山 西建筑
SHANXT ARCHITECTURE
第40卷第2期• 46 •
0 0 0 1 年 4 月
Vol. 00 No. 3Apr. 2001
DOI ： 10. 13719/j. cnki. 1009-6825.2021.08. 019
孙庆6
王涛2
（•青岛市市南区市政工程养护建设有限公司，山东青岛266071 ； 2.青岛理工大学，山东青岛266033）
摘要：为了研究普通钢框架结构、单向斜杆支撑钢框架结构、交叉支撑钢框架结构、人字形支撑钢框架
结构在地震作用下的抗震 性能，利用有限元软件ANSYS 对四种不同支撑类型的钢框架结构分析在天津波、TP 波、墨西哥波地震作用下的振型、频率、层间 位移、层间位移角。通过对比有限元模拟分析结果得出人字形支撑是所有支撑类型中抗震性能最优的支撑类型。
关键词：钢框架支撑结构，层间位移，支撑类型，有限元
中图分类号:TU350.11 文献标识码：A 文章编号：1409-5225 （2021 ）02-6047-63
钢结构具有强度高、刚度大、稳定性好、抗震性能强、施 工简便、绿环保等特点，而成为设计时的首选类型之一。 我国处于环太平洋火山地震带，地震频发，近几年的汶川地 震、玉树地震等给国民经济及当地人民收入带来了巨大损
失。钢结构与普通钢筋混凝土结构相比有一定的延性，在 地震作用下具有一定的抗震能力，可以耗散部分地震能 量⑴。本文通过对普通钢框架、单向斜杆支撑钢框架、交叉
支撑钢框架和人字形支撑钢框架分别采用铰接和刚接的连 接方式，利用ANSYS 对它们分别进行在三种不同地震波作 用下的研究得出抗震性能最优的支撑类型。
1设计资料⑵
本设计实例为2层框架写字楼，它包括下列几部分承 重构件:
1） 横向框架：三层三跨，由基础、框架梁、柱组成。
2） 纵向框架：三层两跨，由基础、框架梁、柱组成。 平面图见图1。
1 onn
图1平面图
北工大本设计柱距采用6 m x 6 m，层高为4 m 。结构位于
I 类场地第二组，基本烈度为2度，阻尼比为0.02。结构设 计所取永久荷载见表1，活荷载按照GB 50009-2010建筑 结构荷载规范的规定计算。
初选截面，梁柱所用钢材均为Q235，选定梁柱截面尺 寸及截面几何特性分别为:
柱：工字型截面：320 mm x 325 mm x 15 mm x 15 mm ；
梁：工字型截面：300 mm x 320 mm x 10 mm x 15 mm 。
目的：结构在罕遇地震下的模态分析以及瞬态分析，通 过在三向地震的作用下，在模态分析下观察结构的频率和
振型；在瞬态分析中分析层间位移。通过不同的支撑方式 以及在经济方面的考虑，给出一个较优的方案。
表
1永久荷载
荷载项
取值荷载项
取值
9. 10 kN/m 2水磨石面层0. 05 kN/m 2
檩条
9. 10 kN/m 2
70 mm + 47 mm 厚现浇钢筋混凝土楼板
2.3 kN/m 2
屋架及支撑自重
0. 354 kN/m 220厚板底抹灰
0. 34 kN/m 2
小计
0. 004 kN/m 2YX-70-000-060 压型钢板
0.021 kN/m 2
边跨框架梁自重0. 945 kN/m 屋面吊顶0.2 kN/m 2中跨框架梁自重
0. 945 kN/m
繁峙秧歌小计
3.32 kN/m 2
根据规范，度设防烈度对应多遇地震水平地震影响
系数最大值a mcP=0-16, II 类场地第二组对应特征周期T c 为0.4 s，此时需考虑阻尼比对地震影响系数形状的调整。
_[ 0.05 _右 _[ 0.05 -0.02 [ 40
n
0 二 +2. 06 + 1.70" +2. 06 + 1.0 x0. 02 ： 。
Y 二2.9+86J 9+9 二2.9+/44h +5449二2. 08o
先进制造技术的特点0. 0 + 5.
