屈曲约束支撑安装施工工法_图文_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
屈曲约束支撑安装施工工法
上传于||暂无简介
阅读已结束，如果下载本文需要使用0下载券
想免费下载更多文档？
定制HR最喜欢的简历
下载文档到电脑，查找使用更方便
还剩95页未读，继续阅读
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢屈曲约束支撑设计手册 屈曲约束支撑屈曲约束支撑设计手册(第四版)_屈曲约束支撑
TJ屈曲约束支撑设计手册刊首语TJ屈曲约束支撑、中震不坏、大震易修、余震不倒”=“小震经济小震经济、中震不坏、大震易修、余震不倒”结构抗震设防的三原则：“小震不坏、中震可修、大震不倒”。采用TJ屈曲约束支撑设防后，可以使建筑结构抗震性能更上一层楼，全面实现：小震经济TJ屈曲约束支撑由于没有受压稳定问题，其在风载与小震下构件承载能力比普通支撑提高2-10倍，支撑构件越长其承载能力提高越多。相同承载力条件下与普通支撑相比，其截面可大大减小，所以结构的抗侧刚度变柔，周期相应加大。根据上图的反应谱曲线可以看出，结构周期加长，其地震反应就减小，周期由中心支撑方案1点增加到屈曲约束支撑方案2点，地震反应加速度有很大的降低；采用屈曲约束支撑方案后各阶周期都有增加，所以各阶振型的地震反应都减小，减小幅度一般为10-25%。如果结构由地震工况控制，地震作用减小后，所有构件截面都可以减小，一般可降低结构整体造价10-30%。中震不坏TJ屈曲约束支撑具有明确的屈服承载力，在中震下率先屈服耗能，可起到结构“保险丝”的作用，保护梁柱等重要的主体结构在中震下不屈服。此外，对于一般的中震情况，屈曲约束支撑产生的塑性变形并不大，经过检查后大部分可以继续使用。TJ屈曲约束支撑设计手册大震易修TJ屈曲约束支撑在弹塑性阶段工作时，变形能力强、滞回性能好，就如同一个性能优良的耗能阻尼器，比同类结构抵御大震的能力更强，使结构真正做到了大震安全。大震后对于发生较大屈服变形的TJ屈曲约束支撑也可以方便地更换，不影响建筑使用。而传统的梁端塑性铰耗能破坏，损坏部分的梁拆除时，需要大面积临时支撑楼板或拆除楼板，极大地影响建筑使用。余震不倒随着建筑物重要性的提高，部分建筑不仅要实现大震不倒的基本要求，还需要在地震后的余震中不会倒塌。通过合理布置TJ屈曲约束支撑，保护了主体结构不产生过大塑性变形，从而保证竖向承重构件不会在余震中倒塌，建筑物就能实现“余震不倒”的效果，避免发生新西兰地震中的破坏。产品分类：屈曲约束支撑产品包括耗能型屈曲约束支撑、承载型屈曲约束支撑及屈曲约束支撑型阻尼器三种。本手册主要介绍耗能型和承载型屈曲约束支撑的设计方法，阻尼器详见附录。产品部分应用实例：钢框架支撑结构：上海世博中心为中国2010年世博会四大永久场馆之一，总建筑面积约14万平方米，其中地上建筑面积10万平方米，地下室建筑面积4.2万平方米，地上建筑由两个单体组成，西侧为会展区，东侧为会议区。会展区南北长约90米，东西长约162米，地下1层，地上7层，屋面高度约39米。结构采用8度设防，在结构关键部位采用108根TJ屈曲约束支撑构件产品，起到了大幅降低结构用钢量的良好经济效果。山西宾利国际商务公寓位于太原市小店区，东临人民路，南临先锋街。由两栋百米的双塔构成，建筑造型中西合璧，具有鲜明的时代特征；建筑结构采用钢框撑架结构形式，建成后成为山西省第一座高层钢结构的标志性建筑。由于太原市为八度设防，所以在核心筒部分的钢支撑中采用54根TJ屈曲约束支撑，一方面起到了抗侧刚度的作用，另一方面使结构在大震下具有良好的耗能能力，增强了结构抗震性能。TJTJ屈曲约束支撑设计手册屈曲约束支撑的应用极大地提高了高烈度设防地区的建筑抗震能力。阿富汗Marriott五星级酒店位于阿富汗首都喀布尔，地下一层，地上6层，采用了屈曲约束支撑框架结构体系，按照美国规范设计。采用TJ屈曲约束支撑比采用普通钢结构支撑能使结构地震作用降低30%，节省了15%的用钢量。混凝土框架支撑结构：大量工程实践表明，总层数为6－12层的混凝土结构，通长需要增加抗侧力构件，如果设置混凝土剪力墙，会使结构过刚，增加结构配筋，基础费用增加，结构耗能能力较差。通过设置屈曲约束支撑的方法能够使结构刚度合理，既满足变形要求，又不增加配筋，且提高施工速度。