本文是一篇建筑工程管理论文，本文以 K 形偏心支撑钢框架结构为研究对象，基于削弱耗能梁段截面尺寸的思路设计了 1 种弯剪屈服型、1 种弯曲屈服型耗能梁的偏心支撑钢框架结构，具体工作内容及主要结论如下：1）按照《建筑抗震设计规范》与《高层民用建筑钢结构技术规程》等相关规范，采用 ETABS 软件，设计了 10 层新型弯剪型、弯曲型耗能梁类型的 K 形偏心支撑钢框架结构，对其进行结构动力特性、用钢量、层间位移的对比，相较于传统的弯曲型偏心支撑钢框架结构，本文提出的新型弯剪屈服型、新型弯曲屈服型偏心支撑钢框架结构用钢量较小；弯剪屈服型心支撑钢框架结构弹性刚度大，自振频率大。
第 1 章 绪论
1.1 选题的意义和背景
我国是一个地震频发的国家，所以提高建筑物的抗震性能一直是工程人员关注的重要话题，这不仅有利于促进社会经济的发展，更有利于保障国家安全和社会稳定。
就目前常用的几种结构形式来说，砌体结构自重较大且抗震性能差，实际工程中应用较少[1~3]；钢筋混凝土结构虽然在各方面的性能较为优越，但是因其自重大，施工周期长且多为湿作业，以及易开裂等原因，并不适用于超高层和大跨度结构[4~5]。钢结构体系较上述两种结构形式有以下优点：○1 钢材强度比其他材料（砌块、钢筋混凝土）高，在相同的设计条件下，钢材的构件截面要小于砌块或钢筋混凝土构件的截面尺寸，增大了建筑物的实际使用面积；○2 钢结构自重较轻，可以大大降低地基处理造价，特别是在地质条件较差的地区，经济效益显著提高；○3 钢结构体系具有良好的延性，在地震时能提供较大的弹性刚度与延性来保证结构的安全可靠[6~8]。基于钢结构体系上述优越的性能，因而在设计高层、超高层以及大跨度空间结构时，钢结构非常受结构设计人员的青睐。
在传统的钢结构抗侧力体系中，抗弯钢框架可提供较大的柱间空间，且具有非常好的非弹性性能。但是其柔性较大，当遭遇罕遇地震时，在其侧向位移会非常大，甚至会导致建筑物倒塌[9~12]。中心支撑钢框架是非常常见的结构形式之一，是指斜杆与横梁及柱汇交于一点,或两根斜杆与横梁汇交于一点,或与柱汇交于一点[13]。因其具有较大的侧向刚度，构造相对简单[14]，在实际工程中应用广泛。但是，在罕遇地震条件下支撑会发生屈曲失稳，直接影响中心支撑钢框架的抗震性能[15~17]。偏心支撑钢框架是由中心支撑钢框架改良而来，是指结构体系中的支撑斜杆，至少一端与梁连接（不在梁柱节点处），另一端可连接在梁与柱的相交处，或在偏离另一支撑的连接点处与梁连接，这样就在支撑与柱之间，或者支撑与支撑之间形成了耗能梁[13]。常见的偏心支撑结构形式有 K 型、D 型、Y 型、V 型四种，如图 1-1 所示。偏心支撑钢框架结构兼有中心支撑钢框架结构和抗弯钢框架结构的优点，小震作用下能提供足够的弹性刚度来满足层间侧移限值要求，大震作用下能提供足够的延性和耗能能力来保证结构不倒塌[18~21]。
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1.2 偏心支撑钢框架结构国内外研究现状
偏心支撑钢框架结构最早在美、日等国家提出，由于其抗侧刚度大，有较好的耗能能力，起初用于抗风，后用于抗震，与中心支撑钢框架和抗弯框架的不同之处在于多出“耗能梁”构件。在多遇地震作用下，偏心支撑钢框架能够提供非常大的抗侧刚度与承载力；在罕遇地震作用下，仅耗能梁进入屈服并耗散大量能量[22~24]，保护了框架梁、框架柱等非耗能构件，避免支撑过早屈服，从而延长了结构的持续抗震时间。
1.2.1 传统偏心支撑钢框架结构研究
连鸣等[25]进行了一个 1/2 缩尺的 3 层 Y 形偏心支撑钢框架结构模型的振动台试验。结果表明: 偏心支撑钢框架结构在多遇地震作用下,结构刚度无明显退化,在 8度和 9 度罕遇地震作用下耗能梁段出现局部破坏, 结构刚度大幅度下降，但未倒塌;该结构在地震作用下主要以耗能梁段的变形来耗散能量并保护其他构件不被破坏。
Popov 和 Roede[26]对 3 层 2 跨的单榀偏心支撑钢框架模型进行了动力试验，研究了偏心支撑钢框架结构耗能梁的塑性特征。试验结果表明：偏心支撑钢框架结构可以通过耗能梁段的塑性变形来进行耗能，保护支撑不至于过早发生屈曲，从而延长结构的抗震持续时间；偏心支撑钢框架结构具有很大的弹性侧向刚度，满足规范的侧移限值要求；偏心支撑钢框架所需要的钢材比中心支撑钢框架和普通钢框架节约30%和 20%；剪切型耗能梁比弯曲型耗能梁耗能能力更好，不会因为个别耗能梁段失效、破坏导致结构强度和刚度大幅度下降。
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第 2 章 拟静力试验模型设计
2.1 原型设计
2.1.1 原型结构的选取及截面设计
a）原型结构的选取