0. 0 + 5 x 0. 02
由此可得本结构在2度多遇地震作用下的地震影响系 数为:
T
a 二
(4630o)(098 x0.16 x 1.32 二0.12。
同理可得，该结构在2度罕遇地震（水平地震影响系数 最大值a sp 二0.50）作用下的地震影响系数：
a 二（T ）
Y a mcp 二（00947）698 x9-3 x0•32 二0.33。
2钢框架结构设计实例2.4 模型的建立
空框架模型见图0o
图2空框架模型
2.2钢框架结构模态分析
收稿日期：2222-10-09
作者简介：孙庆（1999- /，
女，工程师
第47卷第8期
2927年4月孙庆等：钢框架支撑结构抗震性能有限元分析-77•
在将模型建好后，进行模态分析，首先对建立的模型施加约束，所有模型均在模型底部施加位移约束，施加约束后，对模型进行模态分析。本文所选模态分析的方法为兰索斯法。
2.3模态分析对比结果
经对比分析，空框架的一阶频率为0.8Hz，在固接连接方式中：单向斜杆支撑的一阶满布、1357层布置以及1层布置的频率分别为4.20Hz,1.43Hz,0.93Hz；交叉支撑的一阶满布1357层布置以及1层布置的频率分别为4.52Hz,1.41Hz,0.92Hz；人字形支撑的一阶满布、1357层布置以及1层布置的频率分别为4.63Hz,734Hz,0.92Hz。通过对比可以看出，无论单向斜杆支撑、交叉支撑还是人字形支撑，在支撑满布的情况下，刚度较大，会造成结构的自振频率较高，对于结构来说不利。而单向斜杆支撑、交叉支撑、人字形支撑的1层布置支撑的情况结构的自振频率相差不大[3。
3钢框架结构地震作用分析
本文选择了墨西哥波、天津波、Taft波三条地震波，分别模拟了模型在三条地震波作用下的层间位移，并对结果进行了对比分析，层间位移的结果见表2~表4o
表2墨西哥波作用下层间位移对比mm
类型最大值
人字形支撑刚接层布置墨西哥波10.4628
交叉支撑刚接1层布置墨西哥波11.6733单向斜杆支撑铰接1层布置墨西哥波14.4073交叉支撑铰接1层、层、层、层布置墨西哥波17.5704单向斜杆支撑刚接1层布置墨西哥波24.2241人字形支撑刚接1层
、层、层、层布置墨西哥波28.9469
交叉支撑刚接1层、层、层、层布置墨西哥波30.3081
人字形支撑刚接满布墨西哥波30.99/9
待业青年
交叉支撑铰接满布墨西哥波31.3222
单向斜杆支撑铰接满布墨西哥波31.3504单向斜杆支撑铰接1层、、层、5层、7层布置墨西哥波37.1555
交叉支撑刚接满布墨西哥波37.7047
交叉支撑铰接1层布置墨西哥波47.9049单向斜杆支撑刚接1层、层、层、层布置墨西哥波57.9131
空框架墨西哥波80.9939
单向斜杆支撑刚接满布墨西哥波86.0403
表3天津波作用下层间位移对比mm
类型最大值
交叉支撑铰接层布置天津波23.3373交叉支撑铰接1层、层、层、层布置天津波30.3278
人字形支撑刚接满布天津波37.9330
人字形支撑刚接1层布置天津波33.9552
交叉支撑刚接层布置天津波37.3103
交叉支撑铰接满布天津波43.3375
单向斜杆支撑铰接满布天津波43.4235
交叉支撑刚接满布天津波49.9372单向斜杆支撑铰接1层布置天津波53.0252交叉支撑刚接1层、层、层、层布置天津波54.9255
人字形支撑刚接1层、层、层、层布置天津波59.4097
单向斜杆支撑铰接1层、、层、5层、、层布置天津波67.4006
单向斜杆支撑刚接1层、、层、、层、、层布置天津波89.3758单向斜杆支撑刚接1层布置天津波86.9739
单向斜杆支撑刚接满布天津波94.1423
空框架天津波106.0344
表4Tat波作用下层间位移对比mm
类型最大值
人字形支撑刚接1层布置Taft波19.3185
交叉支撑刚接1层布置Taft波16.7103单向斜杆支撑铰接1层布置Taft波20.9463交叉支撑铰接1层、层、层、、层布置Taft波23.9005
人字形支撑刚接1层、层、层、、层布置Taft波33.9751单向斜杆支撑刚接1层布置Taft波37.1
人字形支撑刚接满布Taft波37.9776
交叉支撑铰接满布Taft波37.3384
单向斜杆支撑铰接满布Td波37.9886交叉支撑刚接1层、层、层、、层布置Taft波42.0522
交叉支撑刚接满布Taft波43.9303单向斜杆支撑铰接1层、层、层、、层布置Taft波51.0531
单向斜杆支撑刚接1层、层、层、、层布置Taft波89.3758
交叉支撑铰接1层布置Taft波88.19087
