Y型偏心支撑钢框架的受力性能研究

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672-4011．2013．03．025Y型偏心支撑钢框架的受力性能研究田晓飞(西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安710054)摘要：Y型偏心支撑钢框架是最近发展起来的一种新型抗侧力结构体系，具有很好的抗震性能。可以通过改变耗能粱段的截面尺寸和支撑的布置形式来优化结构的抗震性能。本文基于我国现行<抗震规范>建立三个系列的一榀Y型偏心支撑钢框架平面模型，并运用有限元分析软件sap2000对结构进行pushover分析计算，研究了Y型偏心支撑钢框架的耗能粱段长度、腹板高厚比和耗能支撑的布置形式等参数对Y型偏心支撑钢框架结构抗震性能的影响，

2、提出了相应的抗震设计建议。关键词：Y型偏心支撑钢框架；pushover分析；抗震性能；耗能梁段中圈分类号：TU375．4文献标志码：B文章编号：1672—4011(2013)03—0051一030前言Y型偏心支撑钢框架具有很好的抗震性能，在罕遇地震作用下主要依靠耗能粱段的塑性变形吸收地震能量，而让其他构件处于弹性阶段。结构的残余塑性变形主要集中在耗能梁段，框架梁的竖向变形很小，地震过程中不会对框架梁及柱造成损害，震后仅需将耗能梁段更换，整个结构即可恢复到震前状态。本文严格按照我国现行<抗震规范》设计了三个系列的平面杆系模型，对结构进行pushover分析，研究了Y型偏心支撑钢框架

3、在罕遇地震作用下的抗震性能，迸一步探讨了多层Y型偏心支撑钢框架的耗能梁段长度、腹板高厚比和支撑布置形式等参数对结构抗震性能的影响，并提出了相应的抗震设计建议。1结构设计设计一榀9层平面钢框架作为平面杆系模型进行研究，不考虑框架的平面外失稳，模型均为3跨，层高为3．6m，横向跨度为6m、纵向跨度为7．2m的平面钢框架。结构平、立面图如图1所示。各层楼面永久荷载标准值均为4．5kN／m2，楼面活载2．0kN／m2，屋面恒载5．05kN／m2，屋面活载2．0kN／m2(上人屋面)，屋面雪荷载0．4kN／m2，基本风压0．45kN／m2。地面粗糙度B类，抗震设防烈度为8度，场地类别Ⅱ类，

4、设计地震分组为第二组，场地特征周期Tg=0．35S，钢材统一选用Q235钢材，截面尺寸见表1。分析过程中主要选取耗能梁段长度a、腹板高厚比ho／k和耗能支撑布置的形式三个参数的变化，研究这些参数的变化对Y型偏心支撑钢框架抗震性能影响。作者筒介：田晚飞(1984一)，男，陕西西安人，工学硕士，主要从事超高层钢结构的理论研究。堇髟勿l基‘髟勿t墓。玩砺1．7200

5、72∞J200．72005洲／＼入／＼／x．入／＼t宙‘圈1结构平面、立面布置表1框架截面尺寸截面尺寸层数边柱中柱粱耗能梁支撑H480x480H鲫×600H5lO×260H550X180H210×2101—4×22x24×

6、30×35×14×18×8×10．8×8x12H450x450H480×480H520×250H550×180H210x2lO5～7×16×22×22×24×14×16×8×10．8×8×12H380×380H400×400H510×250H550×180H210×2108—9×16x20×18x22×14×18×8×10．8×8×122模型建立本文采用平面杆系模型对结构进行pushover分析。平面杆系模型是以结构杆件为基本单元，将梁、柱简化为以其轴线表示的一维线杆，将其质量聚集在节点处。每个楼层的侧移只有一个，每个节点有三个自由度，不考虑梁的轴向变形。通过对结构进行分析可以得

7、到每个节点的位移以及杆件的内力和变形，能够较全面地考虑各个杆件进入塑性阶段的过程及对整个结构的影响，可以全面的研究结构在水平地震作用下进入弹塑性状态时的反应。3pushover分析3．1耗能梁段长度的影响3．1．1静力非线性分析本节分别以0．7k，0．9k，1．3k，1．6k，2．2k为耗能梁段的长度(其中k=M，／V。)(见表2)，其它参数不变，来考察耗能梁段长度对结构地震响应的影响。建立Y型偏心支撑钢框架有限元模型，对其进行水平加载，并进行静力非线性pushover分析，计算结果见图2—8所示。表2耗能梁段长度及

8、截面尺寸层数l0．7k0．9k1．3k1．6kz2kl耗能梁段

9、截面尺寸3．1．2结果分析从图2可以看出，在罕遇地震作用下，A5框架的楼层位移的包络值明显大于其他4个，而A2和A3相对最小。当耗能粱段长度等于0．7k时，结构的抗侧刚度相对较大，导致结构在地震作用下吸收大量的能量而发生塑性变形，从而使结构的楼层位移较大。A5框架的楼层位移最大，反映出耗能粱段长度a=2．2k时，结构在罕遇地震作用下的侧移效应最大。冬■瞿簟层位善hue圈2楼层位移晨置用图3边柱轴力从图3～4可以看出，在罕遇地震作用下，边柱和中柱轴力总的变化规律为：从耗能梁段长度a