摘要：隅撐支撐框架體系（KBF）是一種新型耗能支撐框架結構體系，它具有延性好、抗側移剛度大、震后易修復的特點。本文運用有限元軟件ETABS對一隅撐支撐鋼框架進行了靜力非線性Pushover分析，得出了其在不同地震水準下抗震性能點，并對該結構體系的抗震性能進行了評定。
　　關鍵詞：Pushover分析，隅撐支撐，鋼框架，抗震性能
　　1引言
　　隅撐支撐鋼框架結構(KBF)是一種具有良好抗震性能和較大抗側移剛度的新型耗能抗側力結構，隅撐一端連在梁上，另一端連在柱上，用作耗能構件；在彈性狀態下隅撐和支撐組成的分體系為結構提供主要的抗側移剛度，使結構具有大于純框架的抗側剛度，在彈塑性狀態下，隅撐首先進入屈服狀態，通過發生變形使結構具有很好延性的同時消耗地震能量，保證了結構的主要構件免受破壞。如圖1所示為典型隅撐支撐鋼框架體系，其中1構件代表隅撐，2構件代表支撐，3構件代表框架梁，4構件代表框架柱。
　　
　　圖1典型隅撐支撐框架體系
　　Fig.1Representativekneebracedsteelframes
　　靜力非線性Pushover分析方法可以實現基于位移的抗震設計。基于位移的抗震設計是現階段比較可行的一種實現基于性能的抗震設計理念的方法，它是以結構在不同設防水準下的允許位移為目標進行結構和構件設計。
　　2隅撐支撐鋼框架結構的計算模型
　　為簡化計算分析，將隅撐支撐鋼框架分解為兩部分，一部分為主框架結構體系（梁和柱組成的框架，作為承重體系），另一部分為隅撐支撐體系（隅撐和支撐組成，作為耗能及抗側力體系），這兩部分協同工作。隅撐支撐框架的恢復力模型可用圖2的曲線表示[1-2]。
　　
　　圖2隅撐支撐鋼框架恢復力曲線
　　Fig.2Kneebracedsteelframesresiliencecurve
　　由圖2可以看出KBF的恢復力曲線有兩個關鍵點：隅撐屈服點和梁柱初始屈服點。根據Massood[3]及李慶松[4]的研究，可采用圖3所示的簡化模型分三步求解KBF的恢復力曲線。
　　(1)結構初始抗側移剛度
　　（1）
　　式中是主框架結構體系的抗側移剛度；是隅撐支撐體系的抗側移剛度。
　　(2)隅撐屈服點（第一屈服點）
　　（2）
　　（3）
　　式中，和分別表示結構初始抗側移剛度，隅撐支撐體系所受到的側向荷載和隅撐支撐體系的抗側移剛度。
　　(3)梁端屈服點（第二屈服點）
　　（4）
　　（5）
　　式中和分別表示第一屈服點的屈服荷載和對應的位移；和和分別表示主框架結構體系所受到的側向荷載及其抗側移剛度。
　　3工程概況和ETABS模型的建立
　　3.1工程概況
　　該隅撐支撐鋼框架結構所有構件均采用H型鋼，其柱子采用H500×300×11×18；梁采用H250×150×6×8；支撐采用H190×90×5×8；隅撐采用H190×90×5×8；柱距為6m，層高為3m，共6層；
　　3.2ETABS模型的建立
　　在用ETABS[5]有限元軟件建立模型時使隅撐構件與框架梁、柱的連接設置為剛接，使斜支撐與柱腳、隅撐的連接設置為鉸接，并且使得隅撐與框架的兩對角連線平行偏心距取0.3，斜支撐連接于隅撐的中點以達到延長線通過框架梁與柱的交點的合理的設計要求；塑性鉸分別設置于各構件上，并且距構件桿端的相對距離分別為0.05和0.95。隅撐支撐布置在1、3、5軸線框架上；沿X方向施加水平推力。
　　3.3分析結果
　　(1)塑性鉸的發展歷程
　　在X軸方向施加逐步增大的水平推力至結構達到目標位移值為止，Pushover分析過程共進行了17步推覆分析，其中主要的荷載步有：
