第３６卷第２ｌ期 ２ ０ １ ０年７月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．２１ Ｊｕ１．２０１０ ・５９・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１０）２１。００５９．０２ 屈曲约束支撑框架设计方法与算例分析 张 洁 摘要：结合国内规范体系，讨论了一套屈曲约束支撑构件布置、分析与设计方法，通过算例分析对比，研究了屈曲约束支 撑框架的优势与特色，为屈曲约束支撑框架的进一步研究奠定了理论基础。 关键词：屈曲约束支撑，设计方法，经济性，算例 中图分类号： 乃１８ 文献标识码：Ａ 支撑是钢结构框架体系的重要抗侧力构件，传统的带支撑框 按０．６Ｌ＋１．３Ｅｘ进行屈曲约束支撑构件验算。 架有中心支撑框架和偏心支撑框架，由于传统支撑在地震作用下 １．３构件设计 极易发生受压屈曲失稳，使结构的抗震能力下降。为了解决这一 屈曲约束支撑构件设计有两个设计概念：１）屈曲约束支撑的 问题，一些学者经研究提出一种新的能避免屈曲的支撑构件，称为 屈服承载力；２）屈曲约束支撑的弹性承载力。 屈曲约束支撑。这是一种在受拉和受压情况下都能达到屈服的消 前者屈服承载力是个极限设计概念，用于大震分析及相关连 能支撑构件，改善了传统支撑在受压时发生屈曲的缺点，提高了结 接与周围构件放大时采用，其核心概念是保证屈曲约束支撑进人 构的抗震性能。使用此屈曲约束支撑的框架体系，不仅具有良好 屈服时，但相关连接与周围构件还保持弹性状态，这样可充分发 的抗侧性能，而且提高了结构的韧性和抗震性能。屈曲约束支撑 挥屈曲约束支撑的耗能性能。后者弹性承载力是弹性设计概念， 在进入塑性状态后可以消耗大量的能量，将结构的振动能量转化 用于静力荷载与小震分析，采用与国内规范相同的可靠度体系考 为热能消散掉，从而起到降低结构动力反应的目的。目前，国内工 虑了材料分项系数。 程界对屈曲约束支撑的应用前景已经形成了广泛共识，但设计人 屈曲约束支撑构件约束屈服段的轴向受拉和受压屈服承载 ＝员对屈曲约束支撑框架的设计方法仍缺乏充分的了解。为此，本 力 ，可按下式计算： 文首先讨论了一套屈曲约束支撑构件布置、分析与设计方法，然后 通过算例分析对比，研究了屈曲约束支撑框架的优势与特色，供设 计人员参考使用。 ＿， ＸＡ１ （１） 其中，Ａ１为约束屈服段的截面面积；． 为芯板钢材的屈服强 度标准值。 ＿ｊｃ 八 ／＼ １屈曲约束支撑设计方法 １．１支撑形式与布置原则 在抗震区，普通支撑按设置形式区分主要有三种：单斜杆、Ｖ 形（倒ｖ形，即人字形）、Ｘ形。对屈曲约束支撑而言，ｘ形布置时 因为屈曲约束支撑中部毛截面较大，布置难以实现，因而屈曲约束 支撑宜采用单斜杆和Ｖ形或人字形布置。屈曲约束支撑应布置在 八 八 ／＼ ／＼ ｛ｇ 踏 ／＼ ／＼ ／＼ ／＼ 约支届普面｝肚鱼 ／－＼ Ｌ 一 一０ 楼层总剪力／ｋＮ 八八 能最大限度的发挥其耗能作用的部位，同时不影响建筑功能与布 置，并满足结构整体受力的需要。屈曲约束支撑依照以下原则进 行布置，在此基础上尽量减少使用屈曲约束支撑以获得最高的经 的楼层；３）竖向荷载作用下内力较小，可以后装的支撑；４）宜自七而 下连续布置，宜沿结构两个主轴方向分别设置。 １．２ 内力分析 ／＼ 图１ 平面框架示意图 图２框架楼层剪力对比 济Ｉ生：１）地震作用下内力较大的支撑；２）地震作用下层问位移较大 ２ 平面钢框撑设计算例对比 如图１所示为平面框架，跨度８ ｍ，层高３．６ ｍ。按８度设防 考虑。结构初始截面如下：框架梁ＨＮ６４６×２９９，框架柱：边柱： ＨＷ４５８Ｘ ４１７，中柱：ＨＷ５０２×４７０。采用普通支撑与屈曲约束支 普通支撑方案的截面：Ｉ－Ｉ３００×２２０×１４×１４。