基于變化抗側剛度比的防屈曲支撐組合框架優化設計

(廣州大學 廣東 廣州 510006)

一、引言

在設置防屈曲支撐BRB(Buckling restrained brace)的研究中，常見的方法是通過確定結構各層防屈曲支撐與框架結構抗側剛度的比值，來計算各層防屈曲支撐的抗側剛度，進而確定防屈曲支撐的芯板截面面積[1]。以固定數值的抗側剛度比設計的防屈曲支撐無法對地震反應較大和較小的樓層進行有針對的調整。本文基于各層抗側剛度的比值為可變化的設計思路，對某11層鋼管混凝土組合框架結構在地震作用下不同層之間地震響應不同的特點，調整各層抗側剛度的數值，并評價變化抗側剛度比的設計思路在鋼管混凝土組合框架結構中的適用性。

二、防屈曲支撐

防屈曲支撐從橫向分析[2]，分為核心單元、約束單元及滑動機制單元。如圖1所示。

圖1 防屈曲支撐的構成

三、抗側剛度比

將框架結構同層內的防屈曲支撐與框架的抗側剛度的比值，定義為抗側剛度比k[3]。通過k值來反應支撐與框架之間的匹配關系。

k=KD/KF

(1)

式中，KD為層防屈曲支撐的抗側剛度，KF為層框架的抗側剛度。

四、結構模型

圖2 鋼框架結構平面圖

五、分析結果

將模型導入Perform-3D軟件[4]中進行多遇地震下彈塑性分析，結果如下圖所示。

圖3 各層抗側剛度比

圖4 各層層間位移角

從圖3可以看到，調整后，各層層間位移角均限定在0.00146(1/685)以內。從圖4可見，相比于與固定抗側剛度比，變化抗側剛度比的層間位移角更貼近于限值，表明防屈曲支撐的性能得到更好的發揮。

防屈曲支撐截面面積與防屈曲支撐剛度是一一對應關系。變化抗側剛度比對應的防屈曲支撐的總截面面積114822.26mm2比優化前固定抗側剛度比對應的防屈曲支撐的總截面面積161237.43mm2少了29%。

六、結論

多遇地震作用下，以變化抗側剛度比設計的結構比以固定抗側剛度比設計的結構，在考慮結構最大層間位移角相同的前提下，能減少29%的防屈曲支撐用量，更能提高結構的經濟性。

【參考文獻】

[1]耿鵬飛.附加黏滯阻尼器和BRB的鋼框架聯合減震設計與分析[D].西安：西安建筑科技大學，2012.

[2]周云.防屈曲耗能支撐結構設計與應用[M].北京：中國建筑工業出版社,2007.

[3]趙瑛.防屈曲支撐框架設計理論研究[D].北京：清華大學，2009.

[4]劉博文.Perform-3D在抗震彈塑性分析與結構性能評估中的應用[M].北京：中國建筑工業出版社,2014.