關(guān)于屈曲約束支撐在多遇地震作用下應(yīng)用分析

楊 建 忠

(大同二院建筑設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037008)

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關(guān)于屈曲約束支撐在多遇地震作用下應(yīng)用分析

楊 建 忠

(大同二院建筑設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037008)

介紹了屈曲約束支撐在結(jié)構(gòu)中的工作原理，并結(jié)合某重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)醫(yī)院建筑工程實(shí)例，闡述了屈曲約束支撐在結(jié)構(gòu)中的具體應(yīng)用過(guò)程，通過(guò)對(duì)多遇地震工況進(jìn)行分析，得出兩種軟件計(jì)算指標(biāo)一致，滿足規(guī)范計(jì)算要求。

屈曲約束支撐，高層建筑，地震，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)

1 工程概況

某重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)醫(yī)院建筑，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層，地上24層，結(jié)構(gòu)主體高度92.700 m。該項(xiàng)目位于8度區(qū)，基本地震加速度0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，特征周期0.45 s。工程設(shè)計(jì)使用年限50年。

根據(jù)建筑使用功能及響應(yīng)國(guó)家政策條文要求，采用屈曲約束支撐消能減震設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步提高建筑物的可靠性和安全性，工程設(shè)計(jì)使用年限為50年。

2 屈曲約束支撐工作方案

屈曲約束支撐(BRB，又稱(chēng)防屈曲支撐)是近年來(lái)應(yīng)用于多高層建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系中的一種新型的支撐形式，同時(shí)也是一種高效的耗能減震裝置(阻尼器)，它主要由鋼支撐內(nèi)芯、外包約束構(gòu)件以及在上述兩者之間所設(shè)置的無(wú)粘結(jié)材料或間隙三部分組成。

屈曲約束支撐無(wú)論受拉還是受壓均能實(shí)現(xiàn)全截面充分屈服耗散地震能量而不會(huì)出現(xiàn)支撐構(gòu)件的整體屈曲或局部屈曲破壞，因此這種支撐不僅解決了普通支撐在大震下受壓屈曲的問(wèn)題，同時(shí)還起到損傷控制的作用，使原來(lái)通過(guò)主體結(jié)構(gòu)梁端形成塑性鉸的耗能方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹辉诜狼尾考霞泻哪埽黧w結(jié)構(gòu)大部分保持彈性，從而能夠較好地保護(hù)主體結(jié)構(gòu)(梁、柱)使其在大震當(dāng)中免受?chē)?yán)重?fù)p傷，給震后修復(fù)帶來(lái)方便。

考慮本建筑高度較高且處于8度設(shè)防區(qū)域，屈曲約束支撐工作方案定位為：多遇地震作用工況下，屈曲約束支撐處于彈性工作狀態(tài)，支撐為結(jié)構(gòu)提供附加剛度。

3 主樓彈性計(jì)算及結(jié)果分析

本工程主樓的計(jì)算采用了如下的計(jì)算軟件進(jìn)行分別計(jì)算：

1)SATWE 2010版 V3.1。2)Etabs v9.7版。

經(jīng)對(duì)比，兩種軟件整體控制指標(biāo)接近，計(jì)算有效可靠。

結(jié)構(gòu)嵌固端位于地下室頂，取上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算模型中定義了豎向和水平荷載工況，其中豎向工況包括結(jié)構(gòu)自重，附加恒荷載、活荷載及豎向地震作用，水平荷載工況包含地震作用和風(fēng)荷載。

對(duì)于小震的水平地震考慮的雙向地震以及偶然偏心的影響；考慮了不同方向的地震作用；地震作用的計(jì)算采取了振型分解。

各層屈曲約束支撐平面布置圖見(jiàn)圖1。

3.1 周期和振型

表1列出了結(jié)構(gòu)模態(tài)周期與振型方向因子(SATWE與Etabs)(僅列出前6振型作以對(duì)比)。

表1 模態(tài)周期與振型方向因子

以上分析數(shù)據(jù)對(duì)比表明，兩套整體計(jì)算軟件輸出的周期和振型較為接近。

兩種程序的振型質(zhì)量參與系數(shù)如表2所示。

表2 兩種程序不同方向振型質(zhì)量參與系數(shù)

計(jì)算的振型質(zhì)量參與系數(shù)均超過(guò)規(guī)范規(guī)定的90%的要求。

第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期的比值，遠(yuǎn)小于規(guī)范周期比限值0.90，見(jiàn)表3。

表3 兩種程序周期比

3.2 位移對(duì)比

最大層間位移角對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 最大層間位移角對(duì)比

兩套軟件整體計(jì)算位移結(jié)果滿足JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程3.7.3條限值要求。

3.3 基底剪力對(duì)比

本工程的基本周期小于3.5 s，樓層最小剪力系數(shù)為0.032。本工程樓層剪重比均滿足規(guī)范限值要求。基底剪力對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 基底剪力對(duì)比

表6 樓層剛度比

表7 各樓層抗剪承載力及承載力比值

3.4 剛度比

表6列舉了各層抗側(cè)剛度與相鄰樓層側(cè)向剛度的比值。

由此可以看出，結(jié)構(gòu)所有樓層的抗側(cè)剛度均滿足JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第3.5.2條規(guī)定的相鄰樓層側(cè)向剛度的要求，結(jié)構(gòu)不存在薄弱層。

3.5 抗剪承載力對(duì)比

根據(jù)JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第3.5.3條，抗剪承載力對(duì)比如表7所示。

表8 X向地震工況下的傾覆力矩百分比 %

表9 Y向地震工況下的傾覆力矩百分比 %

從表7可以看出，結(jié)構(gòu)所有樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不應(yīng)小于相鄰上一層受剪承載力的65%，不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，滿足JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第3.5.2條的要求，結(jié)構(gòu)不存在薄弱層。

3.6 傾覆力矩百分比

根據(jù)JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第8.1.3條，結(jié)構(gòu)傾覆力矩百分比對(duì)比如表8，表9所示。

3.7 抗傾覆和穩(wěn)定驗(yàn)算

抗傾覆驗(yàn)算見(jiàn)表10，基于地震作用的剛重比驗(yàn)算見(jiàn)表11。

表10 抗傾覆驗(yàn)算

表11 基于地震作用的剛重比驗(yàn)算

由于X，Y兩方向剛重比均大于2.7，因此在對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的計(jì)算中，可不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響。

綜上所述，采用兩個(gè)軟件得到的計(jì)算結(jié)果相近，各項(xiàng)指標(biāo)一致；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

屈曲約束支撐在多遇地震作用下能夠提供所需的剛度，是一項(xiàng)實(shí)用性很強(qiáng)的新型技術(shù)。

[1] GB 50011—2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2008版)[S].

[2] 歐進(jìn)萍.結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制——主動(dòng)、半主動(dòng)和智能控制[M]. 北京：科學(xué)出版社，2003.

[3] 周 云.金屬耗能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].武漢：武漢理工大學(xué)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，鄧雪松，湯統(tǒng)壁,等.中國(guó)(大陸)耗能減震技術(shù)理論研究、應(yīng)用的回顧與前瞻[J].工程抗震與加固改造，2006(12):1-15.

[6] 郭彥林.防屈曲支撐及防屈曲支撐鋼框架設(shè)計(jì)理論研究[D].北京：清華大學(xué)土木水利學(xué)院，2005.

[7] 郝貴強(qiáng)，杜永山，齊建偉.防屈曲支撐(BRB)在抗震加固工程中的應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，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

楊建忠(1964- )，男，高級(jí)工程師

TU375

A