虹桥综合交通枢纽公共事务中心公共服务中心大楼位于上海市虹桥交通枢纽西交通中心西南角，总建筑面积约28400m2，其中地下2层、地上8层，工程采用混凝土框架屈曲约束支撑结构体系，在六、七、八层及屋面层设有连体结构，连体部分采用钢结构，和塔楼间采用强连接。在适当的位置设置TJ屈曲约束支撑，来避免刚度中心与质量中心之间存在过大的偏心，减少结构地震扭转效应。保证了在地震作用下屈曲约束支撑先屈服耗能，使得整体结构在有足够抗侧刚度的同时又有较好的延性。山西图书馆位于太原市，为平面不规则结构，需要采取支撑增大结构的抗扭刚度，且宜增设耗能构件。在结构初步设计中采用了混凝土支撑的形式。混凝土支撑耗能能力差，且在大震作用下由于混凝土的开裂破坏，支撑将失效，结构扭转严重，安全性能降低。在初始方案中，整体结构的主要耗能部件为混凝土梁柱，震后修复将极为困难。采用TJ屈曲约束支撑后，结构耗能能力和延性性能都能得到较大的提高。在弹性阶段，支撑同样能起到混凝土支撑的作用，提高结构抗扭刚度。在大震作用下，支撑耗能，减小主体框架的损伤，起到“保险丝”的作用。TJ屈曲约束支撑设计手册上海市防震减灾中心大楼共10层，地下1层，地上9层，为混凝土框架－屈曲约束支撑结构体系。由于该楼为上海市震后抗震减灾指挥中心，其抗震设防等级高于上海市标准，按8度抗震设防。作为结构主要抗侧力体系和第一道抗震防线设置的TJ屈曲约束支撑在小震下为结构提供抗侧刚度，在罕遇地震作用下率先进入屈服耗能，吸收地震输入结构的能量，保护混凝土框架梁、柱不受地震作用发生破坏。全楼共设置75根屈曲约束支撑，屈服承载力分别为800kN和1300kN。框架筒体结构：在框架筒体结构体系中，主要抗侧力体系为核心筒，如果核心筒偏置，通常会导致结构刚心和质心距离较大，结构扭转效应明显。采用屈曲约束支撑后能有效增大结构扭转刚度，同时提高结构耗能能力，起到阻尼器的作用。三林体育中心训练馆为钢筋混凝土核心筒－钢筋混凝土框架结构体系，混凝土核心筒完全布置在结构的一侧，因而在偏离核心筒的两个角部设置TJ屈曲约束支撑来增强结构的抗扭刚度，并且增加结构的耗能能力。与设置普通支撑的方案相比，屈曲约束支撑外观尺寸减小了一半，结构地震作用减小了8%。兰州云天酒店位于兰州，坐落于黄河岸边，建筑表现为伟大诗人李白的诗句“君不见黄河之水天上来”的意境。建成后将成为兰州最高的建筑。结构体系为钢筋混凝土核心筒－钢框架混合结构。由于核心筒不能布置在结构的质心位置，导致扭转效应明显。采用TJ屈曲约束支撑后，不仅增加了结构抗扭刚度，使结构抗扭刚度以及扭转位移比都满足设计要求，同时减少了结构用钢量，增强了结构耗能能力，减小了罕遇地震下的结构位移反应。大跨结构：大型场馆、工业厂房建筑，在短轴方向往往是由平面桁架或平面刚架构成，而在长轴方向设置支撑提供结构抗侧刚度，传递地震力等其他水平力，支撑杆件为结构中重要构件，设置屈曲约束支撑不仅可以提高结构抗震能力，还能减小支撑的外观尺寸。东方体育中心综合馆采用圆钢管拱桁架结构体系，在结构纵向设置屈曲约束支撑提高结构的抗震性能，与普通钢支撑相比，采用屈曲约束支撑后结构在大震下的位移减小了30%，且拱桁架的主体钢构件在大震下都保持弹性TJ屈曲约束支撑设计手册状态。结构加固：在国外，屈曲约束支撑在结构加固中已经得到了大量使用。上海恒丰中学、山东郯城县医院、上海金融学院结构加固采用了TJ屈曲约束支撑。不仅减少了加固的工程量，降低了造价，且提高了结构设防等级，增强了结构耗能能力。上海市恒丰中学教学楼建于十多年前，为混凝土框架结构体系。由于学校规模的发展，现有的教室数量已不满足需求，因而需要在现有的5层基础上再增加一层。汶川地震后，要求学校教学楼建筑应提高安全等级。根据该要求，恒丰中学教学楼抗震设防烈度由7度（0.10g）提高至7度（0.15g），框架抗震等级提高至二级。采用屈曲约束支撑抗震加固后提高了结构的抗侧刚度、承载力和结构耗能能力，且缩短了工期，节约了加固成本。使结构满足了提高一级抗震设防等级的要求。上海金融学院图文展示中心和院系办公楼均由仓库改建而成。经计算发现原结构抗侧刚度和抗扭刚度均不满足规范要求。为了提高结构在小震作用下的抗侧刚度和抗扭刚度，同时满足现行《抗震规范》的要求，在原结构的关键部位设置了TJ屈曲约束支撑。