防屈曲支撐在改造工程中應(yīng)用研究

吳朱勇

【摘要】近年來，隨著建筑工程減震技術(shù)研究不斷深入，我國高烈度地震區(qū)已開始應(yīng)用減震技術(shù)，在新建建筑及改造建筑結(jié)構(gòu)體系中局部增加必要耗能設(shè)備，可提高建筑物的抗震承載力和良好的變形能力。本文主要簡述防屈曲支撐應(yīng)用在某工程改造中的效果，文中對屈曲支撐在框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并提出了一些改善其抗震性能的相關(guān)措施，供廣大設(shè)計人員參考、交流。

【關(guān)鍵詞】防屈曲支撐;消能減震;附加阻尼抗震性能

某項目在建筑工程中設(shè)置防屈曲約束支撐，通過防屈曲支撐阻尼器增加結(jié)構(gòu)的阻尼，耗散結(jié)構(gòu)的振動能量，達(dá)到結(jié)構(gòu)減震目的。

1.工程概況

該項目建成于2006年，建筑層數(shù)為5層，主樓平面布置呈L型，由輔樓和主樓構(gòu)成， 輔樓和主樓兩者之間在轉(zhuǎn)角處設(shè)縫斷開，縫寬100，主樓檐口標(biāo)高18.3m。上部結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆梁板，主次梁結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為樁+承臺形式。地震作用：建筑抗震設(shè)防重要性類別：為特殊設(shè)防類（乙類）;抗震設(shè)防烈度為7度（第二組），設(shè)計基本地震加速度0.1g，特征周期 0.9s;場地類別IV類;抗震等級：為二級。根據(jù)業(yè)主要求對該大樓的主樓部分建筑進(jìn)行局部功能調(diào)整，根據(jù)目前最新軟件計算，原結(jié)構(gòu)構(gòu)件尤其是豎向構(gòu)件配筋不足情況較多，且位移比較大、扭轉(zhuǎn)過大。若按常規(guī)方式對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固，工程量大、工期長，加固費(fèi)用較多。另外部分構(gòu)件配筋增大較多，原截面不滿足要求，還需進(jìn)行截面包大法加固，嚴(yán)重影響建筑的使用功能。為降低地震力影響并綜合考慮各方面因素，考慮局部采用防屈曲支撐方案。

2.支撐特點(diǎn)及布置原則

（1）防屈曲支撐為成品構(gòu)件，是利用套筒給支撐芯片提供約束，支撐芯片和主體結(jié)構(gòu)連接，所受力由芯片板承擔(dān)，外套筒及填充物阻止支撐受壓屈曲，滯回性能好，有較強(qiáng)的耗能能力，它不改變結(jié)構(gòu)的基本形式，除消能支撐部件和關(guān)聯(lián)部件外，其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件仍按規(guī)范進(jìn)行，消能減震房屋的抗震構(gòu)造措施基本等同普通房屋，整體抗震安全性能有明顯提高。

（2）抗震設(shè)防三原則“小震不壞、中震可修、大震不倒”采用防屈曲支撐設(shè)防后，可以使建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能更上一層樓，實(shí)現(xiàn)“小震經(jīng)濟(jì)、中震不壞、大震易修”。

（3）一般情況下，防屈曲支撐沒有受壓穩(wěn)定問題，其承載力比普通支撐提高近3～10倍[1]，與普通支撐相比在相同承載力的需求的條件下防屈曲支撐截面可大大減少，對建筑的使用影響也大大減少。

（4）防屈曲支撐一般沿建筑框架X、Y向分別設(shè)置，盡可能加在變形較大位置，盡量在建筑框架兩端部設(shè)置為主，數(shù)量經(jīng)綜合分析確定，并有利于提供整個結(jié)構(gòu)的消能減震能力，形成均勻合理的受力體系。并設(shè)便于檢查和替換位置且不影響建筑的美觀及使用功能。本工程經(jīng)過認(rèn)真研究，在圖示中的位置設(shè)置斜撐，斜撐端部均對應(yīng)框架梁柱節(jié)點(diǎn)。

各樓層支撐盡量布置在同一柱跨位置，條件限制時也可調(diào)整到相鄰跨，建議上下層支撐位置不要有太大跨越。

（5）防屈曲約束支撐應(yīng)有一定剛度，結(jié)構(gòu)中變形需通過連接部件集中到支撐中消耗，本工程屈曲約束支撐外觀為矩形，外觀尺寸最大為200X400mm，屈服承載力最大為750kN。

