关于屈曲约束支撑在多遇地震作用下应用分析

杨 建 忠

(大同二院建筑设计研究有限责任公司，山西 大同 037008)



关于屈曲约束支撑在多遇地震作用下应用分析

杨 建 忠

(大同二院建筑设计研究有限责任公司，山西 大同 037008)

介绍了屈曲约束支撑在结构中的工作原理，并结合某重点设防类医院建筑工程实例，阐述了屈曲约束支撑在结构中的具体应用过程，通过对多遇地震工况进行分析，得出两种软件计算指标一致，满足规范计算要求。

屈曲约束支撑，高层建筑，地震，框架—剪力墙结构

1 工程概况

某重点设防类医院建筑，采用框架—剪力墙结构，地下2层，地上24层，结构主体高度92.700 m。该项目位于8度区，基本地震加速度0.20g，设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类，特征周期0.45 s。工程设计使用年限50年。

根据建筑使用功能及响应国家政策条文要求，采用屈曲约束支撑消能减震设计来进一步提高建筑物的可靠性和安全性，工程设计使用年限为50年。

2 屈曲约束支撑工作方案

屈曲约束支撑(BRB，又称防屈曲支撑)是近年来应用于多高层建筑结构抗侧力体系中的一种新型的支撑形式，同时也是一种高效的耗能减震装置(阻尼器)，它主要由钢支撑内芯、外包约束构件以及在上述两者之间所设置的无粘结材料或间隙三部分组成。

屈曲约束支撑无论受拉还是受压均能实现全截面充分屈服耗散地震能量而不会出现支撑构件的整体屈曲或局部屈曲破坏，因此这种支撑不仅解决了普通支撑在大震下受压屈曲的问题，同时还起到损伤控制的作用，使原来通过主体结构梁端形成塑性铰的耗能方式转变为只在防屈曲支撑部件上集中耗能，而主体结构大部分保持弹性，从而能够较好地保护主体结构(梁、柱)使其在大震当中免受严重损伤，给震后修复带来方便。

考虑本建筑高度较高且处于8度设防区域，屈曲约束支撑工作方案定位为：多遇地震作用工况下，屈曲约束支撑处于弹性工作状态，支撑为结构提供附加刚度。

3 主楼弹性计算及结果分析

本工程主楼的计算采用了如下的计算软件进行分别计算：

1)SATWE 2010版 V3.1。2)Etabs v9.7版。

经对比，两种软件整体控制指标接近，计算有效可靠。

结构嵌固端位于地下室顶，取上部结构进行对比分析，计算模型中定义了竖向和水平荷载工况，其中竖向工况包括结构自重，附加恒荷载、活荷载及竖向地震作用，水平荷载工况包含地震作用和风荷载。

对于小震的水平地震考虑的双向地震以及偶然偏心的影响；考虑了不同方向的地震作用；地震作用的计算采取了振型分解。

各层屈曲约束支撑平面布置图见图1。

3.1 周期和振型

表1列出了结构模态周期与振型方向因子(SATWE与Etabs)(仅列出前6振型作以对比)。

表1 模态周期与振型方向因子

以上分析数据对比表明，两套整体计算软件输出的周期和振型较为接近。

两种程序的振型质量参与系数如表2所示。

表2 两种程序不同方向振型质量参与系数

计算的振型质量参与系数均超过规范规定的90%的要求。

第一扭转周期与第一平动周期的比值，远小于规范周期比限值0.90，见表3。

表3 两种程序周期比

3.2 位移对比

最大层间位移角对比见表4。

表4 最大层间位移角对比

两套软件整体计算位移结果满足JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程3.7.3条限值要求。

3.3 基底剪力对比

本工程的基本周期小于3.5 s，楼层最小剪力系数为0.032。本工程楼层剪重比均满足规范限值要求。基底剪力对比见表5。

表5 基底剪力对比

表6 楼层刚度比

表7 各楼层抗剪承载力及承载力比值

3.4 刚度比

表6列举了各层抗侧刚度与相邻楼层侧向刚度的比值。

由此可以看出，结构所有楼层的抗侧刚度均满足JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程第3.5.2条规定的相邻楼层侧向刚度的要求，结构不存在薄弱层。

3.5 抗剪承载力对比

根据JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程第3.5.3条，抗剪承载力对比如表7所示。

表8 X向地震工况下的倾覆力矩百分比 %

表9 Y向地震工况下的倾覆力矩百分比 %

从表7可以看出，结构所有楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于相邻上一层受剪承载力的65%，不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，满足JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程第3.5.2条的要求，结构不存在薄弱层。

3.6 倾覆力矩百分比

根据JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程第8.1.3条，结构倾覆力矩百分比对比如表8，表9所示。

3.7 抗倾覆和稳定验算

抗倾覆验算见表10，基于地震作用的刚重比验算见表11。

表10 抗倾覆验算

表11 基于地震作用的刚重比验算

由于X，Y两方向刚重比均大于2.7，因此在对结构内力和变形的计算中，可不考虑重力二阶效应的不利影响。

综上所述，采用两个软件得到的计算结果相近，各项指标一致；结构设计满足规范要求。

屈曲约束支撑在多遇地震作用下能够提供所需的刚度，是一项实用性很强的新型技术。

[1] GB 50011—2001，建筑抗震设计规范(2008版)[S].

[2] 欧进萍.结构振动控制——主动、半主动和智能控制[M]. 北京：科学出版社，2003.

[3] 周 云.金属耗能减震结构设计[M].武汉：武汉理工大学出版社，2006.

[4] Takesue N,Furusho J,Kiyota Y.Fast response MR-fluid actuator[J]. J SME International Journal,2004,47(3):783-791.

[5] 周 云，邓雪松，汤统壁,等.中国(大陆)耗能减震技术理论研究、应用的回顾与前瞻[J].工程抗震与加固改造，2006(12):1-15.

[6] 郭彦林.防屈曲支撑及防屈曲支撑钢框架设计理论研究[D].北京：清华大学土木水利学院，2005.

[7] 郝贵强，杜永山，齐建伟.防屈曲支撑(BRB)在抗震加固工程中的应用[J].建筑结构，2010(6):131-134.

[8] ANSI/AISC 341—05，Seismic Provisions for Structural Steel Buildings[S].

On application of buckling restraining braces in frequent earthquakes

Yang Jianzhong

(DatongEryuanArchitecturalDesignandResearchCo.,Ltd,Datong037008,China)

The paper introduces the principle for the buckling restraining braces in structures, illustrates its application in the structure by combining with the key hospital buildings, and concludes the consistency of the two software calculation indexes by the analysis of the frequent earthquakes, so as to meet the demands for the calculation.

buckling restraining brace, high-rise building, earthquake, framework-shearing wall structure

1009-6825(2017)18-0021-03

2017-04-07

杨建忠(1964- )，男，高级工程师

TU375

A