单向斜杆支撑刚接满布Taft波96.0138
空框架Taft波157.0000在三条地震波作用下，未加支撑的钢结构模型位移较大。由此可见，钢结构布置支撑是减小位移的有效措施。在墨西哥波作用下人字形支撑刚接1层布置层间位移较其他工况的层间位移小；在天津波作用下交叉支撑铰接1层布置层间位移较小；在Taft波作用下交叉支撑1层刚接布置与人字形支撑1层刚接布置层间位移相差不大。以上几种都是比较合适的设置支撑的方式。另外，满布的支撑方式在不同的地震波下的层间位移与实现中并不相同，通过在墨西哥地震波的作用下单向斜杆支撑刚接满布的层间位移比未加支撑的空框架还要大⑷。
4结论
1)与钢筋混凝土结构相比，虽然钢结构的造价成本要高一些，但钢结构具有施工速度快、舒适度高、污染小等优点，综合考虑，钢结构相对来说成本更好一些，在选择设计时应该优先选择钢结构；对于不同工况的钢框架，选择铰接的方式更加经济。2)针对不同类型的钢框架结构，除墨西哥地震波外，施加支撑的钢框架模型在ANSYS中比未加支撑的钢框架模型的减震效果好；模拟的钢框架模型工况与
实际的钢框架结构在地震作用下的效果相符合，进一步证明了ANSYS模拟的可靠性。3)对不同工况钢框架模型的模态、层间位移以及层间角位移的分析可以看出：除墨西哥地震波外，加了支撑的钢框架比未加支撑的钢框架的变形小，但满布的支撑方式会增加变形，在墨西哥地震波作用下单向斜杆支撑满布的支撑方式的层间位移比未加支撑的空框架的层间位移大，因此采用人字形支撑是所有工况中钢框架结构在地震作用下最优的结构形式。
参考文献：
[]路江龙，石志响，沈晓明，等.某高层钢框架一中心支撑结构分析与设计[J].建筑结构，2019,49(1)：66-
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[2]王晨.预制装配梁端钢板耗能较节点及其弱梁强
柱框架抗震性能[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，
2010.
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[4]薛建阳，黄小刚，高卫欣，等.钢框架优化设计及其抗
山西建筑
SHANXT ARCHITECTURE
第 47 卷 第 8 期• 47 •
2 0 2 1 年 4 月
Vot. d No. 3Apr. 2021
DOI ：10.13719/j. aki. 1009T525. 2027.00.015
全加劲肋钢板的性能研究
王书文
幸福是什么案例分析（中铁二院华东勘察设计有限责任公司，浙江杭州310004）
摘要：基于ABAQUS 有限元分析软件对全加劲肋钢板进行了系统的数值分析，针对三组研究对象，将
其边界条件简化为底部嵌 固和上部定向滑动，以研究不同高宽比对全加劲肋钢板承载力和侧向位移的影响，结果表明：随着加劲肋钢板的高宽比增加，承载 力会逐渐变大，从1 100 kN 增大到1 800 kN ，大约增大1.64倍。加载位移在0mm~50m m 区间，荷载位移曲线大致呈线弹性变
化，位移增大，荷载随之大约以正比形式递增，而当位移变化至50 mm~300 mm 区段时，荷载值增大不超过3% ，非常接近邻界荷 载。结果可为全加劲肋钢板的承载力应用研究提供一定参考。
关键词：全加劲肋钢板，有限元分析，高宽比，承载力
中图分类号:TU371 文献标识码:A 文章编号：1099-6825 （2021 ）08-6948-63
1概述
在高层及多层钢框架建筑结构中，钢板剪力墙是一种
有效的抗侧力构件［75。钢板剪力墙与钢框架结构相结合,
不仅在地震作用的初期阶段具有较高的抗剪能力，更重要 的是在地震作用的后期阶段具有较高的延性表现了这种抗 侧力构件良好的抗震性能。在现有DG/T 08—32—2015高 层建筑钢结构设计规程中（以下简称《高规》）［8］，钢板剪力 墙可以作为抗侧力构件使用。目前存在厚板和薄板两种钢
血凝素
板剪力墙形式，对于厚板剪力墙而言，尽管大大地提高了钢 板剪力墙的抗震性能，但其用钢量较大，经济效益大大降
低，从某种程度阻碍了钢板剪力墙的推广和应用。而薄钢 板剪力墙结构，由于其自身轻薄，必然会导致局部屈曲荷载 较低，从而降低了钢板剪力墙的初始刚度和屈曲后延性性 能。为了克服这一缺点，工程上常常采用带加劲肋的钢板
剪力墙结构，不仅可以克服上述问题，而且可以提高其局部 屈曲荷载，且具有较高的屈曲后强度和承载潜力，同时也有
较好的延性性能。国内外学者对加筋肋钢板进行了研究， 但在全加劲肋的承载力研究方面还有明显不足。
