易珏飞

[摘 要]钢结构的抗侧性能和稳定性是钢结构设计重点关注的问题。设置支撑对于提高钢结构框架的抗侧移能力和钢构件的稳定性有一定的作用。对国内外相关研究总结，分析了不同的支撑形式和布置对钢结构框架抗侧移性能和钢构件稳定性的影响，得出了一些结论，对于钢结构设计有一定参考价值。

[关键词]支撑形式和布置 抗侧移性能 稳定性

中图分类号：G281.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0130-01

0 引言

钢结构是指由钢材为主要材料构造而成的结构。钢材强度高、构件截面小，具有良好的力学性能。因为受力特点的原因，钢材用于纯钢框架结构不能很好的发挥钢材的优点，故带有支撑体系的钢框架结构得到越来越广泛的应用。

建筑纯钢框架结构一般是由钢梁和钢柱组合而成。钢结构的构件通常细长较大，造成钢结构的侧向刚度和稳定性较差，此问题普遍存在于钢结构的设计中。支撑在框架-支撑体系中主要承受水平力，可以显著增强框架的侧向刚度和整体稳定性。[1]

1 支撑形式和布置对钢结构抗侧移性能的影响

1.1 中心支撑框架结构

中心支撑的几何形式通常采用X形支撑、V型支撑、人字形支撑或者单斜杆支撑等[2]。中心支撑构造较为简单，支撑与梁柱轴线汇交与一点，相对于纯框架结构，能增加结构的侧向刚度，减小结构的水平位移，改善结构的内力分布。

中心支撑框架结构中支撑的抗震承载力是其抗侧移性能的重要部分。《建筑抗震设计规范》在中心支撑系统中考虑了受压支撑杆在遭受强烈地震下可能发生屈曲而降低承载力的情况，故以折减材料强度的方式进行抗震承载力验算[3]。

张浩[4]在其对钢框架支撑结构的研究中发现：对于中心支撑框架结构，当支撑位置由边跨转移到中间跨后，在1-4层结构的层间位移和层间位移角有所减小，其余各层却相反，但是变化的幅度并不大。

黄怡[5]等人在支撑布置方式对钢结构框架抗侧移性能的影响的研究中，选取了图1的四个支撑布置方案中。研究发现，不同的支撑布置方式对多高层框架的抗侧移性能有相同的影响规律；不同的支撑布置方式用钢量相同，但是对结构抗震性能影响有差异，其中方案A中的刚度、底部剪力、支撑轴力、框架轴力都最大，耗能能力一般，应避免此方案；而D方案的刚度、底部剪力、支撑轴力、框架轴力都最小，具有较好的耗能能力，故推荐D方案。

1.2 偏心支撑框架结构

偏心支撑是指支撑和梁的节点偏离梁柱节点的钢结构框架，这种形式的共同特征是支撑斜腹杆的轴线和梁柱轴线不交汇于一点，而是偏心连接。相比中心支撑结构体系，偏心支撑结构体系不仅拥有足够的刚度，在大震作用下，还能通过耗能梁段的塑形变形耗能，具有较好的延性，因而抗震规范规定在偏心支撑结构体系在高是首选的结构形式之一。

偏心支撑框架结构在20世纪70年代开始用于抗震设计。Popov和Rode选择了某20层偏心支撑框架结构体系进行研究。通过与中心支撑框架结构的比较，表明偏心支撑结构在地震作用下的刚度与中心支撑相差不大，而抗侧移能力优于中心支撑结构。在高轩能、彭观寿[6]的研究中，对于偏心支撑，采用相同的布置方式，当耗能梁段不同时，框架的抗侧移性能也不同。在同等的抗侧移刚度要求下，偏心支撑可以节省用钢量。采用相同的布置方式时，单斜杆的偏心支撑抗侧移刚度小于人字形支撑。