屈曲约束支撑 第一阶段抗震分析的地震作用和风荷载下，屈曲约束支撑框 撑两种结构方案进行对比。 架结构体系可以采用线弹性分析方法。屈曲约束支撑构件由于主 要用于承担强风与地震等水平荷载，所以在设计的时候应尽可能 芯板截面面积１６０×１６。平面普通支撑框架基本周期为１．６８ ｓ， 减少其承担的竖向荷载。如果屈曲约束支撑构件承担了过大的竖 而屈曲约束支撑框架基本周期为２．０６ Ｓ。因而普通支撑框架地 向荷载，将影响其在地震下的耗能性能。一般要求应用屈曲约束 震力要大于屈曲约束支撑框架，详见图２。以该平面框架为例，采 支撑构件在结构封顶以后再进行屈曲约束支撑构件的安装，所以 用屈曲约束支撑后总用钢量能节省１０％左右。 屈曲约束支撑构件一般不承担竖向恒荷载。但在设计软件分析 序的因素。所以，建议在屈曲支撑构件设计的时候，在荷载组合的 通过平面算例的分析，我们发现采用屈曲约束支撑后结构的 从计算过程可以看出，地震下强度与稳定的安全度相差近 中，我们往往各个工况的分析采用相同模型，没有考虑这些施工顺 地震力降低，所以结构的用钢量降低。 时候将恒载的内力取为０；或者在荷载组合构造器中，不叠加恒载 ４倍，即支撑在地震下的受压承载力与受压承载力相差近４倍。所 项。如：地震验算工况１．２Ｄ＋０．６Ｌ＋１．３Ｅ３．，在屈曲约束支撑构 以要满足地震下的支撑不屈服要求，支撑的截面要求比较大。而 件验算时，由于施工顺序的问题，将Ｄ工况对应的内力取为０或 由于支撑的截面加大，所以结构的抗侧刚度就加大，周期就减小。 收稿日期：２０１０—０３—２８ 作者简介：张洁（１９７１一），男，工程师，天颂建设集团有限公司，浙江温岭３１７５００ 第３６卷第２１期 －６０・ ２ ０ １ ０年７月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖ＿０１．３６Ｎｏ．２１ ≈ Ｊｕ１． ２０１０ Ｏ 文章编号：１００９—６８２５（２０１０）２１．００６０ ０２ 轴压比对钢筋混凝土柱延性影响的深入思考 李 涛 摘要：通过理论推导，结合建筑结构可靠度理论，分析了轴压比限值控制柱截面延性的理论含义，同时，讨论了影响柱 延性的其他因素，提出了慎重采取放宽轴压比限值的建议。 关键词：框架柱，轴压比，延性，可靠度 中图分类号：ＴＵ３７５．３ 文献标识码：Ａ １概述 柱作为构成结构整体体系的重要部位，在地震作用下应具有 良好的抗震性能，规范通过规定柱轴压比限值来控制柱在地震作 用下的延性，实现吸收和耗散地震作用输入的能量，为结构提供 经受强烈地震，防止倒塌的能力。因此，工程设计人员对轴压比 影响柱延性的概念应深入理解。 Ｎ ＝叭｛ ｚ ｆ Ａ ｓ一｛Ａｓ ＝ 厶如（ 。一号）＋ （ 。～ａ ） 设计值便于后面轴压比限值的讨论。 表１柱轴压比限值 抗震等级 框架柱 部分框支柱 Ｉ 一级 １ ０．７ １ ０．６ 二级 ０．８ ０．７ 三级 ０．９ （２） 式（１），式（２）中字母含义详见文献［３］，此处用标准值而不用 ２轴压比限值影响柱截面延性的理论意义 ２．１轴压比的理论含义 轴压比的定义：考虑地震作用组合的轴压力没讨值与柱全截 ＾ 框一剪，板柱墙及筒体 ０ｌ ７５ ０．８５ ０．９５ 根据《混凝土结构设计规范》第６．３．９条以及《建筑抗震设计 规范》６．４．４要求：“抗震设计时，柱宜采用对称配筋。” 式（１）中Ａ ＝Ａ ，则式（１）简化为： Ｎ＝口１ｆｃｄ，ｘ 混凝土）。 （３） 面面积和混凝土轴心抗压强度设计值的比值： ＝— 。 在ＧＢ ５００１０—２００２混凝土结构设计规范第１１．４．１６条和ＧＢ ５００１０．２００１建筑抗震设计规范（２Ｏ０８年版）第６．３．７条中，规定了 钢筋混凝土框架柱轴压比限值，见表１。 现从柱大偏心受压正截面承载力计算公式进行理解： 其中混凝土等级不大于（３５０时： １：１（这里暂不讨论高强度 通过以上算例可以发现，根据反应谱理论，只要结构周期大 于场地特征周期，那么随着自振周期增大，结构地震作用会减小， 即：结构越刚，所受的地震作用越大。