佛山市顺德区顺茵绿化设计工程有限公司 广东省佛山市 510000
摘要：当前建筑行业飞速发展，对建筑物质量与安全的要求不断提升。建筑结构承受的荷载分为水平与竖向两个方面。在高层建筑中，水平荷载作为主要控制因素，使结构抗侧移能力成为主要矛盾。在当前工程应用中，应采取有效措施提高斜撑框架结构的抗震能力，确保建筑物安全稳定。
关键词：钢筋混凝土；斜支撑-框架；抗震设计
1、混凝土斜支撑-框架结构与同类结构的分析对比
1.1与混凝土框架结构的对比
本结构比混凝土框架结构增加了一个支撑框架系统，多了一道抗震防线。支撑框架抗侧力刚度较大，与延性框架协同抗震，比纯框架结构抗震性能高很多，抗倒塌能力强很多。斜撑对提高框架结构抗震能力起到重要的作用，这点已经在钢框架一偏心支撑结构中得到了证实。钢框架增加斜撑后，房屋适用最大高度增加一倍以上。本结构相当于纯混凝土的框架一偏心支撑结构，房屋适用最大高度比混凝土框架结构也可提高50%以上。框架增加斜撑对建筑使用有一些影响，例如门窗的布置，但房屋适用高度提高了，比框架结构的应用范围更广泛了。
框架上增加斜撑，包含混凝土框架上增加混凝土斜撑和钢支撑，钢框架上增加中心支撑、偏心支撑和屈曲约束支撑，都是提高结构抗侧向力能力的有效措施。如果结构不受地震和风荷载等侧向力的作用，斜撑是多余的。增加斜撑就是增加结构的赘余度，增加结构的安全储备。房屋结构的安全关系到人们生命财产的安全，房屋抗震以预防为主，如果房屋立足于大震不倒，框架上增加斜撑是非常必要的。
1.2与钢支撑一混凝土框架结构的对比
虽然两种结构都是在混凝土框架中加斜撑，但本结构增加的是混凝土斜撑，与混凝土框架同属一种材料，构件刚弹性一致，构件的变形、结构的位移也能协调一致，两钢支撑与混凝土框架是两种不同的材料，不同材料的组合结构构件共同工作协调性较差。钢支撑受拉时有一定的延伸性，受压时容易失稳弯曲。本结构斜撑两端与框架梁铰接，形成消能梁段，属偏心支撑，而钢支撑与框架梁柱铰接，没有形成消能梁段，属中心支撑。中心支撑的框架不如偏心支撑的框架抗震性能好，这点已经在对钢结构大量的研究中得到了证实。以上分析表明：纯混凝土框架——偏心支撑结构比混凝土框架——钢中心支撑结构抗震性能强，防火防腐性能也好一些。预制混凝土斜撑的造价与钢支撑差不多，现场施工比钢支撑复杂一些。
1.3与混凝土框架一剪力墙结构的对比
混凝土框架一剪力墙结构是由延性框架和剪力墙两个系统组成的。本结构的结构布置同混凝土框架一剪力墙结构，在剪力墙相同的部位增加斜撑，相当于用支撑框架代替剪力墙。由混凝土框架梁、柱和斜撑构成的支撑框架，比实体混凝土剪力墙侧向刚度小，抗剪能力差，但与延性框架侧向刚度相差不太悬殊，更容易与延性框架协同工作，整体结构延性好，变形能力强。实体剪力墙比延性框架侧向刚度大很多。刚度大，吸收地震能量也大。延性差，与延性框架共同工作协调性也差。整体结构的变形能力不如本结构。本结构毕竟是杆系结构，无论是重力荷载承载力，还是抗震承载力都不如框架一剪力墙结构。但预制混凝土斜撑与现浇剪力墙相比，工程量少很多，造价低得多，施工也方便得多，对于建筑的使用影响也少一些。
2、斜撑框架结构抗震设计方法
2.1控制延性法
延性主要包括三个层次，即结构、构件与截面。其中，结构延性可通过层间位移或顶点位移的方式表达出来；构件与截面延性相关，截面延性又与混凝土强度、含箍特征值等因素有所关联。对于特定结构来说，截面延性与构件延性相比较大，二者关系与塑性铰机制相关。位移延性可对弹塑性能力进行表现，且计算相对简单方便，但如何对屈服位移、极限位移进行定义成为重要问题，因为不同定义下的延性系数将存在一定误差。
2.2能力谱法