2 支撑布置对钢结构构件稳定性的影响

稳定性是决定钢结构极限承载力的重要因素。《钢结构设计规范》中要求钢结构设计中必须保证结构及其构件的稳定，防止出现结构失稳事故。设置支撑是提高构件的稳定性是最常见的方式之一。

2.1 钢结构构件失稳类型

钢结构构件的失稳类型分为三种：分支点失稳、极值点失稳和跃越失稳。

分支点失稳是指理想的轴心受压杆和理想的中面内受压的平板的失稳。极值点失稳通常用于描述偏心受压构件，因为其荷载-挠度曲线不同于理想轴心受压构件在某一点处分岔，而是存在一个单独的极值点。跃越失稳则是指结构以大幅度的变形从一个平衡位形跳到另一个平衡位形的失稳形式。

2.2 支撑位置对钢梁稳定承载力的影响研究

钢结构梁的侧向稳定问题是钢结构在实际工程中的重要问题，设置支撑是保证钢梁侧向稳定性的主要措施。

周红钦[7]对双轴对称工型钢梁进行研究。研究表明在理想弹性及缺陷弹塑性两种不同条件下，支撑位置对构件侧向稳定性的影响都较大，且随着支撑点沿着截面高度对受压翼缘的方向的偏离，支撑对构件稳定性的有利作用不断降低。支撑位置对构件侧向稳定性的影响，在区域上大致相当。

邹华足[8]研究的是支撑横向布置位置对钢梁稳定性能的影响。钢梁模型如图2，其中l、ls和lc分别为钢梁的总跨度、边梁段的跨度及中间梁段的跨度，侧向支撑对称布置在钢梁的受压翼缘，分析过程始终保证钢梁上翼缘受压，通过改变荷载大小及边梁、跨中梁段跨度以研究支撑布置位置对钢梁稳定性能的影响。研究表明，钢梁的整体稳定性随荷载形式不同而略有变化，跨中梁端的稳定性能对钢梁的整体稳定性起决定作用。不管荷载形式如何，都是当跨中梁端与边跨梁端跨度相等时的跨中梁端的整体稳定承载力最大，此时钢梁的整体稳定承载力也达到最大值，当跨中梁段跨度逐渐增大时，钢梁的整体稳定临界荷载值逐渐下降。因此，在对钢梁对称设置侧向支撑时，侧向支撑应尽可能地等距布置。

3 结语

支撑的设置对于提高钢结构框架的抗侧移能力和钢构件的稳定性作用很大。

设置支撑能有效减小钢结构框架的侧移，提高框架的抗侧移能力。无论是中心支撑还是偏心支撑，在多高层钢框架结构中，支撑布置在中间跨的抗侧移性能要优于将支撑布置在边跨；不同的支撑形式和不同的布置位置对钢结构框架的抗侧移性能的影响不同。偏心支撑钢结构框架具有更好的抗震性能；在大地震烈度設防地区，宜优先考虑偏心支撑体系。设置侧向支撑可以提高钢结构构件的稳定性。支撑位置对构件侧向稳定性的影响较大；侧向支撑等间距设置，钢梁的整体稳定性最好。

参考文献

[1] 李国强.多高层建筑钢结构设计[M].北京.中国建筑工业出版社，2004.

[2] 哈敏强.几种钢框架-支撑结构体系的特点和性能[J] .住宅科技，2004.3.

[3] 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].北京.中国建筑工业出版社，2010.

[4] 张浩.支撑形式和布置对钢结构恻移和内力的影响研究[D].西安理工大学.

[5] 黄怡，王元清，石永久.支撑布置方式对多高层钢结构抗震性能的影响分析[J].钢结构.2005，20（81）：41-44.

[6] 高轩能，彭观寿，张惠华.支撑形式与钢框架结构的侧移刚度[J].工程力学.2010 27（1）：280-285.

[7] 周红钦.支撑位置对轻型工形钢梁稳定性的影响[D] 郑州大学.

[8] 邹华足.侧向支承条件对钢梁整体稳定承载力影响的研究[D].湖南大学.