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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、

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