新型免承重力抗震人字撑钢框架体系的性能和设计方法

人字撑钢框架是钢结构建筑中广泛使用的一种抗侧力体系。在强烈地震下，传统人字撑钢框架的受压斜支撑易发生屈曲，导致支撑框架的延性不够理想、耗能能力差，而且重力荷载在斜支撑中产生的轴压力会削弱支撑框架的抗侧能力，这些问题给传统人字撑钢框架的应用带来了许多不利。项目组最近提出了一种新型免承重力抗震人字撑钢框架体系。该体系通过消除重力荷载在斜支撑中产生的轴压力、防止斜支撑的屈曲、利用钢板的塑性剪切变形耗能等手段，可以有效提高人字撑钢框架的抗震性能。本项目拟采用试验研究与数值模拟相结合的手段，对新型人字撑钢框架的抗侧刚度、延性、破坏机理、滞回性能等方面进行深入研究，提出这种支撑框架的数值模拟方法以及实用计算和设计方法，同时为它的实际应用提供必要的试验和理论研究基础。项目的研究有望解决传统人字撑钢框架长期以来存在的主要问题，有效改善其抗震性能，有助于人字撑钢框架体系的进一步推广使用。

人字形支撑（简称人字撑）结构具有抗侧刚度大，允许斜支撑杆之间开洞等优点，是多高层钢结构建筑中广泛使用的一种支撑形式。对于这种支撑结构的抗震性能和抗震设计，目前还存在许多问题，特别是如何考虑受压支撑屈曲对整个结构抗侧性能带来的一系列影响。本项目首先对人字撑结构的抗侧性能进行了深入研究，主要涉及竖向荷载在斜支撑杆中产生的轴压力、支撑杆的长细比以及支撑架横梁的强弱等重要因素对支撑结构抗侧性能及滞回特性的影响。在此基础上，提出了这种支撑结构抗侧性能主要控制指标的计算方法，主要包括不同参数下支撑结构抗侧承载能力的计算方法、作用于横梁竖向不平衡力的精确计算方法以及支撑结构超强性能参数的确定等。项目还提出了一种新型免承重力人字撑结构，这种结构通过消除重力荷载在斜支撑中产生的轴压力、防止斜支撑的屈曲、利用钢板的塑性剪切变形耗能等手段，可以有效提高人字撑结构的抗震性能。考虑到实际工程中，大量的人字撑结构与钢框架组成双重抗侧力体系共同抵抗侧向荷载的作用，本项目也对这种抗侧力体系进行了大量的研究，主要包括在侧向荷载作用的不同阶段两组成部分的受力特性及两者对结构体系抗侧性能的影响，两组成部分抗侧能力的相对比例对结构体系整体抗侧性能的影响等多个方面，并提出了设计方法和建议。. 项目的研究揭示了人字撑结构以及人字撑-钢框架双重抗侧力体系的抗侧性能，提出了新型抗震人字撑结构，可以为相关的研究以及国家标准和规范提供依据，同时有利于钢结构在地震区的推广应用。