该方法是在静力弹塑性的基础上，对能力谱曲线进行探究的方式，利用加速度表示地震状态下地面运动对结构的需求，将地震反应曲线、结构能力等通过加速度—位移坐标系描绘出来，更加直观的评价结构抗震性能。在该方法应用中，采用非弹性反应谱对目标位移量进行计算，以单一自由度体系为例进行检验，使其与实际需求充分符合。该方法中内含两个基本假定，一是分析侧向荷载分布，按照弹性体系的基本振型为标准；二是减少对单自由度体系的动力反应分析，这样可使力的设计更加合理。
3、实例分析
3.1工程概况
某工程为某医院医疗综合办公楼项目，总建筑面积约1.5×105m2。其中，地上建筑面积为9285m2，地下建筑面积为5661m2。地上8层，地下1层。其中，1、2层层高为4.2m，3-8层层高为3.6m。建筑总高度为33.0m。抗震设防烈度为7度（0.159），设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。基本风压为0.45kN/m2，基本雪压为0．35kN/m2。
3.2设计方案
本项目采用3种不同的结构方案，即：纯框架结构、框架剪力墙结构和钢筋混凝土斜支撑框架结构。其中，斜撑型式分别采用常见的X型斜支撑、人字型斜支撑、单向型斜支撑。混凝土强度等级：1、2层墙柱支撑采用C40，梁板采用C35；3、4层墙柱支撑采用C35，梁板采用C30；5-8层墙柱梁板支撑均采用C30。墙柱梁板斜撑纵向受力钢筋均采用HRB400，箍筋采用HRB400。框架梁柱截面：地下1层主楼范围内为柱700mm×700mm，其余为柱600mmX×600mm；一层柱为700mm×700mm，车库顶板梁为350mm×850mm主楼梁为300rmm×750mm；3、4层柱为650mm×650mm，梁为300mm×750mm；5-8层柱为600mm×600mm，梁为300mm×750mm；板：1层主楼范围内为180mm，车库顶板为250mm；2-8层板为1lOmm，屋顶层板为120mm。斜支撑截面为300mm×350mm。剪力墙宽为300mm。
经过计算可知，纯框架结构、框架剪力墙结构和3种不同型式斜支撑结构的最大层间均满足小于1/550的限值要求。多遇地震作用下，纯框架结构、框架剪力墙结构和斜支撑框架结构（X型、人字型、单向型）的自振周期、最大层间位移角和基底层剪力相比：斜向支撑结构自振周期和最大层间位移角均小于框架结构、大于框架剪力墙结构，3种不同类型的斜支撑的最大层间位移角单向斜支撑大于X型斜支撑和人字型，X型斜支撑和人字型框架结构的自振周期相差不大；斜向支撑结构的基底层剪力大于框架结构、小于框架剪力墙结构，3种不同类型的斜支撑的基底层间力单向斜支撑小于X型斜支撑和人字型，X型斜支撑和人字型框架结构的自振周期相差不大。
综上，添加斜支撑可以较显著地提高框架结构的侧向刚度，降低其最大层间位移角。框架剪力墙结构整体刚度偏大，周期较短，同样地震作用下吸收的水平地震力过多，一定程度上造成建筑材料的浪费。斜支撑框架结构的整体抗震性能介于框架结构和框架剪力墙之间，既能很好地满足抗震设防要求，又能兼具框架结构的优点，是一种经济合理的结构体系。从3种不同类型的钢筋混凝土斜支撑的计算结果中可以发现，不同型式的斜支撑的抗震性能也不相同，对于通常选用的斜支撑型式：X型、人字型斜支撑结构体系的侧向刚度相差不大，约相当于框架剪力墙结构的60%-70%；单向斜的结构体系的侧向刚度约相当于剪力墙的30%-40%。处于高烈度地震区和竖向高度较大的建筑，可以优先选择X型、人字型斜支撑；单向斜支撑多适用于建筑超过纯框架结构限值高度不大的范围内。
参考文献：
[1]王国新，卢鹏洁.外部支撑对框架结构抗倒塌能力影响研究[J].哈尔滨工程大学学报，2018.
[2]王飞，彭杰.探索钢筋混凝土斜支撑-框架结构抗震设计[J].建筑与装饰，2020.
[3]魏毅，郑恒祥.钢筋混凝土斜支撑-框架结构抗震设计分析[J].工程建设与设计，2020.