装配式钢框架-支撑结构设计要点

与装配式钢框架结构相比，装配式钢框架-支撑（延性墙板）结构的设计在于支撑与框架结构的连接、延性墙板与框架结构的连接。

1）支撑与框架结构的连接

钢框架-支撑结构的支撑一般宜采用双轴对称截面，从受力角度支撑与梁柱节点宜设计为铰接连接，但由于铰接连接的精度控制不易实现，工程中支撑与梁柱节点刚接连接较为常见，见图5-34所示。支撑与框架结构常用的连接方式为焊接或螺栓连接，螺栓连接的现场焊接工作量少，但连接板和螺栓用量偏多，且对构件的加工精度要求高，因此支撑与框架结构的连接采用焊接连接居多。

图5-34　支撑与框架的连接

2）延性墙板与框架结构的连接

一般情况下，除了双钢板组合剪力墙，钢板剪力墙以及内藏钢板支撑的剪力墙设计时通常只考虑其承担水平荷载，不承担竖向荷载，因此其与周边框架的连接宜在主体结构封顶后进行；钢板剪力墙与边缘构件（框架梁、框架柱）可采用鱼尾板过渡连接方式，见图5-35所示。鱼尾板与边缘构件宜采用焊接连接，鱼尾板厚度应大于钢板厚度，钢板剪力墙与鱼尾板可采用螺栓连接或焊接。对于加劲钢板剪力墙，为避免加劲肋直接承受边缘构件的不利作用，加劲肋与边缘构件不宜直接连接。当非加劲钢板剪力墙与边缘构件采用两边连接时，两侧自由边在受力过程中容易过早出现平面屈曲变形，设计时宜在钢板两自由边设置加劲肋，加劲肋厚度不宜小于剪力墙钢板厚度。

图5-35　延性墙板与边缘构件用鱼尾板过渡的连接示意

3）其他设计要点

（1）钢框架-支撑结构在设计时，框架柱采用钢管混凝土柱可节省用钢量以及提高柱防火性能，组合框架-支撑结构多遇地震计算时，高度不大于50 m时阻尼比可取0.04，高度大于50 m且小于200 m时阻尼比可取0.035；罕遇地震下阻尼比可取0.05，风荷载作用下的承载力和位移分析，阻尼比可取0.025，舒适度分析计算时，阻尼比可取0.015。当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时，多遇地震的阻尼比可相应增加0.005。当采用屈曲耗能支撑时，阻尼比应为结构阻尼比和耗能部件附加有效阻尼比的总和。

（2）钢框架-支撑（延性墙板）结构体系中，在风荷载和多遇地震作用下，钢支撑、非加劲钢板剪力墙、加劲钢板剪力墙、防屈曲钢板剪力墙的弹性层间位移角不宜大于1/250，采用钢管混凝土柱时不宜大于1/300；双钢板组合剪力墙弹性层间位移角不宜大于1/400。在罕遇地震作用下，钢支撑、非加劲钢板剪力墙、加劲钢板剪力墙、防屈曲钢板剪力墙的弹塑性层间位移角不宜大于1/50；双钢板组合剪力墙弹塑性层间位移角不宜大于1/80。

（3）高度超过60 m的钢结构属于对风荷载比较敏感的高层民用建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用；当多栋或群集的高层民用建筑相互间距较近时，还宜考虑风力相互干扰的群体效应，再乘以相应的群风放大系数。

（4）钢结构的抗震等级主要依据抗震设防分类、设防烈度和房屋高度确定，与结构类型无关，所以钢框架-支撑（延性墙板）结构体系中构件的抗震等级一般与结构相同，无须考虑框架和支撑所分担的地震倾覆力矩比例。但为了实现多道防线的概念设计，框架-支撑结构中框架部分按刚度分配计算得到的地震层剪力应乘以调整系数，达到不小于结构总地震剪力的25%和框架部分计算最大层剪力的1.8倍二者的较小值。

（5）框架-支撑结构体系中，可按《钢结构规范》（GB 50017—2003）5.3.3条，根据侧移刚度的大小来判断该框架-支撑结构是否为强支撑框架。若结构该方向为强支撑，那么在该方向框架-支撑结构可按无侧移框架考虑。(www.xing528.com)

（6）考虑P-Δ重力二阶效应，为保证框架-支撑体系中框架部分的稳定性，钢框架结构的刚度应满足下式要求：

式中：EJd——结构一个主轴方向的弹性等效侧向刚度；

　　　H——房屋高度；

　　　Gi——第i楼层重力荷载设计值（KN），取1.2倍永久荷载标准值与1.4倍的楼面可变荷载标准值的组合值。

对组合框架，考虑钢管内混凝土开裂而导致的刚度折减，建议设计时组合框架的刚度满足EJd≥1.0H2Gi的要求。

图5-36　人字形支撑布置

（7）采用人字形和V形支撑的框架，框架梁设计时应考虑跨中节点处两根支撑分别受拉屈服和受压屈曲所引起的不平衡竖向力和水平分力的作用，支撑的受压屈曲承载力和受拉屈服承载力应分别按0.3φAfy和Afy计算。对普通支撑，为减少竖向不平衡力引起的梁截面过大，可采用跨层的X形支撑或采用拉链柱，如图5-36所示。但对屈曲约束支撑，由于约束支撑的构造特点，X形支撑难以实现。

（8）防屈曲钢板剪力墙设计时，混凝土盖板与外围框架预留间隙的大小应根据大震作用下结构的弹塑性位移角限值确定，即：

式中：[θp]——弹塑性层间位移角限值，可取1/50。

单侧混凝土盖板的厚度不宜小于100 mm，且应双层双向配筋，每个方向的单侧配筋率均不应小于0.2%，且钢筋最大间距不宜大于200 mm。

（9）双钢板组合剪力墙的墙体两端和洞口两侧应设置边缘构件，边缘构件包括暗柱、端柱或翼墙，边缘构件宜采用矩形钢管混凝土构件。同时设计时为满足位移角达到1/80时，墙体钢板不发生局部屈曲的目标，双钢板内连接件采用栓钉或对拉螺栓连接件时，距厚比（栓钉或对拉螺栓的间距与外包钢板厚度的比值）限值取为40；采用T形加劲肋时，距厚比限值取为60

（10）框架-支撑（延性墙板）结构体系中结构柱脚的设计应结合地下室的布置以及嵌固端的位置确定。无地下室时，对抗震设防烈度为6、7度地区的房屋，一般结合钢柱的保护优先选择外包式刚接柱脚，以简化设计与施工；当有地下室且上部结构的嵌固端在地下室顶面时，上部结构的钢柱在地下室应至少过渡一层为型钢混凝土柱，地下室地面处的柱脚可不按刚接柱脚进行设计，应根据工程的具体情况采用外包柱脚或钢筋混凝土柱脚。