凝土結構雖然自身結構穩(wěn)定性較為理想，但是從實際角度看，卻存在很多缺點，例如，施工周期長、資金耗費高、建筑自重大等。也正是在這樣的情況下，越來越多研究學者開始將關注重點集中在鋼結構建筑形式，但是鋼結構主體受到材料物理性質限制，也導致自身橫向穩(wěn)定性不理想，為了能夠提升整體穩(wěn)定性，就必須要結合實際情況設置撐桿。因此本文在進行分析過程當中，就對不同支撐形式在高層鋼結構設計當中實際應用進行針對性闡述與分析，將中心支撐框架與偏心支撐框架作為重點加以研究。希望對相關設計人員今后能夠更好的選擇支撐布置形式起到一定參考價值。