防屈曲支撑结构的概念设计

《防屈曲支撑结构的概念设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第九届全国现代结构工程学术研讨会防屈曲支撑结构的概念设计陈志华李谦陈敖宜(天津大学建筑工程学院，天津300072)(天津市建筑设计院，天津300000)提要：防屈曲支撑作为一种新型的耗能减震构件，能够防止支撑在受压条件下屈曲，具有良好的力学性能和耗能能力，虽然缺乏相应的规程和完整的设计计算方法，但已经在我国开始得到应用。调研发现在防屈曲支撑的实际应用中概念设计显得尤为重要。本文介绍了防屈曲支撑的构造、原理、类型、使用范围、设防目标、建筑结构设计的性能和要求等，并结合国内外的研究成果和相关规范，总结了防屈曲支撑结构的基本要求、布置原则和数量估算等概念设计的一些相关原则。关键词：防屈曲支撑

2、，耗能，地震作用，设防，概念设计一、引言支撑可使框架结构具备更高的抗侧刚度。传统的带支撑框架有中心支撑框架和偏心支撑框架。可是，中震和强震时传统的中心支撑框架中的支撑会受压屈曲和受拉屈服，而受压屈曲不利于耗能减震。为了解决支撑受压屈曲的问题，日本、美国以及我国台湾等地区的一些学者经多年努力研发出一种能防止屈曲的支撑构件，称为防屈曲支撑(BucklingRestrainedBrace)。目前，由于地震是一种随机振动，有难于把握的复杂性，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前也难以做到。在结构分析方面由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素。因此，要进

3、行精确的抗震计算是比较困难的，所以，防屈曲支撑的抗震问题不能完全依赖“计算设计”，在很大的程度上还要取决与良好的“概念设计”。本文介绍了防屈曲支撑的构造、原理和类型，并结合国内外的研究成果和相关规范，总结了防屈曲支撑体系概念1设计一些相关原则。防屈曲支撑的构造和原理图l一1是防屈曲支撑BRB(Buckling—RestrainedBraced)的原理图。尽管目前BRB形式多样，但原理基本相似。支撑的中心是芯材，芯材被置于一个钢套管内，然后在套管内灌注混凝土或砂浆，并且在芯材和砂浆之间设有一层无粘结材料或非常狭小的空气层。其工作原理为：支撑结构在地震作用下所承受的轴向力作用全部由支撑中心

4、的芯材承受，该芯材在轴向拉力和压力作用下屈服耗能，而外围的钢套管和套管内灌注的混凝土或砂浆提供给芯材弯曲限制，避免芯材受压时屈曲。由于泊松效应，芯材在受压情况下会膨胀，因此在芯材和砂浆之间设有一层无粘结材料或非常狭小的空气层，可以减小或消除芯材受轴力时传给砂浆或混凝土的力。基金项目：新世纪优秀人才支持计划(NC盯)942工业建筑2009增刊第九届全国现代结构工程学术研讨会防屈曲支撑的截面形式图1防屈曲支撑原理图目前可以使用的防屈曲支撑截面形式是多种多样的，其基本截面形式如图1—2所示。其中，芯材有平板形(如图卜2(a)，(d)，(g)，(j))、十字形(如图卜2(c)，(h)，(1))

5、、工字形(如图1—2(b)，(e)，(i))、圆管形(如图卜2(f))和方管形(如图卜2(k))等。其中，(e),-L(k)中的芯材仅由型钢包围，在芯材与套管之间没有填充混凝土或砂浆。日画田国①O◇◇固蝌固围图2防屈曲支撑基本截面形式四、防屈曲支撑结构的使用范围防屈曲支撑在多遇地震下不发生屈服，不参与耗能，只提供附加刚度，在罕遇地震作用下提供附加刚度和附加阻尼。一般来说，防屈曲支撑适用于各种类型的建筑物，但结构越高、越柔、跨度越大、变形越大或抗震设防烈度越高，耗能减震的效果越显著，故防屈曲支撑尤其适用于高烈度区的多(高)层结构和大跨等结构中。《建筑抗震设计规范》(GB20011-200

6、1)规定，耗能减震结构主要适用于对使用功能有特殊要求的建筑及抗震设防烈度为8度、9度的建筑。防屈曲支撑可用于新建建筑，也可以用于既有建筑的抗震加固和震后震损结构的加固修复和提高，可以在较小或不提高原结构构件承载力的条件下，提高结构的抗震性能。工业建筑2009增刊943第九届全国现代结构工程学术研讨会五、防屈曲支撑结构的设防目标工程抗震设防的目的是在一定的经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏，保障人民生命财产的安全。为此，我过《建筑抗震设计规范》(GB20011-2001)明确提出了三水准抗震设防目标，即为“小震不坏，中震可修，大震不倒”。对于耗能减震结构，《建筑抗震设计规范

7、》(GB20011-2001)中又规定：采用隔震和消能减震设计的建筑，当遭遇到本地区多遇地震影响、抗震设防烈度地震影响和罕遇地震影响时，其抗震设防目标应高于本规范进行抗震设计的建筑的抗震设防目标。这明确规定了减震耗能结构的抗震设防目标应高于一般依靠自身强度及变形能力(延性)来抵抗地震的抗震设防目标。基于性能的抗震设计方法已经成为发展趋势，充分考虑不同建筑的性能要求，存在三种不同的设防目标。设防目标l：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。维持了抗震