楊 建 忠

(大同二院建筑設(shè)計研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037008)

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關(guān)于屈曲約束支撐在多遇地震作用下應(yīng)用分析

楊 建 忠

(大同二院建筑設(shè)計研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037008)

介紹了屈曲約束支撐在結(jié)構(gòu)中的工作原理，并結(jié)合某重點設(shè)防類醫(yī)院建筑工程實例，闡述了屈曲約束支撐在結(jié)構(gòu)中的具體應(yīng)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(guī)范計算要求。

屈曲約束支撐，高層建筑，地震，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)

1 工程概況

某重點設(shè)防類醫(yī)院建筑，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層，地上24層，結(jié)構(gòu)主體高度92.700 m。該項目位于8度區(qū)，基本地震加速度0.20g，設(shè)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(shè)計使用年限50年。

根據(jù)建筑使用功能及響應(yīng)國家政策條文要求，采用屈曲約束支撐消能減震設(shè)計來進一步提高建筑物的可靠性和安全性，工程設(shè)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(yīng)用于多高層建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)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(nèi)芯、外包約束構(gòu)件以及在上述兩者之間所設(shè)置的無粘結(jié)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(xiàn)全截面充分屈服耗散地震能量而不會出現(xiàn)支撐構(gòu)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(jié)構(gòu)梁端形成塑性鉸的耗能方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹辉诜狼尾考霞泻哪?，而主體結(jié)構(gòu)大部分保持彈性，從而能夠較好地保護主體結(jié)構(gòu)(梁、柱)使其在大震當中免受嚴重損傷，給震后修復(fù)帶來方便。

考慮本建筑高度較高且處于8度設(shè)防區(qū)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(tài)，支撐為結(jié)構(gòu)提供附加剛度。

3 主樓彈性計算及結(jié)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(jīng)對比，兩種軟件整體控制指標接近，計算有效可靠。

結(jié)構(gòu)嵌固端位于地下室頂，取上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(fēng)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(jié)構(gòu)模態(tài)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(tài)周期與振型方向因子

以上分析數(shù)據(jù)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(zhì)量參與系數(shù)如表2所示。

表2 兩種程序不同方向振型質(zhì)量參與系數(shù)

計算的振型質(zhì)量參與系數(shù)均超過規(guī)范規(guī)定的90%的要求。

第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動周期的比值，遠小于規(guī)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(jié)果滿足JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)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(shù)為0.032。本工程樓層剪重比均滿足規(guī)范限值要求?；准袅Ρ纫姳?。

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(cè)剛度與相鄰樓層側(cè)向剛度的比值。

由此可以看出，結(jié)構(gòu)所有樓層的抗側(cè)剛度均滿足JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第3.5.2條規(guī)定的相鄰樓層側(cè)向剛度的要求，結(jié)構(gòu)不存在薄弱層。

3.5 抗剪承載力對比

根據(jù)JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)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(jié)構(gòu)所有樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不應(yīng)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(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第3.5.2條的要求，結(jié)構(gòu)不存在薄弱層。

3.6 傾覆力矩百分比

根據(jù)JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第8.1.3條，結(jié)構(gòu)傾覆力矩百分比對比如表8，表9所示。

3.7 抗傾覆和穩(wěn)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(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的計算中，可不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響。

綜上所述，采用兩個軟件得到的計算結(jié)果相近，各項指標一致；結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足規(guī)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(shù)。

[1] GB 50011—2001，建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2008版)[S].

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[8] ANSI/AISC 341—05，Seismic Provisions for Structural Steel Buildings[S].

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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