汤序霖等［］对加劲肋的设置方式进行了对比试验研 究，作者对比了仅设置纵向加劲肋、横向加劲肋和双向加劲 肋三种情况，结果表明：仅设置单向加劲肋对钢板的承载力 提高不明显，而设置双向加劲肋可明显提高钢板的承载力。 王浩［］对剪力墙的设计进行了进一步研究。王先铁等［］对 洞口加劲肋进行了研究，他研究了加劲肋刚度、强度对开洞
钢板剪力墙性能的影响，结果表明：增大加劲肋刚度，可提 高开洞钢板剪力墙的弹性屈曲应力，高宽比对开洞钢板剪
力墙屈曲应力的提高较为显著，而宽厚比对开洞钢板剪力 墙屈曲应力影响较小。姜宝龙［2］对带T 形加劲肋双钢板 组合剪力墙进行了研究，通过对剪力墙的轴压比和剪跨比
进行试验和有限元分析，结果表明：轴压比对剪力墙的承载 力影响不大，剪跨比的增大会使剪力墙加载刚度和水平峰 值荷载大幅减小。郝婷癑等［17 ］研究了竖向钢板加劲肋对 内置钢板一混凝土组合剪力墙轴压性能通过设置0组对比 实验，结果表明：竖向加筋肋对剪力墙的轴压承载力提升较
大。童根树等［0 ］对钢板剪力墙单侧加劲肋的有效刚度展开
研究，通过采用隔离体方法，并使得墙板与加筋肋在连接处 满足变形连续，最终得出单侧加筋肋的有效宽度公式。综 上，虽学者们对T 型加筋肋，十字加筋肋的屈曲性能及临界
应力状态有一定研究，但对全加筋肋极限承载力研究不足。
基于此，本文采用ABAQUS 有限元软件建立了三组不
同高宽比的全加劲肋钢板模型，采用ABAQUS 有限元软 件，对全加劲肋钢板结构极限承载力和滞回性能进行了系统
震性能分析［J ］.西安建筑科技大学学报（自然科学 ［］刘一凡.某钢框架厂房抗震加固设计中的问题探讨 版），2015,47（3） ：316-320. ［J ］，山西建筑,2016,42（13） ：43-44.
Finite element analysis of seismio behavioa of steel frame supported stractura
Sun Qing 1
Wang Tao 2
(7. Qingdao Shinaa Districd Mudcipad Engineering Mainteaaaca and Construchoo Co, , Ltd. , Qingdao 206077 , China ；
2, Qingdao Uni ,v ersitd uf Technfogy , Qingdao 266033, China )
Abstract : 1/ oOfr to stufy tUx common steel framf structure , uuinirectioapt UiadOPdt support steel framx structure , cross support
steel framx s W uc W os , heg■inpbope support W c seismic peUounanca of steel framf stricture seismic dcUoa , ^/ the finitu
elemext software ANSYS to support for four differext types of steel frame s W uc W u analysis in Tianjin wave , Tad wave , Mexica wave , to analysis £0X16X00 , 4:300(01110x 0, the interlayer 4:300(01110x 1: anpte betweex the layers . Bp compaun/ the results of finitu
elemext simulaboa , it is coacluUed that the heginp-6oav bracing is the best seismic performa/co amoap alt bracing types.
Key wordt : steel frame support structure , interlaminar Uisplacemext , support type , finite elemext
收稿日期：2221-61-66
作者简介：王书文（1982-），男，高级工程师
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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