關于屈曲約束支撐在多遇地震作用下應用分析

楊 建 忠

(大同二院建筑設計研究有限責任公司，山西 大同 037008)

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關于屈曲約束支撐在多遇地震作用下應用分析

楊 建 忠

(大同二院建筑設計研究有限責任公司，山西 大同 037008)

介紹了屈曲約束支撐在結構中的工作原理，并結合某重點設防類醫院建筑工程實例，闡述了屈曲約束支撐在結構中的具體應用過程，通過對多遇地震工況進行分析，得出兩種軟件計算指標一致，滿足規范計算要求。

屈曲約束支撐，高層建筑，地震，框架—剪力墻結構

1 工程概況

某重點設防類醫院建筑，采用框架—剪力墻結構，地下2層，地上24層，結構主體高度92.700 m。該項目位于8度區，基本地震加速度0.20g，設計地震分組為第三組，場地類別為Ⅱ類，特征周期0.45 s。工程設計使用年限50年。

根據建筑使用功能及響應國家政策條文要求，采用屈曲約束支撐消能減震設計來進一步提高建筑物的可靠性和安全性，工程設計使用年限為50年。

2 屈曲約束支撐工作方案

屈曲約束支撐(BRB，又稱防屈曲支撐)是近年來應用于多高層建筑結構抗側力體系中的一種新型的支撐形式，同時也是一種高效的耗能減震裝置(阻尼器)，它主要由鋼支撐內芯、外包約束構件以及在上述兩者之間所設置的無粘結材料或間隙三部分組成。

屈曲約束支撐無論受拉還是受壓均能實現全截面充分屈服耗散地震能量而不會出現支撐構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題，同時還起到損傷控制的作用，使原來通過主體結構梁端形成塑性鉸的耗能方式轉變為只在防屈曲支撐部件上集中耗能，而主體結構大部分保持彈性，從而能夠較好地保護主體結構(梁、柱)使其在大震當中免受嚴重損傷，給震后修復帶來方便。

考慮本建筑高度較高且處于8度設防區域，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，支撐為結構提供附加剛度。

3 主樓彈性計算及結果分析

本工程主樓的計算采用了如下的計算軟件進行分別計算：

1)SATWE 2010版 V3.1。2)Etabs v9.7版。

經對比，兩種軟件整體控制指標接近，計算有效可靠。

結構嵌固端位于地下室頂，取上部結構進行對比分析，計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構自重，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荷載。

對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；地震作用的計算采取了振型分解。

各層屈曲約束支撐平面布置圖見圖1。

3.1 周期和振型

表1列出了結構模態周期與振型方向因子(SATWE與Etabs)(僅列出前6振型作以對比)。

表1 模態周期與振型方向因子

以上分析數據對比表明，兩套整體計算軟件輸出的周期和振型較為接近。

兩種程序的振型質量參與系數如表2所示。

表2 兩種程序不同方向振型質量參與系數

計算的振型質量參與系數均超過規范規定的90%的要求。

第一扭轉周期與第一平動周期的比值，遠小于規范周期比限值0.90，見表3。

表3 兩種程序周期比

3.2 位移對比

最大層間位移角對比見表4。

表4 最大層間位移角對比

兩套軟件整體計算位移結果滿足JGJ 3—2010高層建筑混凝土結構技術規程3.7.3條限值要求。

3.3 基底剪力對比

本工程的基本周期小于3.5 s，樓層最小剪力系數為0.032。本工程樓層剪重比均滿足規范限值要求。基底剪力對比見表5。

表5 基底剪力對比

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列舉了各層抗側剛度與相鄰樓層側向剛度的比值。

由此可以看出，結構所有樓層的抗側剛度均滿足JGJ 3—2010高層建筑混凝土結構技術規程第3.5.2條規定的相鄰樓層側向剛度的要求，結構不存在薄弱層。

3.5 抗剪承載力對比

根據JGJ 3—2010高層建筑混凝土結構技術規程第3.5.3條，抗剪承載力對比如表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，結構所有樓層抗側力結構的層間受剪承載力不應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高層建筑混凝土結構技術規程第3.5.2條的要求，結構不存在薄弱層。

3.6 傾覆力矩百分比

根據JGJ 3—2010高層建筑混凝土結構技術規程第8.1.3條，結構傾覆力矩百分比對比如表8，表9所示。

3.7 抗傾覆和穩定驗算

抗傾覆驗算見表10，基于地震作用的剛重比驗算見表11。

表10 抗傾覆驗算

表11 基于地震作用的剛重比驗算

由于X，Y兩方向剛重比均大于2.7，因此在對結構內力和變形的計算中，可不考慮重力二階效應的不利影響。

綜上所述，采用兩個軟件得到的計算結果相近，各項指標一致；結構設計滿足規范要求。

屈曲約束支撐在多遇地震作用下能夠提供所需的剛度，是一項實用性很強的新型技術。

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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，高級工程師

TU375

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