BRB用于装配式斜支撑节点钢框架结构减震研究

2020-08-06胡倩孙超

四川水泥 2020年8期

胡倩孙超

（1.武汉华夏理工学院土木建筑工程学院，湖北武汉 430223；2.中冶华亚建设集团有限公司，湖北武汉 430081）

0 引言

装配式斜支撑钢结构具有较高的承载力，良好的抗风、抗震性能，机械化程度高，更优异的保温、吸振、隔音性能等特点[1-2]，装配式斜支撑钢结构建筑的推广和应用符合我国转变传统住宅生产方式，大力推广“适用、经济、绿色、美观”装配化住宅的方针策略。装配式斜支撑节点钢框架结构是一种新型钢结构体系，此结构体系突破了钢结构体系只适用于多层建筑的限制，实现了向高层建筑的发展。

BRB[3]是由核心部分（芯材）、约束部分（钢板、钢管、混凝土）、滑动部分（无粘结材料）组成：核心部分承受各种压力和拉力，约束部分确保核心部分达到完全屈曲前不提前进入屈服状态，滑动单元主要是防止核心部分所受到的力传递到约束部分。屈曲支撑在弹性阶段为主体提供抗侧刚度，在地震作用下具有饱满的滞回性能、耗能能力以及无受压失稳的问题，多用于多高层建筑的消能减震。本文通过建立装配式斜支撑节点钢框架有限元分析模型，对比分析设置普通支撑结构和BRB 结构的地震效应。

1 工程实例

该工程为 21 层结构建筑，对结构建模分析时，为减少计算结果受结构不规则的影响，使结构布置更加合理化，简化了结构的实际平面图。结构横纵都为6 跨，长为23.4m，层高为3.3m，结构从下往上均分为3 段，每段7层，各楼结构基本一致。

2 计算分析

为了分析BRB 对的减震效果，模型1 设置普通支撑；模型2 全楼层（1～21层）布置112 根斜撑1 和112 根柱撑1，布置112 根斜撑2 和112 根柱撑2，布置112 根斜撑3 和112 根柱撑3。

屈曲约束支撑布置在结构的四个边跨处，屈曲约束支撑芯材材质为 HRB345，屈服强度标准值fy=345MPa，在布置屈曲支撑根据核心部分材料估计支撑的截面面积，并通过截面面积和核心部分的屈服强度计算BRB 的屈服承载力。

式中Nysc 为BRB 的屈服承载力，A1为约束屈服段的钢材截面面积，A e 为等效截面面积，fy 核心部分钢材的屈服强度标准值。其他详细设计参数见表1。

表1 屈曲约束支撑设计参数

斜撑1225×225×25×25 20.0 17 6451.5 1980 2863.92柱撑1185×185×15×15 10.2 8.67 3290.3 1980 1460.61斜撑1200×200×20×20 14.4 12.24 4645.1 1980 2062.02柱撑1160×160×10×10 6.0 5.1 1935.5 1980 859.19斜撑1185×185×15×15 10.2 8.67 3290.3 1980 1460.61柱撑1155×155×10×10 5.8 4.93 1870.9 1980 830.54

2.1 模态分析

对无屈曲支撑的模型一有限元模型进行模态分析，结构的基本自振周期 3.01s，符合 GB50009-2012《建筑结构荷载规范》规定:T1= (0.10 ～ 0.15)n=（0.21～0.315）； (T1为建筑结构的基本自振周期，n 为建筑总层数)。

对模型2 进行的模态分析，结构的基本自振周期 2.88s 小于无屈曲支撑的自振周期 3.01s，虽然两种支撑具有相同材料，芯材截面截面尺寸相差不多，但由于BRB 的作用，增强了结构的整体抗侧刚度，结构的自振性能具有一定的提高。

2.2 BRB 的减震性能研究

本文将地震作用下的层间位移作为评价指标研究BRB 对装配式斜支撑钢框架的减震效果。对模型1、模型2 分别输入EL－centro 波进行非线性时程分析，分析结果见图1。