1. 前言

目前，我国的建筑以钢筋混凝土结构为主。钢筋混凝土结构技术成熟、抗压能力强、耐火性能好、造价低，但随着建筑行业不断向着标准化、工厂化方向发展，它暴露出很多缺点，如施工复杂周期长、产业化水平低。近年来，钢管混凝土结构因其优越的力学性能和良好的抗震性能在高层超高层建筑中被广泛应用，而方钢管混凝土结构以外形规则、节点形式简单灵活、稳定性能较好等优点受到人们越来越多的关注。
本文通过对方钢管混凝土框架和钢筋混凝土框架两种结构的抗震性能的比较分析，为方钢管混凝土结构的抗震设计提供参考。

2. 方钢管混凝土结构抗震性能的研究现状

目前，对于方钢管混凝土抗震性能的研究还主要集中在基本构件方面。从现有的资料来看，同济大学曾对方钢管混凝土柱进行反复水平荷载下的抗震研究，指出影响方钢管混凝土柱抗震性能的影响因素；他们还研究了方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的抗震性能，并提出了此种节点形式的承载力实用公式[1-2]。哈尔滨建筑大学对方钢管混凝土柱的抗震性能也作了试验及理论研究，指出影响方钢管混凝土柱延性的各个相关因素；建立弯矩-曲率恢复力模型及荷载-位移恢复力模型，为方钢管混凝土结构的抗震研究奠定了基础[3]。
虽然人们对方钢管混凝土柱在静载和反复荷载作用下的力学性能进行了较多的理论和试验研究，但是对连接节点及组合框架整体结构抗震性能尚未进行系统研究。

3. 方钢管混凝土框架与钢筋混凝土框架抗震性能的比较

（1）两种结构变形及刚度的对比
为了研究方钢管混凝土框架的整体抗震性能，进行了一榀两跨三层的方钢管混凝土柱和钢梁的组合框架在低周反复荷载作用下的试验，框架柱截面为150mm×150mm，框架模型如图1所示[4]。

图2所示为方钢管混凝土框架顶层荷载-位移滞回曲线。从此图可见曲线呈梭形，没有明显的捏缩现象，说明方钢管混凝土框架的吸能能力良好。而钢筋混凝土框架，根据其框架柱配筋不同，其滞回曲线由反S形至弓形，会出现较明显的捏缩现象，其耗能能力不如方钢管混凝土框架。
根据一榀两跨三层的钢筋混凝土框架模型在低周反复荷载下的试验结果[5]（模型层高为1.5m，跨度为3m），与方钢管混凝土框架进行比较。两组试验参数对比如表1所示。

表2为在试验中实测的两种框架各阶段顶点位移的平均值。从表中可见，两榀框架的屈服荷载相差不多，方钢管混凝土框架的屈服位移比钢筋混凝土框架小40%，相对变形值也较小；最高荷载和极限荷载均高于钢筋混凝土框架，而对应的位移比之均小，平均等效刚度的比较见表3。

从表3可见，方钢管混凝土框架的抗侧刚度远高于普通钢筋混凝土框架。两表中数据反映出方钢管混凝土框架的承载力高、变形小、刚度大。承载力高则构件截面较小，自重减轻，从而地震反应也相应减小，以上均说明了方钢管混凝土框架的抗震性能优于普通钢筋混凝土框架。

（2）两种结构刚度退化的比较

图3为方钢管混凝土框架与钢筋混凝土框架刚度退化的对比。从图中可以看出，方钢管混凝土框架经历的弹性阶段比钢筋混凝土框架的长；方钢管混凝土框架的刚度远远高于钢筋混凝土框架，并且其刚度退化速度明显慢于钢筋混凝土结构。对于钢筋混凝土结构来说，导致强度及刚度退化的根本原因是框架屈服后的弹塑性性质及累积损伤，这种损伤主要表现为混凝土细微裂缝的产生和发展、钢筋与混凝土之间的粘结滑移、被裂缝割裂的混凝土块体相互错动、酥松和破碎。而方钢管混凝土结构，正是由于钢管处于混凝土的外围，对内部混凝土起约束作用，延缓了混凝土裂缝的发展和破坏，从而也降低了其强度和刚度的退化速度，使方钢管混凝土框架的抗侧向承载能力优于普通钢筋混凝土结构。

图3 两种结构刚度退化之比较

4. 结论

（1）方钢管混凝土框架P-Δ滞回曲线呈梭形，没有明显的捏缩现象，反映出具有很好的吸能能力。
（2）方钢管混凝土框架的极限位移较小，反映出方钢管混凝土框架抵抗水平外力的能力强于普通钢筋混凝土框架。
（3）方钢管混凝土框架由于外部钢管对内部混凝土的约束作用，延缓了混凝土的脆性破坏，从而使方钢管混凝土框架的刚度远远高于钢筋混凝土框架，并且其刚度退化速度明显慢于钢筋混凝土结构。
方钢管混凝土框架的抗震性能优于普通钢筋混凝土框架，适于在抗震区使用，并有着良好的发展前景。

参考文献
[1] 吕西林，陆伟东，反复荷载作用下方钢管混凝土柱的抗震性能试验研究[J]，北京, 建筑结构学报，2000（2）：2~11
[2] Xilin Lu，Yong Yu，Experimental study on the seismic behavior in the connection between CFRT column and steel beam[J]，Structural Engineering and Mechanics，2000，9（4）：365~374
[3] 韩林海，钢管混凝土结构[M]，北京：科学出版社，2000
[4] 陈倩，方钢管混凝土框架抗震性能试验研究[D]：[硕士学位论文]，天津：天津大学，2003
[5] 徐云扉，胡庆昌等，低周反复荷载下两跨三层钢筋混凝土框架受力性能的试验研究[J]，建筑结构学报，1986，（2）：1~15