偏心支撑框架设计及应用 .pdfVIP

偏心支撑框架的设计及应用

摘要：与中心支撑不同，偏心支撑框架利用支撑与梁间形成的

耗能梁段来耗能，这样就可避免支撑过早的发生屈曲。偏心支撑钢

框架是最近数十年新兴的一种抗侧力体系。这种体系有着良好的抗

震性能。本文着重阐述了偏心支撑与其他几种支撑的不同，主要的

受力特点，并介绍了了耗能梁段的设计方法,其中包括消能梁段的

长度确定和截面选择,消能梁段的腹板加劲肋和侧向支撑的设计。

另外结合其他结构的特点,对结构的耗能问题进行了探讨,并给出

了设计建议。并对耗能梁段以外其它构件的设计进行了介绍。

关键词：中心支撑偏心支撑耗能梁段框架结构耗能抗侧力体

系

0前言

框架结构在工业与民用建筑中的应用非常广泛。主要是因为它

空间布置较灵活，结构延性较好，是比较优异的抗震结构体系。不

过框架的抗侧刚度主要是由梁柱决定的，属于单一抗侧力体系，而

且梁柱的抗侧刚度不大，因此地震作用下的水平方向上的侧移较

大，因而容易引起非结构构件的破坏。许多地震结果发现纯框架节

点也容易引发整体结构的破坏,因此支撑框架被大量的应用。加支

撑的框架刚度增大，侧向位移大大减小。而支撑框架靠支撑的轴向

变形来抵抗大部分的地震力。

现在的支撑框架主要有中心支撑框架(cbf)，偏心支撑框架

（ebf）以及少量应用的防屈曲支撑框架(brbf)。其中，中心支撑

是国内应用最为广泛的一种，而后两种结构因其涉及的复杂性而应

用的较少。

1中心支撑框架

中心支撑是指支撑与梁、柱交汇于一点，或两根斜撑与梁交汇

于一点，或与柱交汇于一点，交汇时均无偏心距。根据支撑布置方

式的不同，主要有十字交叉支撑、单斜杆支撑、人字形支撑或k字

形支撑，以及v形支撑等类型(见图1)。中心支撑具有较大的抗侧

刚度，侧移较小，支撑承担了大部分的水平力。但是在地震作用下，

支撑很容易发生屈曲。尤其是在地震的往复作用下，随之抗侧刚度

的下降，层间侧移增大，结构容易发生整体失稳破坏。为了防止支

撑屈曲就需要加大支撑的截面。由于中心支撑是在框架的梁柱节点

处连接，因此不但没有改善框架节点的抗震性能，反而增加了节点

构造上的复杂程度。中心支撑框架主要是靠支撑的轴向变形来耗

能。在弹性阶段，结构的刚度较大。但是随着荷载的增大，支撑的

刚度降低，支撑很容易屈曲，进而结构发生破坏。因此规范里规定：

高烈度区不建议采用普通中心支撑体系。

图1中心支撑的几种形式

在进行中心支撑框架的设计时，要注意以下几项：(l)框架梁不

能过早发生屈服和破坏;(2)验算在支撑承受最大轴向荷载时支撑

节点依然能发挥作用:(3)框架柱一直保持弹性;（3）支撑屈曲后框

架梁依然可以承受一定的弯矩。

2偏心支撑的发展

与中心支撑不同，偏心支撑钢框架是最近数十年新兴的一种抗

侧力体系。这种体系有着良好的抗震性能。1977年美国加州大学通

过试验率先证明了偏心支撑钢框架良好的抗震性能。到了80年代，

美国的学者对偏心支撑的核心构件——耗能梁段进行了试验研究，

除此以外还进行了偏心支撑框架的动力分析，等试验研究[1]。以

这些试验为基础，伯克利分校的roeder，manheim，kasai和

engethardt等分别提出了与偏心支撑框架相关的计算方法[2]。

清华大学钱稼茹教授是国内最早对偏心支撑钢框架展开研究

的，他首先将美国的设计经验带到中国，随后完成了偏心支撑框架

的水平静力试验以及动力试验研究。中国建筑科学研究院的易方民

博士对支撑框架的分析方法、设计参数及弹塑性地震反应也进行了

一定的系统研究。同济大学在偏心支撑钢框架的抗震性能方面也做

了一些的研究工作。关于偏心支撑钢框架的研究成果已经正式写入

了2010的必威体育精装版的抗震规范。

图2支撑与梁的连接

偏心支撑框架是每一根支撑的两端，至少有一端与梁不在柱节

点处相连。这样在支撑和柱之间，或者是支撑和支撑之间就形成了

一个耗能梁段。耗能梁段先于支撑屈服（或者支撑不屈服），进而

耗能。因此耗能梁段是偏心支撑的核心部分。因此在设计偏心支撑

框架时，首先应恰当地地选择耗能梁段的尺寸，详细设计耗能梁段

的每一个细节，保证偏心支撑框架的整体抗震性能;然后，进行支

撑以及其他构件的设计，保证这些构件的强度要高于耗能梁段来确

保耗能梁段首先屈服[3]。

偏心支撑框架根据支撑布置的不同，主要有单斜杆式，门架式，

人字形、v形和倒y形几种常用的形式，如图