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钢结构抗侧力体系综述 　　摘要：综合分析了钢框架常见抗侧力体系的受力特性，并且对比了各自的特点，提出了工程设计应注意的问题。 　　关键词：钢框架；抗侧力体系 　　随着时代的发展钢结构在工业和民用建筑中日趋重要，具有延性好，塑性变形能力强，优良的抗震性能等诸多优点。我国是个多震国家，加之近年来我国大力发展符合国民经济可持续发展的钢结构，所以对钢结构进行深入的抗侧力性能、弹塑性稳定、抗震性能的研究和优化非常必要，具有重要的现实意义和应用价值。本文结合多年设计经验，并结合自己对相关钢结构资料的学习体会，综合阐述了钢结构常用抗侧力体系及各自的优缺点。 　　多高层钢结构设计，宜分别按房屋数不超过12层和超过12层考虑。除应遵守规范规程相应的规定之外，应与建筑设计紧密配合。根据建筑平、立面布置及体型变化特点，综合考虑使用功能、荷载性质、材料供应、制作安装、施工条件等因素，以及所设计房屋的高度和抗震设防烈度，合理选用抗震和抗风性能好又经济合理的结构体系，并力求构造和节点设计简单合理、施工方便。结构体系应根据建筑结构抗震设计小震不坏、大振不倒、中震可修的基本原则具有足够的强度和刚度，并且结构体系还应具有较高的延性和较大的耗能能力。强度、刚度和延性是结构抗震设计永恒的主题。 　　钢框架体系是沿建筑的纵向和横向均采用框架作为承重和抗侧力的主要构件所构成的结构体系。目前建筑钢结构体系分类，主要是在大量工程实践经验的基础上，根据不同建筑高度所采用的各种不同抗侧力结构对水平荷载效应的适应性，以及抗震性能和结构非线性进行广泛而深入的研究而提出的。钢框架一般可分为纯框架和支撑框架两种形式。各个结构体系具体特点为： 　　1 框架结构体系 　　建筑钢结构框架体系的基本构成与钢筋混凝土框架结构基本相同，由水平方向的梁和垂直方向的柱通过刚性节点连接而成。这种结构体系通过结构构件的抗弯刚度来抵抗侧向力的作用。钢框架体系是钢结构的基本体系。这种结构体系延性好，由于柱子间无支撑，可以提供一个较大的空间，有利于建筑布置。建筑平面设计有较大的灵活性，可采用较大的柱距和提供较大的使用空间。 　　钢结构框架体系是典型的柔性结构体系，受层间位移的限制，结构的刚度一般在设计中起控制作用。也就是说基本上都是有变形限值作为设计的控制条件，梁、柱构件的截面尺寸主要由结构的刚度而不是强度来决定。在具体的设计过程中，所选的梁、柱截面尺寸如果满足了规范对层间位移的限值要求，构件的承载力一般也能满足要求。这是钢结构框架结构体系不同于钢筋混凝土框架的地方。框架结构的层间位移主要取决于梁、柱刚度。通常情况下，梁的跨度要大于楼层高度，为了控制层间位移，有效的作法就是增大梁的截面尺寸，使得梁的线刚度大于柱的线刚度。而这样做的弊端就是使得主体结构的用钢量增大。另一方面，框架梁截面尺寸的增大会使更多的弯矩从梁转移到钢柱，并在节点域产生较大剪力。在非弹性变形阶段，由此会在节点域引起很大的塑性变形，导致节点过早的塑性破坏，起不到节点耗能的作用。 　　为了实现强柱弱梁的设计概念，使塑性铰出现在梁端而不是柱端，《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）6.3.3条规定，抗震设防的框架柱在框架的任一节点处，柱截面的塑性地抗拒和梁截面的塑性地抗拒宜满足下式的要求： 　　ΣWpc（fyc-N/Ac）≥ΣWpcfyb （1） 　　在罕遇地震作用下不可能出现塑性铰的部分，框架柱可按下式计算： 　　N≤0.6Acf （2） 　　实际情况中，式（1）往往难以得到普遍满足，特别是在由钢框架结构组合而成的框筒或筒中筒结构体系中更是如此。若为此加大柱截面，使得工程的用钢量增加较多，很不经济。在这个问题上，日本和美国的作法是不同的。美国加州SWAOC规范规定必须满足强柱弱梁，一般不要求控制轴压比。而日本规范正好相反，不要求控制强柱弱梁，轴压比满足要求即可。本文认为，墙柱弱梁思想作为一种设计概念来理解，注意其重要性，在具体工程设计中根据模型综合指标参数来控制。 　　2 框架-中心支撑结构体系 　　在框架结构体系中设置斜向支撑构件就形成了框架-支撑结构体系。当斜向支撑构件的梁端均位于梁、柱相交处，或一端位于梁、柱相交处，另一端在另一支撑与梁的连接点处同梁相连，则构成了框架-中心支撑结构体系。值得注意的是，当支撑采用斜杆体系时，应同时设置不同倾斜方向的两组单斜杆。与框架结构体系相比，框架-中心支撑结构体系在弹性变形阶段具有较大的刚度，很容易满足规范对结构物层间位移的限值要求。竖向支撑桁架的抗侧力能力与其高宽比成反比，一般情况下，竖向支撑桁架的高宽比小于10～12时，该体系的抗剪效果较好。在节点设计方面，若支撑足以承受建筑物的全部侧向力作用，则框架梁、柱节点可全部作成铰接，仅承受竖向荷载；如果单纯依