TJ屈曲约束支撑设计手册目第一章录绪论...................................................................................................................................11.1基本原理...........................................................................................................................11.2产品优点...........................................................................................................................21.3本设计手册主要内容.......................................................................................................3第二章产品性能与验收标准.......................................................................................................42.1产品性能...........................................................................................................................42.2芯板材性...........................................................................................................................62.32.4低屈服点钢材和普通低碳钢屈曲约束支撑性能对比....................................................7产品验收标准...................................................................................................................8第三章设计方法.........................................................................................................................103.1支撑布置原则.................................................................................................................113.2支撑等效截面面积..........................................................................................................113.33.4支撑变形与楼层位移的关系.........................................................................................12支撑承载力.....................................................................................................................133.4.13.4.23.4.33.53.5.13.5.23.6.13.6.2设计承载力........................................................................................................13屈服承载力........................................................................................................14极限承载力........................................................................................................14风载与小震下承载力要求................................................................................15支撑外套筒抗弯刚度要求................................................................................15工程概况............................................................................................................16PKPM软件屈曲约束支撑设计过程................................................................173.6.2.1定义屈曲约束支撑...............................................................................173.6.2.2布置屈曲约束支撑...............................................................................183.6.2.ABS、MIDAS和MTS四种软件进行屈曲约束支撑结构设计的方法。根据各国规范，总结了屈曲约束支撑框架延性设计方法。第四章：根据国内外屈曲约束支撑的应用特点，总结了6种不同的应用模式。第五章：结合一个实例，给出了屈曲约束支撑结构设计全过程。在本手册的最后部分，给出了TJ屈曲约束支撑的命名规则、常见问题及相应回复。3TJ屈曲约束支撑设计手册第二章2.1产品性能产品性能与验收标准按照构造形式分类，TJ屈曲约束支撑产品目前有TJI型与TJII型两种型号，都由同济大学多高层钢结构与钢结构抗火研究室研制，是国内首个实现产业化的国产屈曲约束支撑产品（如图2.1）。其中，TJI型屈曲约束支撑为纯钢约束型，约束套筒采用方型或矩形钢管，套筒与芯板之间无填充材料，通过特殊的加劲肋设计实现对芯板约束屈服段的约束效应；TJII型屈曲约束支撑约束套筒也采用钢管，套筒与芯板之间采用填充材料实现对芯板的屈曲约束作用。图2.1TJ屈曲约束支撑产品实物图按照使用功能分类，TJ屈曲约束支撑有耗能型屈曲约束支撑、承载型屈曲约束支撑和屈曲约束支撑阻尼器三种类型。耗能型屈曲约束支撑既能保证构件不屈曲，还能保证芯板屈服后的耗能能力。而承载型屈曲约束支撑仅约束构件的屈曲。当屈曲约束支撑既要用于提高结构刚度、承载力，又要用于结构的耗能构件时候，应选用耗能型屈曲约束支撑。当支撑仅用于提高结构的刚度及承载力，则可选用承载型屈曲约束支撑，承载型屈曲约束支撑设计中根据设计性能目标要求确定支撑的屈服强度。屈曲约束支撑型阻尼器的设计方法同位移型阻尼器，具体设计方法可参考现行国家标准《建筑抗震设计规范》（GB）相关章节。耗能型屈曲约束支撑的芯板采用低屈服强度钢材（钢材牌号为Q160LY和Q225LY）或普通低碳钢（Q235钢）。承载型屈曲约束支撑芯板采用普通低碳钢（Q235钢）或其他高强钢（Q345钢、Q390钢、Q420钢）。屈曲约束支撑型阻尼器的芯板采用低屈服强度钢材（钢材牌号为Q100LY、Q160LY和Q225LY）大量实验证明，TJI型与TJII型屈曲约束支撑的产品性能，均满足美国ANSI/AISC341-05（美国钢结构抗震设计规范）、国家标准《建筑抗震设计规范》（GB）以及上海市标准《高层建筑钢结构技术规程》（DG/TJ08-32-2008）、中国工程建设标准化协会标准《端板式半刚性连接钢结构技术规程》（CECS260:2009）和上海市推荐性标准《TJ屈曲约束应用技术规程》（DBJ/CT105-2011）中关于屈曲约束支撑的技术要求（试验结果见图2.2、图2.3、表2-1）。