探索鋼筋混凝土斜支撐-框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

王飛 彭杰

摘 要 本文對斜撐框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)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?qū)Y(jié)構(gòu)抗震性進行檢驗，并對檢驗結(jié)構(gòu)對比分析。根據(jù)檢驗結(jié)果可知，兩種程序在樓層位移角、構(gòu)件內(nèi)力、自振周期方面的計算結(jié)果較為相近，但TAT的結(jié)果略大，更適用于斜撐框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有助于取得更加理想的抗震效果。

關(guān)鍵詞 鋼混材料;框架結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計

引言

當(dāng)前建筑行業(yè)飛速發(fā)展，對建筑物質(zhì)量與安全的要求不斷提升。建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)抗側(cè)移能力成為主要矛盾。在當(dāng)前工程應(yīng)用中，應(yīng)采取有效措施提高斜撐框架結(jié)構(gòu)的抗震能力，確保建筑物安全穩(wěn)定。

1斜撐框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法

（1）控制延性法。延性主要包括三個層次，即結(jié)構(gòu)、構(gòu)件與截面。其中，結(jié)構(gòu)延性可通過層間位移或頂點位移的方式表達(dá)出來;構(gòu)件與截面延性相關(guān)，截面延性又與混凝土強度、含箍特征值等因素有所關(guān)聯(lián)。對于特定結(jié)構(gòu)來說，截面延性與構(gòu)件延性相比較大，二者關(guān)系與塑性鉸機制相關(guān)。位移延性可對彈塑性能力進行表現(xiàn)，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(shù)將存在一定誤差。

（2）直接位移法。該方法由美國加州大學(xué)學(xué)者提出，提倡將位移目標(biāo)與破損度看成設(shè)計目標(biāo)，結(jié)構(gòu)剛度與承載力均由預(yù)定的目標(biāo)位移來確定。該思路一方面對結(jié)構(gòu)整體側(cè)移進行架設(shè)，再在結(jié)構(gòu)動力學(xué)的引導(dǎo)下，將實際結(jié)構(gòu)的多自由度體系變?yōu)閱我惑w系，由此確定彈塑性地震位移相應(yīng)系數(shù)，結(jié)合側(cè)移模式對原本結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(tài)下地面運動對結(jié)構(gòu)的需求，將地震反應(yīng)曲線、結(jié)構(gòu)能力等通過加速度—位移坐標(biāo)系描繪出來，更加直觀的評價結(jié)構(gòu)抗震性能。在該方法應(yīng)用中，采用非彈性反應(yīng)譜對目標(biāo)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(nèi)含兩個基本假定，一是分析側(cè)向荷載分布，按照彈性體系的基本振型為標(biāo)準(zhǔn);二是減少對單自由度體系的動力反應(yīng)分析，這樣可使力的設(shè)計更加合理[1]。

2斜撐框架結(jié)構(gòu)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(shè)置八字斜撐。在本文研究中，分別用Algor程序與TAT程序?qū)Y(jié)構(gòu)抗震性進行檢驗，并對檢驗結(jié)構(gòu)對比分析。為了對比兩種程序下的抗震效果，將折減系數(shù)和調(diào)整系數(shù)剔除，取7度烈度，地震方向為Y軸方向，更加真實地體現(xiàn)出抗震效果。

2.1 樓層位移角

分別利用兩種程序?qū)娱g位移角進行計算，通過對比曲線可知，結(jié)構(gòu)上方TAT程序的計算值相對較大，下方結(jié)構(gòu)的Algor程序結(jié)果相對較大。但從整體來看，二者的計算結(jié)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(dāng)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(tài)，同時也未將柱端轉(zhuǎn)角位移引入其中，相當(dāng)于強化了對結(jié)構(gòu)的約束，使結(jié)構(gòu)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(gòu)件內(nèi)力

結(jié)合斜撐結(jié)構(gòu)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(tài)下斜撐軸壓比、剪力、梁端彎矩的最大值。根據(jù)計算結(jié)果可知，兩種程序計算結(jié)果較為相近，第四層中的斜撐梁內(nèi)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(jié)果較為相似，前者的結(jié)果大于后者。以第四層中斜撐軸壓比為例，前者計算結(jié)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(jié)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?qū)軸的前五階自振周期進行計算，根據(jù)計算結(jié)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(yīng)用時假設(shè)樓板剛度無限大，使樓板對構(gòu)件的約束增加，結(jié)構(gòu)剛度因此變大，自振周期隨之減小。根據(jù)上述對比結(jié)果可知，兩類程序因計算假定與模型不盡相同，所得出的結(jié)果也存在區(qū)別，主要體現(xiàn)在自振特點方面，構(gòu)件內(nèi)在的差異相對較小，因受平扭耦合作用影響，桿件內(nèi)力的差距相對較大[2]。

2.4 計算結(jié)果對比

（1）Algor程序?qū)Ρ冉Y(jié)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(jié)構(gòu)的抗震性能進行計算，并對二者的計算結(jié)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(jù)計算結(jié)果可知，該程序下兩種計算結(jié)果較為相近，前者的計算結(jié)果稍稍大于后者。

（2）TAT程序?qū)Ρ冉Y(jié)果。在該程序下引入直接位移法對地震狀態(tài)下動力時程進行分析，并與能力譜法的計算結(jié)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(jié)果取均值，將其作為直接位移法的結(jié)果。將所得兩項計算結(jié)果中的最大地震層間剪力匯總，繪制成對比圖。根據(jù)對比圖可知，上部結(jié)構(gòu)的樓層中，二者計算層間剪力數(shù)值較為相近;但在下部樓層結(jié)構(gòu)中，前一種計算結(jié)果要小于后一種結(jié)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(jié)構(gòu)中綜合分析后計算，因此更可真實可靠的將地震狀態(tài)下建筑結(jié)構(gòu)的真實反應(yīng)模擬出來。

3結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)

[1] 李亮，李天，鄧秀泰.斜撐框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2019（2）：36-38.

[2] 武永強.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中樓梯整體分析[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2019（5）：33-35.