屈國紅

（山西省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西太原 030013）

0 引言

在當(dāng)前社會(huì)大力推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的背景下，鋼框架結(jié)構(gòu)由于其易于裝配、節(jié)能環(huán)保、輕質(zhì)高強(qiáng)、施工周期短等諸多優(yōu)勢被廣泛采用。但純鋼框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小，在高烈度區(qū)，由于地震作用力較大，即使是用于多層建筑，往往也要采用較大的梁柱截面才能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范所要求的各項(xiàng)整體控制指標(biāo)，而過大的梁柱截面又會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不能充分利用，還可能影響建筑的使用功能。近些年來，通過對設(shè)有屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)形式的不斷深入研究表明：屈曲約束支撐（BRB）工作性能穩(wěn)定，耗能良好，若在主體結(jié)構(gòu)中布置適量的BRB，則可減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，在梁柱截面保持經(jīng)濟(jì)的同時(shí)又能顯著提高結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防能力[1]。

1 工程概況及方案選定

本工程為山西太原轉(zhuǎn)型綜改示范區(qū)某辦公樓。建筑主體為地下兩層，地上五層，總高度為22.8m。設(shè)防烈度Ⅷ度（0.20g），地震分組二組，場地類別Ⅲ類，特征周期為0.55s，抗震設(shè)防類別丙類。結(jié)構(gòu)體系選用鋼框架—屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)。工程所使用的主要構(gòu)件參數(shù)見表1。

表1 結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件參數(shù)

由于本工程地上3～5 層，建筑平面呈“L”型布置，且凹凸尺寸較大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)所帶來的不利影響較大，且結(jié)構(gòu)主體為鋼結(jié)構(gòu)，側(cè)向剛度相對較小，而本工程又位于8 度設(shè)防地區(qū)，如不采取有效措施即使在多遇地震作用下，所計(jì)算的結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)也較難滿足規(guī)范要求。

如采用鋼框架普通支撐結(jié)構(gòu)體系，普通鋼支撐受壓易屈曲失穩(wěn)，影響結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，并且鋼材的強(qiáng)度不能得到有效利用，鋼支撐的耗能能力也無法充分發(fā)揮。因此對鋼支撐的長細(xì)比要求控制較為嚴(yán)格，若加大支撐的截面則導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的梁柱截面尺寸隨之加大，進(jìn)而增加整體工程的成本，十分不經(jīng)濟(jì)。

如采用鋼框架—屈曲約束支撐體系，由于BRB 采用特殊構(gòu)造能有效避免受壓屈曲，從而充分發(fā)揮支撐的耗能能力，且其工作性能穩(wěn)定，在大震下能有效減小主體結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，進(jìn)而保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的柱和梁使其避免遭受嚴(yán)重?fù)p傷，對震后的修復(fù)工作也比較便利，同時(shí)可減小主體結(jié)構(gòu)梁、柱構(gòu)件的截面尺寸，使結(jié)構(gòu)體系更經(jīng)濟(jì)合理[2]。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

本工程用YJK 程序建立模型，對其在小震作用下進(jìn)行彈性時(shí)程分析，并采用YJK-EP 程序分析其大震下進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析。在建立模型時(shí)考慮帶地下室進(jìn)行分析時(shí)地震作用的不確定性，為了使分析結(jié)果更加具有參考性，對本結(jié)構(gòu)實(shí)際模型進(jìn)行適當(dāng)簡化，去掉地下室只保留上部的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型的建立及分析。

2.1 地震波的選取

地震波選擇的合適與否對結(jié)構(gòu)的時(shí)程分析具有重要意義。本文依據(jù)文獻(xiàn)[3]的選波相關(guān)規(guī)定選取3 條符合條件的地震波。其中條天然波分別為Mt.Lewis_N0_502,Tg（0.55）和San Fernando_N0_57,Tg（0.55）。1 條人工波為Artwave-RH4TG055,Tg（0.55）。

2.2 小震作用下的相關(guān)指標(biāo)計(jì)算及典型支撐的滯回曲線圖

小震作用下，主體結(jié)構(gòu)X 向的最大層間位移角為1/340＜1/250，另一主軸Y 向的最大層間位移角為1/382＜1/250。結(jié)構(gòu)兩主軸方向的彈性層間位移角均滿足文獻(xiàn)[3]5.5.1 款的要求。提取結(jié)構(gòu)的前三階振型和周期見表2，可知前兩階振型分別為X 向和Y 向的平動(dòng)，第三振型出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，結(jié)構(gòu)周期比為0.827/1.1816=0.7，整體的抗扭剛度較為良好。

表2 結(jié)構(gòu)的前三階振型周期

再以天然波Mt.Lewis_N0_502,Tg（0.55）為例，查看小震下首層A 軸方向BRB 的內(nèi)力滯回曲線見圖1，主體結(jié)構(gòu)的能量曲線見圖2。

圖1 內(nèi)力滯回曲線

圖2 能量曲線

由圖1、圖2 可知，在小震作用下，地震動(dòng)所輸入的能量主要是由結(jié)構(gòu)的整體阻尼來消耗，BRB 并未屈服，其作用是給結(jié)構(gòu)每層提供抗側(cè)剛度和抗扭剛度，以滿足小震下結(jié)構(gòu)層間位移角限值、周期比等整體指標(biāo)，與結(jié)構(gòu)方案確定的目標(biāo)基本一致。

2.3 大震作用下的層間位移角及典型支撐的滯回曲線圖

大震作用下，仍以天然波Mt.Lewis_N0_502，Tg（0.55）為例，查看結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角，得出X 方向最大值為1/83＜1/50，Y 方向的最大值為1/79＜1/50。其值均滿足文獻(xiàn)[3]5.5.5 款的要求。大震下首層A 軸方向BRB 的內(nèi)力滯回曲線見圖3，主體結(jié)構(gòu)的能量曲線見圖4。

圖3 內(nèi)力滯回曲線

圖4 能量曲線

由圖3、圖4 可知，在大震下BRB 開始屈服耗能，內(nèi)力滯回曲線飽滿充分，耗能良好，且BRB 消耗的能量占主要地位，從而減輕主體結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)達(dá)到保護(hù)結(jié)構(gòu)的目的。

3 結(jié)語

綜上所述，本工程位于地震高烈度區(qū)，采用鋼框架—屈曲約束支撐體系后，結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下，布置的屈曲約束支撐保持彈性狀態(tài)，為主體提供一定的抗側(cè)移和扭轉(zhuǎn)剛度，以滿足小震設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定；當(dāng)遭受罕遇地震作用時(shí)，屈曲約束支撐開始出現(xiàn)屈服并表現(xiàn)良好的耗能能力，從而減輕主體的地震響應(yīng)，使層間彈塑性位移角滿足限值要求，保證結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)陌踩珒?chǔ)備。