3.設(shè)計運(yùn)用

（1）采用防屈曲支撐與主體構(gòu)件的連接非常重要，合理的連接能保證地震作用下消能器正常工作，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的減震目標(biāo)，并應(yīng)符合結(jié)構(gòu)模型計算要求，且保證連接部件在彈性范圍內(nèi)工作。

（2）消能減震計算應(yīng)注意使用范圍，進(jìn)行方案比較時須對建筑的抗震設(shè)防分類、抗震設(shè)防烈度、場地條件、使用功能及建筑結(jié)構(gòu)的方案從安全和經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行綜合分析比較[2]。

設(shè)計時，必須對其抗震性進(jìn)行充分考慮，合理的設(shè)計方案應(yīng)是具有良好的承載力、穩(wěn)定性、剛度及延性等特點(diǎn)。由于在地震中不規(guī)則建筑平面極易導(dǎo)致局部和扭轉(zhuǎn)振動。

下面以本項目主樓分析為例。

根據(jù)計算分析及該主樓平面布置的具體情況，防屈曲支撐布置見圖1、圖2。

4.結(jié)果對比分析

對加防屈曲支撐與不加支撐模型分析及構(gòu)件加固情況比較情況見表1（僅限于框架梁柱）。

結(jié)果分析：使用防屈曲支撐位移比及周期比大為改觀，采用支撐與不加支撐對比約節(jié)省工期28天，節(jié)省造價約68萬元。顯而易見，其經(jīng)濟(jì)及時間價值還是比較可觀的。

5.典型節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

支撐和主體相連方式，是根據(jù)支撐及項目特點(diǎn)，采用焊接、高強(qiáng)螺栓連接、銷軸連接等方式。本工程在原結(jié)構(gòu)構(gòu)件上采用化學(xué)螺栓后置埋件然后通過焊接方式連接。

6.實(shí)施及維護(hù)應(yīng)注意事項

（1）安裝前應(yīng)按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢測，確保性能滿足要求

須有相應(yīng)資質(zhì)的單位設(shè)計、安裝，生產(chǎn)廠家應(yīng)密切配合。

（2）加強(qiáng)現(xiàn)場管理質(zhì)量，安裝完畢后組織各方進(jìn)行驗收，驗收合格后才能進(jìn)行下道工序。

（3）使用單位不得改變、損壞、拆除，并按說明要求定期檢查。

（4） 屈曲約束支撐應(yīng)保證具有良好的環(huán)境特性，耐氣候、耐腐蝕。保證屈曲約束支撐正常維護(hù)使用年限。

（5）工廠焊接焊縫檢驗等級為一級，現(xiàn)場焊接焊縫質(zhì)量檢驗等級為二級。

（6）屈曲約束支撐安裝時應(yīng)嚴(yán)格遵守國家現(xiàn)行制作安裝及施工驗收規(guī)范，且應(yīng)符合屈曲約束支撐相關(guān)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。

（7）防屈曲約束支撐制造商應(yīng)對產(chǎn)品進(jìn)行力學(xué)性能試驗并提供相關(guān)的檢測試驗報告。屈曲約束支撐部件應(yīng)能表現(xiàn)出穩(wěn)定的、可重復(fù)的滯回性能。

（8）防屈曲約束支撐不可采用普通鋼結(jié)構(gòu)支撐替代，應(yīng)由專業(yè)廠家供貨，專業(yè)廠家應(yīng)提供由有資質(zhì)的第三方檢測機(jī)構(gòu)出具的不小于本項目最大屈服承載力的屈曲約束支撐的檢測報告。

（9）由于所采用支撐為耗能構(gòu)件屈曲約束支撐，相關(guān)專業(yè)生產(chǎn)廠家應(yīng)在制作安裝前現(xiàn)場測量，進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，完成屈曲約束支撐連接節(jié)點(diǎn)的深化圖紙，并經(jīng)設(shè)計單位確認(rèn)。

7.結(jié)束語

本工程采用防屈曲支撐方案后，結(jié)構(gòu)地震作用減少幅度約20%，因本工程由地震工況控制，地震作用減少后，框架梁柱截面及配筋減小的幅度較大，整體造價降低較為可觀。因此防屈曲支撐運(yùn)用在既有建筑加固中有較為可觀的前景。

參考文獻(xiàn)

[1]住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于房屋建設(shè)工程推廣應(yīng)用減隔震計算的若干意見建質(zhì)[2014]25號[R]

[2]防屈曲支撐手冊[S].某建筑減震科技有限公司

（作者單位：中船第九設(shè)計研究院工程有限公司）

【中圖分類號】TU352.1

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）10-0084-02