4TJ屈曲约束支撑设计手册3,0002,000轴向力(kN)轴向力(kN)1,000-1,000-2,000-3,000轴向变形(mm)轴向变形(mm)(a)Q160国产低屈服点钢芯板2,000(b)Q195国产低碳钢芯板3,0001,2,0001,000轴向力(kN)0-500轴向力(kN)500-1,000-1,000-1,500-2,000-2,000-3,000-50-40-30-20-0轴向变形 (mm)轴向变形 (mm)(c)Q225国产低屈服点钢(d)Q235国产低碳钢芯板图2.23,000TJI型屈曲约束支撑轴力与轴向变形滞回曲线4,02,000力(kN)轴向轴向力(kN)1,0001,000-1,000-1,000-2,000-2,000-3,000-3,000-4,000轴向变形(mm)轴向变形(mm)(a)Q160国产低屈服点钢芯板(b)Q195国产低碳钢芯板2,0001,000轴向力(kN)轴向力(kN)-1,000-2,000轴向变形(mm)轴向变形 (mm)(c)Q225国产低屈服点钢(d)Q235国产低碳钢芯板图2.3TJII型屈曲约束支撑轴力与轴向变形滞回曲线5TJ屈曲约束支撑设计手册20001000轴向力(KN)-1000-2000-60-40-轴向变形(mm)图2.4新日铁屈曲约束支撑轴力与轴向变形滞回曲线表2-1TJ屈曲约束支撑产品试验结果对比表序号芯板材料Q160Q195Q225Q235Q160Q195Q225Q235Q225屈服承载力(t)132最大相对变形1/601/601/801/601/801/801/801/801/80相当于层间位移角1/301/301/401/301/401/401/401/401/40最大拉力(t)175最大压力(t)190应变强化系数2.561.631.481.742.141.691.611.691.33屈服位移Dy(mm)1.823.455.172.815.416.052.232.433.04累计塑性变形(×Dy)7242TJI-1TJI-2TJI-3TJI-4TJII-1TJII-2TJII-3TJII-4新日铁同新日铁屈曲约束支撑产品对比，TJI型与TJII型屈曲约束支撑在性能上与新日铁屈曲约束支撑产品性能（图2.4）相当，并具有很好的稳定性。2.2芯板材性耗能型屈曲约束支撑芯板材料共有两大系列，分别是低屈服点钢系列和低碳钢系列。耗能型屈曲约束支撑并不要求一定采用低屈服点钢材，只要材料性能满足要求，即可达到屈曲约束支撑基本的性能要求。承载型屈曲约束支撑可采用普通低碳钢和其他高强钢。屈曲约束支撑型阻尼器一般采用低屈服点钢制作而成。屈曲约束支撑芯板材料性能要求（见表2-2）：表2-2屈曲约束支撑芯板屈服段钢材性能指标屈曲约束支撑类型耗能型屈曲约束支撑屈曲约束支撑型阻尼器≤0.8≥40%≤0.8≥30%屈强比伸长率冲击功韧性≥27J（常温）≥27J（0℃）屈服强度波动范围Q160LY(140MPa~180MPa)Q225LY(205MPa~245MPa)Q235(235MPa~295MPa)Q100LY(80MPa~120MPa)Q160LY(140MPa~180MPa)Q225LY(205MPa~245MPa)6TJ屈曲约束支撑设计手册≥27J（常温）≥27J（常温）Q235(≥235MPa)Q345(≥345MPa)Q390(≥390MPa)Q420(≥420MPa)承载型屈曲约束支撑≤0.8≤0.85≥20%≥20%注：芯板钢材牌号命名参考国家标准《建筑用低屈服强度钢板和钢带》低屈服点钢是一种新的钢种，其主要特点是屈服点稳定，其波动范围一般控制在±20MPa的范围内，此外具有更好的延伸率。采用低屈服点钢材制作的屈曲约束支撑延性性能更好，能抵御多次地震作用。低屈服点钢材常见型号有屈服点强度为160MPa和225MPa两种。国产低屈服点钢板（如图2.5）的材料力学性能见表2-3。图2.5宝钢低屈服点钢材产品图样表2-3BLY160和BLY225钢板力学性能屈服强度钢材板厚Rp0.2,MPa规定值BLY16020mm板试验值40mm板试验值规定值BLY22530mm板试验值55mm板试验值160±2225±2、210Rm,MPa220-311、5YR,%≤≤、67A50mm,%≥≥、45抗拉强度屈强比伸长率0℃冲击功Akv,J≥2≥、2522.3低屈服点钢材和普通低碳钢屈曲约束支撑性能对比目前，国产低屈服点钢有Q100、Q160、Q225三个牌号，宝钢与鞍钢生产。