框架-屈曲約束支撐體系的應(yīng)用

張輝

同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250000

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的提高和國(guó)家對(duì)建筑抗震安全的重視，全國(guó)及各省市均針對(duì)中小學(xué)校、幼兒園及醫(yī)院類建筑提出更高的抗震設(shè)防要求[1]。這基本上是一個(gè)多層結(jié)構(gòu)。對(duì)于高強(qiáng)度區(qū)域中的混凝土結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)太小，層之間的移動(dòng)不滿足，使用框剪結(jié)構(gòu)可能會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題，例如剪力墻中的力過(guò)大、鋼筋過(guò)多以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題。此外，剪力墻的過(guò)度剛性大大增加了結(jié)構(gòu)的剛度，大大增加了地震效應(yīng)，從而形成了惡性循環(huán)。通過(guò)框架-支撐提高了結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度而不改變結(jié)構(gòu)形狀，解決了結(jié)構(gòu)層之間的位移角度不符合法規(guī)要求的問(wèn)題。但是，普通支撐在承受壓力時(shí)會(huì)發(fā)生屈曲，并且屈曲后支撐的剛度和承載力能力會(huì)急劇下降[2]。結(jié)構(gòu)會(huì)毫無(wú)征兆的發(fā)生破壞，有安全問(wèn)題。

1 屈曲約束支撐的提出

為了解決普通支撐的壓力屈曲和滯回性能差的問(wèn)題，將套管安裝在支撐外，以消除支撐的壓力屈曲，形成防屈曲支撐（圖2）。防屈曲支撐由約束單元約束內(nèi)核鋼支撐，以約束內(nèi)核鋼支撐，從而防止內(nèi)核鋼支撐在壓力下屈曲[3]。內(nèi)核鋼支架和約束單位可以自由滑動(dòng)，并且僅受工作力的約束，屈曲應(yīng)力支承受拉伸壓力的影響，合理設(shè)計(jì)后，防屈曲支撐具有良好的延性和穩(wěn)定性（圖1），可用作減震阻尼器和抗震元件。

圖1 屈曲約束支撐與普通支撐的滯回性能

圖2 屈曲約束支撐的構(gòu)成

2 實(shí)際工程應(yīng)用

在實(shí)際工程中，防屈曲支撐應(yīng)布置在能夠充分利用其能量消耗功能的位置，或布置在支撐內(nèi)力較大的位置和地震作用地下高度偏移的樓層上。這項(xiàng)規(guī)定必須符合下列要求：

1.遵守整體統(tǒng)一和局部集中的原則，同時(shí)盡可能對(duì)稱?？箯澲伪仨氀亟Y(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸排列，并且結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性必須在兩個(gè)主軸上相似。

2.盡可能的將其放置在結(jié)構(gòu)外部，以提高結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效果，從而最大限度地提高支撐結(jié)構(gòu)的能量消耗效率。

3.使用單斜撐支撐、人字形類字符或v型，而不是k型或x型。支撐與柱之間的連接角度必須介于30度和60度之間。

圖 3支撐布置完的結(jié)構(gòu)模型

本工程地面5層，結(jié)構(gòu)高度22.8m，抗震強(qiáng)度8度（0.20g）。本次設(shè)計(jì)地震分為第二組，現(xiàn)場(chǎng)為Ⅱ類，Tg=0.40s，抗震防護(hù)分為重點(diǎn)防護(hù)類（乙類）。本工程地震效應(yīng)計(jì)算為8度（0.30g），抗震措施計(jì)算為9度。

利用YJK軟件分析了多次地震時(shí)的模態(tài)分解反應(yīng)譜。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常使用相等的截面桿單位模擬屈曲應(yīng)力支撐，以便于計(jì)算和分析。結(jié)構(gòu)的最大移動(dòng)角度為1/458，不符合1/550標(biāo)準(zhǔn)。防屈曲支撐可提高建筑的抗震性能[4]。由于地震頻繁，位移角度為1/600，在多遇地震作用下處于彈性工作狀態(tài)，能夠給結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度和抗扭剛度。滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的提高和國(guó)家對(duì)建筑抗震安全的重視，以及減震相關(guān)技術(shù)的推廣應(yīng)用，特別是中小學(xué)校，幼兒園及醫(yī)院中的門(mén)診醫(yī)技樓，框架支撐約束結(jié)構(gòu)在此類建筑中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多。