与屈曲约束支撑结构相比， 普通支撑框架结构由于支撑截面面积的增大，结构刚度增大，使 得地震作用下结构吸收的地震力也显著增大，因而屈曲约束支撑 ０ ０．Ｉ １ １ ｉＴＲ ６．０ 结构整体造价低于普通支撑框架。但这个情况成立的前提是结 构抗风与抗小震的层间位移满足规范要求，并且结构是由地震力 组合控制。 参考文献： 图３ 抗震规范反应谱曲线 从图３可以发现，结构的周期加长，其地震响应力就减小，由 中心支撑方案的１．６８ ｓ（见图３中Ｉ点），加长到屈曲约束支撑方 案的２．０６ ｓ（见图３中２点），地震响应力有很大的减小；由于一般 ［１］李国强，孙飞飞，陈素文，等．大吨位国产ＴＪⅡ型屈曲约束支 撑的研制与试验研究Ⅲ．建筑钢结构进展，２ＯＯ９，１１（４）：２２－２６． ［２］Ｄ（ 厂ｒ ｊｏ８—３２—２００８，高层建筑钢结构设计规程［Ｓ］． ［３］ 上海市金属结构协会，同济大学多高层钢结构及钢结构抗 情况下我们采用振型叠加方法，屈曲约束支撑方案的各阶周期都 有加长，所以地震力有所减小，减小幅度达到１５％。由于结构是 地震工况控制，所以地震力减小后，结构构件的截面可以降低，最 终降低造价１０％左右。 火研究室．ＴＪ型屈曲约束支撑设计手册［Ｚ］．２００８． ［４］蔡玉军．屈曲支撑的动力性能分析［Ｊ］．山西建筑，２００９， ３５（８）：７７—７８． ３结语 ｂｕｃｋｌｉｎｇ－ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｒａｃｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅｓ ＺＨＡＮＧ Ｊｉｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｌｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｌａｙｏｕｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｕｃｋｌｉｎｇ－ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｒａｃｅｓ，ｉｔｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｕｃｋｌｉｎｇ－ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｒａｃｅｓ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅｓ，ＳＯ ａｓ ｔＯ ｌａｙ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ＯＨ ｔｈｅ ｂｕｃｋｌｉｎｇ－ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｒａｃｅ ｆｒａｍｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｕｃｋｌｉｎｇ－ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｒａｃｅ，ｄｅｓｉｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｅｃｏｎｏｍｉｇｃａｌ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅ 收稿日期：２０１０．０４．１６ 作者简介：李涛（１９７５一），男，工程师，上海江南建筑设计院有限公司，上海２０００４０