宝钢冠名以BLY，而鞍钢称之为ALY，用以表示不同钢厂生产的低屈服点钢。例如对于屈服强度目标值为160MPa的钢材，宝钢牌号为—BLY160，而鞍钢牌号为—AQ160GJC。采用普通低碳钢和低屈服点钢制作的屈曲约束支撑都能满足相关规范的要求，但又具有一定差别。以Q225与Q235作为耗能核心制作的屈曲约束支撑性能对比为例，说明其差别。Q225LY与Q235钢材性能对比★屈服强度LY225钢材屈服强度有严格的上下限：225±20MPa，性能更为稳定；Q235钢材屈服强度仅规定了下限值：屈服强度≥235MPa；7TJ屈曲约束支撑设计手册★应变强化系数强化系数ω强化系数ω核心平均应变核心平均应变(a)LY225应变强化系数(b)Q235应变强化系数上图为30多个足尺TJ屈曲约束支撑应变强化系数的统计结果，可见Q225钢与Q235钢材的应变强化系数均值在相同应变率下比较接近，但Q235钢材的应变强化变异系数较大。★滞回性能对比通过两个足尺TJ型屈曲约束支撑构件试验进行对比，试件分别以Q225与Q235作为耗能核心。试验结果表明，两根屈曲约束支撑的性能均远远超过《建筑抗震设计规范》(GB)的要求，不但完成了标准加载制度，Q235钢材制作的屈曲约束支撑在1/80支撑长度下的循环疲劳加载达50多圈，而Q225钢制作的屈曲约束支撑在相同加载级别下，疲劳循环达到90圈。因此，不论采用Q225或Q235作为TJ型屈曲约束支撑的核心，完全能够满足相关规范要求。由于Q225钢材性能优良，故价格较贵，供货周期较长，但Q225钢材制作的屈曲约束支撑低周疲劳性能，屈服强度与应变强化系数的稳定性要优于Q235钢材制作的屈曲约束支撑。2.4产品验收标准对于不同类型的屈曲约束支撑产品，其验收标准亦有区别。我国的2010版《建筑抗震设计规范》（GB）和上海市推荐性标准《TJ屈曲约束应用技术规程》（DBJ/CT105-2011）提出了屈曲约束支撑产品的验收方法。针对三种类型的屈曲约束支撑产品，其验收标准为：（1）屈曲约束支撑应按照同一工程中支撑的构造形式、芯板材料和屈服承载力分类进行抽样试验检验，构造形式和芯板材料相同且屈服承载力在50%至150%范围内的屈曲约束支撑划分为同一类别。（2）每种类别抽样比例为2%，且不少于1根。（3）对耗能型屈曲约束支撑，试验时依次在1/300，1/200，1/150，1/100支撑长度的拉伸和压缩往复各3次变形。试验得到的滞回曲线应稳定、饱满，具有正的增量刚度，且最后一级变形第3次循环的承载力不低于历经最大承载力的85%，历经最大承载力不高于屈曲约束支撑极限承载力计算值的1.1倍。然后在1/150支撑长度的位移幅值下往复循环30圈后，屈曲约束支撑的主要设计指标误差和衰减量不应超过15%，且不应有明显的低周疲劳现象。（4）对屈曲约束支撑型阻尼器，试验时在n倍（n应不小于10）的阻尼器屈服位移下往复循环30圈后，屈曲约束支撑型阻尼器最大承载力的衰减量不应超过15%，且不应有明显的低周疲劳现象。（5）对承载型屈曲约束支撑，试验时支撑在受拉和受压两种状态下均应能达到屈服承8TJ屈曲约束支撑设计手册载力，且支撑不可出现屈曲的现象。对于有抗震要求的承载型屈曲约束支撑还应在1/100支撑长度的拉伸和压缩往复各一次变形，支撑不得出现失稳现象。9TJ屈曲约束支撑设计手册第三章设计方法弹性设计阶段，屈曲约束支撑框架体系与普通支撑框架体系的设计方法基本相同，但在支撑布置、构件验算、节点设计等方面具有不同点。在地震区，普通支撑可布置成X型，但是屈曲约束支撑由于其特殊的构造方法，不可选用X型支撑布置（如图3.1所示）。构件验算过程中，屈曲约束支撑不需要进行稳定验算，仅需要进行强度验算，而普通钢支撑的稳定验算是其最主要的验算内容。现行《高层民用建筑钢结构技术规程》中规定普通钢支撑的节点连接承载力应不小于1.2倍支撑净截面抗拉强度。为保证耗能型屈曲约束支撑和屈曲约束支撑型阻尼器的耗能能力，其节点连接承载力应不小于1.2倍支撑的极限承载力；而对承载型屈曲约束支撑，其节点连接极限承载力应不小于1.3倍支撑的屈服承载力。