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摘要：本文主要针对以往单纯性高层建筑结构体系进行研究，提出了高层钢框架支撑和钢框架剪力墙结构体系，结果可用于工程设计人员结构选型时参考。
关键字：钢框架；支撑；剪力墙
1引言
我国建筑设计防火规范（GB50016-2014（2018修订版））中规定高超过27m的住宅建筑和建筑高度超出24m的非单层厂房等其他民用建筑称之为高层建筑，它是近代经济发展和科学技术进步的产物，至今已有百年的历史[1]。由于其层数和高度的增加，它的结构设计方面就要求更加稳定的材料和技术。既要考虑建筑物遇到地震力或强风等所产生的水平侧向力，又要严格控制整体建筑刚度、质量及变形节点构造，保证整体结构的稳定性。近年来，钢结构通过其自身良好的力学性能、已经成熟的施工艺及其较好的经济适用性，在建筑高层领域的应用越来越普遍。而从高层建筑结构体系来讲，建筑布置灵活分割方便，构件少易于定制的框架结构；地震损害小，能够承受了全部的垂直荷载和水平力，强度和刚度都比较高，有一定的延性，抗倒塌能力强；采用筒体为抗侧力构件的结构体体系的筒体结构体系等等。这些已经过深入研究并应用于工程领域的结构体系，除了有自身的优势外，也同时具有一定的弊端。例如单纯的框架结构节点处应力集中明显，侧向刚度小，易发生严重的侧向破坏，而单纯的剪力墙结构结构自重大，不灵活，不适合公共建筑。因此，本文主要针对以往单纯性高层建筑结构体系进行研究，提出了高层钢框架支撑和钢框架剪力墙结构体系，从结构体系自身特点出发，分析其优势特点，其结果可用于工程设计人员结构选型时参考，也可为类似工程的建设提供一定的参考作用[2][3]。
2高层钢框架支撑体系
在高层钢结构建筑中，单纯的框架结构刚度较差，采用单一的抗侧力体系，框架一旦受到破坏，后果极其严重[4]。在高层钢框架的合适位置设置起到主要抗侧力的支撑构件，能够获得比单纯框架结构好的抗侧力刚度，明显减小建筑体的层间测移。高层钢框架支撑体系是一种合理的抗侧力体系，在框架、柱和支撑斜杆组成的支撑桁架和原有的钢框架共同承载荷载。由于这种结构体系的支撑件只承受拉压轴向力，借助楼板的变形协同作用，就形成了双重抗侧力结构体系。由此大大提升了建筑物的结构稳定性。
根据高层建筑物的层高、支撑件设置形式和抗侧力的不同需求，钢框架支撑结构体系可以分为中心支撑类型和偏心支撑类型。
2.1钢框架中心支撑体系
钢框架中心支撑体系中支撑件的轴线和梁柱节点的轴线相交于一点，支撑体系刚度增大。一般根据支撑布置位置和构件截面形式，钢框架中心支撑体系还可以分有X、V、人字等常见类型。这三种类型的支撑体系其自振特性和地震反应也各有不同。
通过SAP2000有限元软件对三种类型的中心支撑体系进行三维分析建模，如图1所示。三种类型的支撑形式振型特征基本一致，前二阶振型分别是X和Y方向的平动，第三阶是扭转振型。结构的扭转第一阶周期与平动周期之比最大值为0.32，扭转效应不是很明显。
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a-X类型中心支撑体系 b-V类型中心支撑体系 c-人字类型中心支撑体系
图1钢框架中心支撑体系
钢框架中心支撑体系构造比较简单，具有较大的侧向刚度，可以起到改善结构内力分布和降低结构水平位移的作用。比较适用于风荷载控制侧移的高层建筑物。
2.2钢框架偏心支撑体系
钢框架偏心支撑体系是有由二十世纪末期美国加州大学利用模型试验验证出偏心支撑构件对钢框架的抗震稳定性能作用。近几年我国也将这种支撑体系应用于实际工程当中。钢框架偏心支撑体系根据支撑斜杆形式的不同，也有D、K、V和Y等几种常用的类型。该体系合理的选择耗能连梁的规格，并进行细部设计，设计时应当使这些构件强度超过耗能连梁，由此充分发挥耗能连梁的极限强度和延性，保证了偏心支撑体系的整体性和延性。
3高层钢框架剪力墙结构体系
高层钢框架剪力墙结构体系本身就是一种将框架结构和剪力墙结构融合的结构体系，利用各自特点，互不优略，改善单纯框架结构和单纯剪力墙结构出现的侧向变形性能和空间布置的问题。高层钢框架剪力墙结构体系共同承担了竖向荷载和侧向力，通过合理的结构布置，尽可能的发挥其各自的优点，最终达到优势互补的作用。
钢框架剪力墙结构利用原有剪力墙结构主体受力结构承受水平荷载和竖向荷载的能力，抗震设计时使结构主轴方向分布于剪力墙中，形成双向抗侧力体系，这样的方式平衡了两个主轴方向的刚度和变形，不容易造成整体结构的扭转破坏。因此在设计钢框架剪力墙结构中，剪力墙的布置就尤为重要[5]。首先，该体系中的剪力墙特别是震区一般采用对称布置，可以减小结构扭转。其次一般要上下贯通使得结构刚度连续保证变化均匀。剪力墙设置于结构外围，加强结构整体的抗扭转作用。第三，剪力墙的间距不应过大，避免楼盖设置过大的洞口。在规范中根据不同的抗震烈度横向剪力墙的最大间距也有相应的要求。纵向剪力墙不宜设置在建筑房屋的两个尽端。如表1所示。
表1钢框架横向剪力墙间距
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4结论
本文从结构体系自身特点出发，提出了高层钢框架支撑和钢框架剪力墙结构体系，分析其结构类型和优势特点，可用于工程设计人员结构选型时参考，也可为类似工程的建设提供一定的借鉴作用。
参考文献
[1]张文强,孔令召,刘艳兵.高层建筑结构加固方法研究[J].科技风,2020 (12):127.
[2]骆贵波,顾振德,黄超,刘重阳.某框架-支撑体系钢结构办公楼结构设计与优化[J].建筑结构,2017,47(S1):752-755.
[3]钟安兵.框架剪力墙结构建筑施工技术分析[J].建材与装饰,2020(09): 29-30.
[4]肖斌.高层框架支撑结构设计分析[J].工程技术研究,2018(15):175- 176.
[5]JGJ3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].