基于BRB屈曲約束支撐的5層框架結構減震設計

楊圣輝 朱國品

（1.中鋼集團鄭州金屬制品研究院股份有限公司，河南鄭州 450001；2.昆明理工大學設計研究院，云南昆明 650500）

1 BRB屈曲約束支撐介紹

屈曲約束支撐作為結構的耗能元件，充當第一道抗震防線，吸收地震能，對主體結構起到有效保護作用[1]。BRB屈曲約束支撐由鋼套筒、填充料、無黏結材料、可屈服芯材組成，可以解決普通鋼支撐的失穩破壞的問題[2]。

2 工程概況

本工程位于云南省昆明市，建筑用途為綜合樓，建筑總高度為24.5 m。

建筑上部結構為5層，結構形式為框架結構。建筑結構設計使用年限為50年，抗震設防分類等級為重點設防類（乙類），抗震設防烈度為8度，基本地震加速度0.20g，地震分組第三組、場地類別Ⅲ類、框架抗震等級為一級。

3 減振設計

3.1 結構減震目標和性能目標

多遇、罕遇地震作用下的減震目標如表1所示。

表1 多遇、罕遇地震作用下的減震目標

性能目標及其設計方法如表2所示。

表2 性能目標及其設計方法

3.2 減震器的布置方案

減震器位置在樓層平面內遵循“對稱、分散、均勻”原則，設置于2、3、4層，X向24個，Y向12個，共計36個。

屈曲約束計算模型如圖1所示。

圖1 屈曲約束計算模型

3.3 地震波的選取

依《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）規定，在統計意義上多組時程曲線的平均地震影響系數曲線與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線應相符，選取2條人工波即REN1、REN2，5條實際強震記錄即SCB1～SCB5。

地震波峰值加速度按8.0度采用，SCB1-1983 Parkfield-Fault Zone 10測震臺站記錄；SCB2-1992 Hesperia-4th&Palm測震臺站記錄；SCB3-1994 Anaverde Valley-City R測震臺站記錄；SCB4-1999 Joshua Tree N.M.-Keys View測震臺站記錄；SCB5-1987 Torrance-W 226th St測震臺站記錄。

3.4 彈性時程分析

SAP模型中BRB屈曲約束支撐采用非線性單元Plastic（Wen）模擬。減震結構與非減震結構層間剪力比為0.91～0.96，阻尼器出力占樓層剪力比值為19%～27%。

結構層間位移角：X向最大為1/957，Y向為1/929；反應譜作用：X向最大為1/777，Y向為1/698；均滿足規范要求和原定減震目標。

BRB屈曲約束支撐小震下的受力均小于BRB的屈服力，位移均小于屈服位移，滿足“小震彈性”的設計目標。

5條強震記錄和2條人工模擬時程曲線如表2所示。

表2 5條強震記錄和2條人工模擬時程曲線的對比結果

反應譜曲線及加速度時程曲線如圖2所示。

圖2 加速度時程曲線和反應譜曲線

小震下各層樓層剪力如表3所示。

表3 小震下各層樓層剪力

3.5 彈塑性時程分析

（1）大震模型的建立。

本工程減震結構的彈塑性時程分析采用大型有限元分析軟件SAP2000進行。SAP2000軟件強大的非線性動力分析功能，能夠較準確地分析主體結構進入塑性的變形特征和減震器在大震下的受力特性。在SAP2000中，采用Plastic（Wen）連接單元模擬減震器，主體結構的框架梁、柱均定義為塑性鉸。

（2）彈塑性時程分析結果。

計算結果取7條波的平均值。

本工程結構的層間位移角在罕遇地震作用下，減震目標不大于1/100，減震后層間的位移角為X向1/156、Y向1/171，均滿足減震目標。對減震前后最大層間位移角進行對比，設置消能器后，層間位移降低率達到0.75，滿足要求。

X、Y方向減震后最大位移角曲線如圖3所示。

圖3 X、Y方向減震后最大位移角對比曲線

4 結語

小震地震作用下，BRB僅提供剛度，結構保持彈性；結構在罕遇地震作用下，局部少數構件出現塑性鉸，且梁塑性鉸先于柱鉸出現，結構層間位移角為X向1/156、Y向1/173，設置BRB后，結構抗震耗能性能良好，能夠有效地保證結構安全，達到預期的減震目標。大震作用下，X、Y兩個方向BRB屈曲約束支撐均進入塑性滯回耗能階段，耗能性能良好，可以為結構主體的安全提供有力保證。