考虑到设计和使用要求，选取 10 层偏心支撑钢框架作为原型结构。假定结构层高为 3.9m；纵向和横向跨度均为 7.8 m，横向 5 跨，平、立面布置图如图 2-1、图 2-2所示。设计时按照抗震设计烈度为 8 度（0.2 g）进行设计，设计地震分组为第二组，III 类场地，基本风压取 0.35kN/m2，基本雪压取 0.30kN/m2，楼（屋）面恒载取8.25kN/m2，楼（屋）面活载取 3.0 kN/m2。
本文主要研究弯剪屈服型偏心支撑钢框架、弯曲屈服型偏心支撑钢框架（包括M1 型偏心支撑钢框架和 M2 型偏心支撑钢框架）。经过初步估算，弯剪屈服型耗能梁长度取 2.1m（ e L 0.27），弯曲屈服型耗能梁长度取 3.5m（ e L 0.45）。其中，e 为耗能梁长度，L 为框架梁与耗能梁总长度。
图 2-1 平面布置图 图 2-2 立面布置图
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2.2 试验模型的加工制作
与原型材质相同，所有试验模型均采用 Q235 级钢板焊接。焊缝采用连续角焊缝，焊脚尺寸 5mm，梁与柱、支撑与梁、支撑与柱之间的连接均采用全熔透焊接连接，焊缝等级为二级。
2.2.1 试验模型加工
为了减少耗能梁处的焊缝尺寸， M1 型试验模型的框架梁和耗能梁下料时腹板、上翼缘、下翼缘均为整块连续板，避免耗能梁与框架梁之间再有附加的焊缝。
QM1 型试验模型加工时，框架梁和耗能梁梁上翼缘和腹板为一块整体板，通过切割满足图纸加工要求，耗能梁与框架梁梁下翼缘为拼接后焊接，耗能梁如图 2-4所示。
M2 型试验模型加工时，梁的上翼缘、下翼缘、腹板均为一整块板，在耗能梁上下翼缘变窄处通过切割钢板满足图纸加工要求，耗能梁详图如图 2-5 所示。
图 2-4 QM1 型模型耗能梁图 图 2-5 M2 型模型耗能梁图
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第 3 章 拟静力试验结果 ·······················23
3.1 试验概述 ·················· 23
3.2 试验现象 ························ 23
第 4 章 偏心支撑钢框架拟静力试验数值模拟·····················37
4.1 建立数值模型 ······················ 37
4.2 数值计算结果与试验结果对比 ··················· 38
第 5章 偏心支撑钢框架抗震性能参数分析················47
5.1 数值模型概述 ······························ 47
5.2 弯曲型偏心支撑钢框架 ······················ 48
第 5 章 偏心支撑钢框架抗震性能参数分析
5.1 数值模型概述
1）以偏心支撑钢框架结构试验模型为基础，选取数值模型为单榀单跨单层模型，模型高度和跨度同偏心支撑钢框架试验模型。2 种偏心支撑钢框架结构抗震性能参数分析时选取的基础模型几何尺寸（除耗能梁长度外）同偏心支撑钢框架结构试验模型。
2）为了考察不同耗能梁长度的偏心支撑钢框架的结构响应，本章建立参数化模型，由于荷载或位移可直接施加在数值模型的梁柱节点域上，因此，在建模过程中无需设置加载梁。
3）为准确模拟拟静力试验，第 4 章钢材的本构关系按实测值给出，本章为简化分析，选用的应力~应变关系如图 5-1 所示。
图 5-1 应力～应变关系
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结论与展望
偏心支撑钢框架结构体系已被许多国家纳入抗震规范设计之中，但带弯曲屈服型、弯剪屈服型耗能梁的偏心支撑钢框架结构体系在我国实际工程案例中应用较少。本文以 K 形偏心支撑钢框架结构为研究对象，基于削弱耗能梁段截面尺寸的思路设计了 1 种弯剪屈服型、1 种弯曲屈服型耗能梁的偏心支撑钢框架结构，具体工作内容及主要结论如下：
1）按照《建筑抗震设计规范》与《高层民用建筑钢结构技术规程》等相关规范，采用 ETABS 软件，设计了 10 层新型弯剪型、弯曲型耗能梁类型的 K 形偏心支撑钢框架结构，对其进行结构动力特性、用钢量、层间位移的对比，相较于传统的弯曲型偏心支撑钢框架结构，本文提出的新型弯剪屈服型、新型弯曲屈服型偏心支撑钢框架结构用钢量较小；弯剪屈服型心支撑钢框架结构弹性刚度大，自振频率大。
2）取原型结构第 8 层支撑跨设计并制作缩尺模型，完成 2 种偏心支撑钢框架结构试验模型的加工制作、材性试验、循环加载试验、数据测量、试验结果对比分析等工作，得出以下结论：提出的 2 种新型（1 种弯曲型、1 种弯剪型）偏心支撑钢框架结构具备足够的承载力与良好的滞回能力，满足相关规范的层间位移角限值要求；M1、M2 型试验模型主要通过耗能梁段端部翼缘的弯曲变形来耗散能量，两者的弹性刚度、承载力、耗能能力基本相同；QM
