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摘要：與傳統的建筑結構形式相比，鋼結構是一種最符合“綠色建筑”特征的結構形式。而根據鋼結構的特點，把鋼構件應用到已有建筑結構的加固改造中，也能較好的改善原始建筑的結構性能。近年來國內外已經開始采用后加鋼支撐的方法，來加固鋼筋混凝土框架結構。與后加翼墻或者剪力墻加固法相比，該方法具有費用少、自重輕、布置靈活、占用室內空間小等優點�；�于此，本文以三種不同截面形式的鋼支撐，來研究鋼支撐對已有鋼筋混凝土框架結構的影響。 ...

 淺談鋼支撐對鋼筋混凝土框架結構的影響

焦瑞敏 宇文娟

（陜西省建筑科學研究院 設計院）

一、引言

隨著我國社會生產力的發展和建筑科技進步的趨勢，變革傳統的建筑理念，使建筑具備“環保、節能、工業化”即“綠色建筑”的特征，已經開始成為人類的共同理想。與傳統的建筑結構形式相比，鋼結構是一種最符合“綠色建筑”特征的結構形式。而根據鋼結構的特點，把鋼構件應用到已有建筑結構的加固改造中，也能較好的改善原始建筑的結構性能。近年來國內外已經開始采用后加鋼支撐的方法，來加固鋼筋混凝土框架結構。與后加翼墻或者剪力墻加固法相比，該方法具有費用少、自重輕、布置靈活、占用室內空間小等優點�；�于此，本文以三種不同截面形式的鋼支撐，來研究鋼支撐對已有鋼筋混凝土框架結構的影響。

二、研究方案

原結構為6層鋼筋混凝土純框架結構，首層層高為5.8m，其余層均為5.2m，平面圖如圖1所示。在該框架結構的基礎上，分別在結構1軸和7軸的AB跨、DE跨，A軸和E軸的1~2跨、6~7跨，后加十字交叉型中心鋼支撐，鋼支撐的截面分別為無縫圓鋼管250mm×12mm、箱型截面250mm×250mm×14mm和焊接工字型截面300mm×300mm×12mm×24mm三種截面尺寸，支撐與原結構的連接為鉸接。結構梁、板、柱的混凝土強度等級均為C35，鋼支撐采用Q235級鋼材，各材料物理、力學性能等均按照現行國家規范取值。結構模型中各層樓面恒荷載標準值為5kN/m2，活荷載標準值為2.0kN/m2，屋面板恒荷載標準值為9kN/m2，活荷載標準值為0.5kN/m2。假設結構位于抗震設防烈度為8度0.2g、場地類別為Ⅲ類、地震分組為第一組的地區。該結構1~2層柱截面為800mm×800mm，3~6層柱截面為700mm×700mm，1~6層框架梁均為300mm×600mm，次梁均為250mm×500mm，屋面板厚為120mm，其余板厚均為100mm。

圖 1 結構平面圖

三、計算結果

1、結構自振周期和位移

    經過SATWE分析得原結構以及加支撐后結構的自振周期，當鋼支撐的最大應力比在0.95左右時的自振周期以及最大位移見表1：

表 1 結構自振周期及位移

    從表1中可以看出，加鋼支撐后的結構平動周期和扭轉周期都有所減小，周期比T1/Tt也有了明顯的減小。位移也有了很大的改善，原模型O的位移大于1/550，位移不滿足規范要求，而加支撐后位移減小，且在相同最大應力比控制下，模型C、模型H和模型R的位移分別減小了43.03%、50.22%和46.68%，表明在最大應力比相同的情況下，H型鋼對結構的位移改善效果最好。

2、底層框架承受的彎矩

經過SATWE分析得到各模型中底層框架承受的彎矩，見表2。由表2中可以看出支撐最大應力比在0.95左右時，模型H底層框架承受的彎矩百分比最小，即模型H的鋼支撐所承受的彎矩百分比最大，而模型C和模型R中底層框架承受的彎矩百分比則相差不多，說明在抗震情況下H型鋼能夠很好的發揮第一道防線的作用。但是與此同時，模型H的支撐截面積也是最大的，其次是模型R，模型C的支撐截面積最小。從物理性能來看，H型鋼（模型H）支撐存在強軸和弱軸方向，當Y方向回轉半徑滿足時，X方向賦予較多；而無縫圓鋼管（模型C）和箱型截面（模型R）均為封閉截面，該方面的物理性能較好，相對較為經濟。對比模型C和模型R，可以看出這兩種類型的支撐在最大應力比均為0.95時，模型C所采用的無縫圓鋼管的截面積最小，最為經濟。

表 2 底層框架承受的彎矩百分比

3、柱內力

    該結構的立面對稱，取結構中1軸的一榀框架進行分析，立面如圖2所示，以與鋼支撐相連的ZA、ZB兩根柱子為研究對象，其在地震作用下的軸力見表3，各模型中柱子軸力隨樓層的變化趨勢見圖3。

圖 2 結構1軸立面圖

表 3 （a）柱ZA各層軸力（kN）

表 3 （b）柱ZB各層軸力（kN）

 圖 3 （a）柱ZA各層軸力變化圖   圖 3 （b）柱ZB各層軸力變化圖

由圖3可以看出，加鋼支撐后柱子的軸力有明顯的增大，并且結構層數越低其軸力的提高幅度越大。在同一樓層處模型H的柱軸力增加最多，其次是模型R，模型C的柱子軸力增加最少，結合表2中各模型中支撐的截面面積，可以得出，在最大應力比基本相同的情況下，鋼支撐的截面越大，則與其相連的框架柱的軸力增加越多。

產生這種現象的原因是由于加鋼支撐后結構的側移剛度、質量的增加導致地震反應隨之增大，大部分的水平地震作用會通過梁柱節點傳遞至鋼支撐，然后再由鋼支撐傳遞至框架柱，從而使得框架柱的軸力隨之增大。

四、結論

通過上述分析，可以得到在類似于本文的結構方案條件下，十字交叉中心鋼支撐的采用會對鋼筋混凝土純框架結構產生如下影響：

1、十字交叉中心鋼支撐能夠有效地減小結構位移、平動周期以及扭轉周期，且在最大應力比相同的情況下，H型鋼支撐對結構的位移改善效果比無縫鋼管和箱型截面的支撐好；

2、在最大應力比相同的情況下，與無縫鋼管和箱型截面的支撐相比，H型鋼截面的支撐所承受的抗傾覆彎矩更多，即在抗震情況下，H型鋼截面的支撐能夠較好地發揮第一道防線的作用；

3、在最大應力比相同的情況下，無縫鋼管和箱型截面這種封閉截面比H型鋼的截面尺寸小，經濟性較好。

4、鋼支撐截面尺寸對與其相連接的結構構件內力有較大影響，在最大應力比相同的情況下，鋼支撐的截面越大，與其相連的框架柱軸力越大。故而在抗震加固設計時應在滿足抗震措施的前提下，盡量選用較小的支撐截面，以避免過大的地震作用。

(本文來源：陜西省土木建筑學會   文徑網絡設計項目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)

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