塑性设计阶段，如采用动力时程分析方法，屈曲约束支撑滞回模型可采用简单的双线性滞回模型，如图3.2(a)所示，而普通钢支撑应采用拉压不对称的滞回模型，如图3.2(b)所示。普通支撑屈曲约束支撑图3.1支撑X型布置(a)屈曲约束支撑(b)普通钢支撑滞回模型图3.2支撑滞回模型通过综合比较分析，屈曲约束支撑与普通支撑框架结构设计特点如表3-1所示。10TJ屈曲约束支撑设计手册表3-1屈曲约束支撑设计特点设计项目支撑布置构件验算节点设计弹塑性时程分析普通支撑框架可选用X型支撑布置小震和风荷载下进行需要进行稳定承载力验算根据支撑抗拉屈服承载力设计应采用拉压不对称滞回模型屈曲约束支撑框架不可选用X型支撑布置小震和风荷载下只进行强度验算，产品本身已满足稳定性要求根据支撑极限承载力设计可采用简单双线型滞回模型3.1支撑布置原则屈曲约束支撑应布置在能最大限度地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。屈曲约束支撑可依照以下原则进行布置：（1）地震作用下产生较大支撑内力的部位。（2）地震作用下层间位移较大的楼层。（3）宜沿结构两个主轴方向分别设置。（4）可采用单斜撑、人字型或V型支撑布置（如图3.3），也可采用偏心支撑的布置形式，当采用偏心支撑布置时候，设计中应保证支撑先于框架梁屈服。图3.3屈曲约束支撑布置3.2支撑等效截面面积结构设计中，为便于计算分析，常采用等截面的杆单元模拟屈曲约束支撑，而屈曲约束支撑受力芯板截面沿长度方向变化，如图3.4中实线所示。因而需要将芯板等效为一根刚度11TJ屈曲约束支撑设计手册与芯板刚度相同的等截面杆件，使单元的轴向刚度与屈曲约束支撑的轴向刚度相等。结合工程实践，本手册给出了不同长度的屈曲约束支撑等效面积Ae与芯板屈服段截面面积A1关系，见表3-2。支撑长度越长，等效截面面积与芯板屈服段的截面面积越接近。图3.4表3-2屈曲约束支撑受力芯板示意图屈曲约束支撑等效面积Ae与芯板屈服段截面面积A1关系屈曲约束支撑长度L≤3mL=6mL=9mL≥12mA1/Ae0.850.900.950.99注：2对于屈曲约束支撑的长度在表中所列长度之间的，可取插值；表中A1/Ae的比值仅供估算支撑的屈服承载力用，对于特定的支撑，该比值可本表格仅适用于耗能型屈曲约束支撑和承载型屈曲约束支撑，不适用于屈曲约此表格中各系数为经验值，也可进行精细分析确定两者之间的关系。能与表中所列之值存在差异，此时应以实际比值为准；3束支撑型阻尼器；43.3支撑变形与楼层位移的关系框架发生剪切变形的时候，将使支撑发生轴向变形，如下图3.5所示：△图3.5阻尼器变形与楼层位移的关系由于屈曲约束支撑是变截面的杆件，其弹性计算时采用刚度等效截面计算。等效支撑的轴向变形和轴力的力学关系为Db=N?LEA支撑的轴向变形和楼层的水平位移之间的几何关系为12TJ屈曲约束支撑设计手册Db=Δcosα支撑的轴向变形将分解为节点连接区域的变形和屈曲约束支撑的变形，两者按照刚度进行分配。由此可以确定屈曲约束支撑的变形为DT=Db?kbkb+kd当在分析和设计中应综合考虑节点连接区域变形与支撑变形之间的关系。图3.6所示某实际工程，层高5m，柱距8.725m，支撑实际长度4m，通过计算，连接段（梁柱节点域内假定变形为零）的等效面积约为支撑等效面积的2.5倍。当层间变形为4.49mm（层间位移角为1/1113），支撑变形为3.98mm，节点变形为0.51mm，节点变形占整体变形的11%。图3.6支撑与节点变形3.4支撑承载力屈曲约束支撑有三种承载力，即设计承载力、屈服承载力、极限承载力，在结构设计中适用于不同的情况。3.4.1设计承载力设计承载力是弹性承载力，用于静力荷载与小震分析设计验算，一般情况下先估计一个支撑的截面面积，并确定支撑芯板材料，然后根据截面面积和芯板材料确定支撑的屈服承载力以及设计承载力。分析时候定义一个截面为Ae的二力杆进行整体弹性分析，对于支撑构件本身的验算采用轴力包络最大值与支撑的设计承载力进行比较，轴力最大值小于支撑的设计承载力就为弹性合格；支撑的设计承载力是按下式计算得到的：Nb=0.9fyA1（3-1）式中：A1——约束屈服段的钢材截面面积；fy——芯板钢材的屈服强度标准值，按照表3-3确定。