　　荷載步1，從塑性鉸分布圖可以看到，首先在中間跨布置的隅撐構件上出現粉紅色的塑性鉸，這表明這些隅撐構件剛剛進入屈服階段，從而驗證了隅撐支撐鋼框架體系的第一屈服點發生在隅撐構件上的理論結果。
　　荷載步3，從塑性鉸分布圖可以看到最明顯的特征是在包含隅撐的各榀框架中二、三層的橫梁上出現了粉紅色的塑性鉸，此時結構承載力開始下降，這表明該部分框架梁剛剛進入到屈服階段，同時表明該結構符合強柱弱梁的設計要求。
　　分析進行荷載步1和3時上述隅撐支撐鋼框架結構中塑性鉸的分布情況，從本例的分析結果可以看出用有限元軟件分析的結果和理論分析的結果相一致。
　　(2)基底剪力-頂點位移曲線
　　通過分析結構X向基底剪力－頂點位移曲線圖，即結構的能力曲線。曲線的最高點所示基底剪力約為11900kN、頂點位移約為196mm，此時的基底剪力為結構所能承受的最大值。該曲線可以近似為三段折線，第一階段處于彈性階段；第二階段由于有些塑性鉸已經形成并且剛進入屈服階段，荷載－變形曲線放緩，此階段是隅撐構件屈服階段（第一屈服階段）；第三階段塑性鉸向極限承載力方向發展，曲線斜率進一步放緩，即相對于基底剪力而言，頂點位移的變化率越來越大，此階段是鋼框架屈服階段（第二屈服階段），從圖中可以看出分析結果和理論分析的恢復力曲線相一致，從而有力的論證了理論結果的正確性。
　　(3)結構能力譜與需求譜
　　把曲線上的每一點轉換后得到的能力普和需求譜族(需求曲線對應的阻尼分別為0.05、0.10、0.15、0.20)放在同一個坐標內，兩曲線的交點就是該水準地震下該結構的性能點。由此可以畫出結構在小震、中震、大震下的需求譜族與能力譜曲線。
　　(4)結構層間變形驗算
　　圖3為結構性能點處的樓層位移曲線和層間位移角曲線，小震下結構變形處于彈性階段，由圖可知在結構性能點處，最大層間位移角為1/625，小于《建筑抗震設計規范》GB50011－2001規定的鋼框架結構彈性層間位移角限值[θe]=1/300；大震下結構變形處于彈塑性階段，在結構性能點處，最大層間位移角為1/172，小于規范規定的鋼框架結構彈塑性層間位移角限值[θe]=1/50，所以該結構在X方向滿足抗震設防要求。
　　
　　圖3結構性能點處的位移曲線和層間位移角曲線
　　Fig3Storydisplacementanddriftscurveforperformancepoint
　　4結論
　　通過有限元軟件建立模型分析的結果表明：
　　（1）隅撐支撐鋼框架結構的破壞過程與理論分析得到的恢復力曲線相一致；
　　（2）隅撐支撐鋼框架結構符合強柱弱梁的設計要求；
　　（3）隅撐支撐鋼框架結構的層間位移角符合《建筑抗震設計規范》的要求。
　　隅撐支撐鋼框架結構是一種很好的抗震結構形式，可以廣泛地應用于要求抗震設防地區的建筑中。
　　參考文獻
　　[1]M.Nakashima,K.S.aburi,B.Tsuji.滯回阻尼結構能量的輸入和逸散特性[J].地震工程與工程振動,1997,13(2):91-99.
　　[2]周云,鄧雪松,黃文虎.裝有鉛橡膠復合阻尼器結構的減震研究[J].地震工程與工程振動,1998,18(4):103-11.
　　[3]MASSOODModid,PEYMANKhosravi.Non-linearanalysisofdisposablekneebracing[J].Computers&Structures,2000,75:65-72.
　　[4]李慶松,黃真,陳龍珠.鋼結構斜隅支撐體系彈塑性計算方法研究[J].計算力學學報,2005,22（3）:360-365.
　　[5]北京金土木軟件技術有限公司,中國建筑標準設計研究院.ETABS使用指南[M].北京：中國建筑工業出版社.