斜撑框架结构应用分析

斜撑框架结构应用分析

周仕达

广东省建筑设计研究院广东深圳518057

摘要：在高烈度地区的框架结构体系中，通过设置斜撑，在满足位移角指标前提下，能有效控制柱子截面大小，既美观又节省空间。该体系中，斜撑-钢管柱节点处吸收较大地震力，且属于关键构件，有必要对该节点抗震性能分析。提取四组中震弹性不利荷载组合，采用Midas/FEA有限元软件分析型钢及混凝土构件应力应变数值，验证该节点是否满足中震弹性性能目标。

关键词：位移角；斜撑；钢管柱；Midas/FEA

1、项目概况

该项目为万达商业建筑，隶属于云南省曲靖市麒麟区冯家冲，工程场地位于学府路与三江大道（珠源西路）交汇处的西北角地带。项目为整体四层，局部五层的商业中心，地上结构高度23.650m，总建筑面积11.50万m2，其中地上8.70万m2，地下局部1层2.80万m2。

2、有限元分析节点

为了提高结构整体刚度，在部分楼层设置斜撑以保证结构满足规范位移角要求，该部分钢管柱内力较大，有必要对该构件进行节点分析，选取图示钢管柱节点进行分析。

由应力应变结果可知：除去应力集中部分之后，型钢最大应力为278N/mm2＜295N/mm2；除去梁砼部分及应力集中部分之后，混凝土最大压应力为26.5N/mm2＞25.3N/mm2，根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010附录C.4.3条，考虑混凝土在三轴受压（压-压-压）应力状态下的抗压强度提高：查得压应力最大区域的主应力为：σ1=-26.5N/mm2，σ2=-4.8N/mm2，σ3=-0.49N/mm2，则σ2/σ1=0.18，σ3/σ1=0.02，查表得抗压强度提高系数为1.2，则混凝土最大压应力为26.5N/mm2＜25.3N/mm2×1.2=30.36N/mm2，混凝土最大压应变为0.00072＜0.0033（混凝土极限压应变）；梁钢筋最大拉应力为255N/mm2＜310N/mm2。

综上，在工况组合3作用下，节点满足中震弹性的性能要求。

3.4工况组合4计算分析结果

节点各部分应力应变结果如图3.4.1-3.4.4所示。

图3.4.4钢筋应力图（N/mm2）

由应力应变结果可知：除去应力集中部分之后，型钢最大应力为279N/mm2＜295N/mm2；除去梁砼部分及应力集中部分之后，混凝土最大压应力为39.2N/mm2＞25.3N/mm2，根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010附录C.4.3条，考虑混凝土在三轴受压（压-压-压）应力状态下的抗压强度提高：查得压应力最大区域的主应力为：σ1=-39.2N/mm2，σ2=-6.5N/mm2，σ3=-3.7N/mm2，则σ2/σ1=0.17，σ3/σ1=0.09，查表得抗压强度提高系数为1.7，则混凝土最大压应力为39.2N/mm2＜25.3N/mm2×1.7=43.01N/mm2，混凝土最大压应变为0.0013＜0.0033（混凝土极限压应变）；梁钢筋最大拉应力为96.1N/mm2＜310N/mm2。

综上，在工况组合4作用下，节点满足中震弹性的性能要求。

综上，在工况组合1~4作用下，节点均满足中震弹性的性能要求。

4、结束语

在上述工程进行设计时，通过对斜撑-钢管柱节点分析，结构受力安全可靠；斜撑框架结构与普通框架结构方案对比，普通混凝土柱子截面尺寸能有效减小四分之一甚至更多，同时斜撑均内嵌于建筑双隔墙内，既美观又节省空间，显著地提高了商业建筑的总体使用率。

参考文献：

[1]李亮.斜撑框架结构抗震设计方法分析[D].郑州工业大学.

[2]刘庆林.体型收进斜撑转换结构研究应用[D].浙江大学.

[3]包世华.高层建筑结构设计[M].北京清华大学出版社.

[4]石晓蕊.异性柱斜撑框架结构模型振动台试验及建模[J].郑州工业大学学报

[5]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].