13TJ屈曲约束支撑设计手册表3-3材料牌号Q100LYQ160LYQ225LYQ235Q345Q390Q420芯板钢材的屈服强度fy(MPa)3.4.2的：屈服承载力屈服承载力用于结构的弹塑性分析，为支撑首次进入屈服的轴向力，是按下式计算得到Nby=ηyfyA1式中：（3-2）Nby——屈曲约束支撑的屈服承载力；ηy——芯板钢材的超强系数，按照表3-4确定。表3-4材料牌号Q100LYQ160LYQ225LYQ235Q345Q390、Q420芯材的超强系数ηy1.251.151.101.151.101.053.4.3极限承载力屈曲约束支撑的芯材在地震作用下拉压屈服会产生应变强化效应，考虑应变强化后，支撑的最大承载力为极限承载力，可按下式计算：Nbu=ωNby（3-3）式中：ω—应变强化调整系数，根据表3-5确定；Nby—屈曲约束支撑屈服承载力。14TJ屈曲约束支撑设计手册极限承载力用于屈曲约束支撑的节点及连接设计。表3-5芯板钢材的应变强化调整系数材料型号Q100LY、Q160LYQ225LYQ235、Q345、Q390、Q420ω2.41.51.53.53.5.1支撑设计要求风载与小震下承载力要求耗能型屈曲约束支撑和承载型屈曲约束支撑在有多遇地震参与荷载组合下最大拉压轴力设计值N应满足式（3-4-1）要求。N≤Nb/γREN≤Nb式中：(3-4-1)支撑在无多遇地震参与荷载组合下最大拉压轴力设计值N应满足式（3-4-2）要求：(3-4-2)N——屈曲约束支撑轴力设计值；Nb——屈曲约束支撑的设计承载力。γRE——抗震调整系数，对屈曲约束支撑强度验算，取0.75。3.5.2支撑外套筒抗弯刚度要求为保证屈曲约束支撑在地震作用下不发生整体失稳，其套筒抗弯刚度应满足下式要求：对耗能型屈曲约束支撑和屈曲约束支撑型阻尼器：π2EIl2或：对承载型屈曲约束支撑：≥1.2Nbu（3-5）（3-6）1.2Nbul2I≥π2Eπ2EIl或：2≥1.2Nby1.2Nbyl2（3-7）I≥πE2（3-8）式中：I——屈曲约束支撑套筒的弱轴惯性矩；E——套筒钢材弹性模量；l——支撑长度；15TJ屈曲约束支撑设计手册Nby—屈曲约束支撑屈服承载力；Nbu—屈曲约束支撑极限承载力。TJ屈曲约束支撑系列产品，在产品设计时已经满足了整体稳定性的要求，如选用TJ屈曲约束支撑产品，则不需要进行上述验算。3.6软件实现过程本节的目的是通过一个例题操作的过程，使设计师能够快速了解在PKPM、ETABS软件中进行屈曲约束支撑建模、设计方法。3.6.1工程概况以某学校建筑为例，说明屈曲约束支撑框架设计的全过程。该建筑地上6层，地下1层。地下1层层高3.4m，地上各层层高3.6m。设防烈度为7.5度，场地类型为IV类，地震分组第三组。其标准层建筑平面图如图3.7所示：图3.7构平面布置图如图3.8所示：建筑平面图根据建筑布置的特点，本建筑采用混凝土框架增设屈曲约束支撑的结构方案。标准层结图3.8结构平面图16TJ屈曲约束支撑设计手册3.6.2PKPM软件屈曲约束支撑设计过程设计师首先完成梁、柱、楼板的建模，并添加好楼面恒荷载、活荷载、梁上线荷载等竖向荷载（本手册从布置支撑开始说明在PKPM中进行屈曲约束支撑结构的设计过程）。未布置支撑的结构模型如图3.9所示。图3.9结构轴测图3.6.2.1定义屈曲约束支撑定义屈曲约束支撑的方法与定义普通钢支撑方法类似。不同之处在于以屈曲约束支撑的等效截面面积来定义支撑。选择截面类型时候，建议将截面定义成正方形，以方便计算支撑等效截面面积。点取[楼层定义/斜杆布置]，显示斜杆截面列表对话框，选择新建，弹出输入第一标准斜杆对话框，如图10所示。因为PM中定义截面类型为1（实心矩形截面）的钢支撑时候会导致计算异常，因而选择截面类型7（箱形截面），如图11所示。箱形截面的宽度和高度之乘积为拟采用屈曲约束支撑的等效截面面积，建议截面宽度和高度相等，截面四个方向的厚度取比宽度和高度的一半略小的数值，即箱型截面留出一个小空心（小空心边长在箱形截面高度和厚度0.1倍以内，建议可取1mm×1mm），该空心面积足够小（为原实心箱形面积的1%以内），对支撑刚度等方面的影响可以忽略不计。材料类别选择钢材（如图3.12所示）。图3.10支撑截面列表对话框图3.11杆件截面种类17TJ屈曲约束支撑设计手册图3.12斜杆参数输入对话框图3.13斜杆截面列表然后按照相同方法可以定义第二、第三标准斜杆等。定义好的斜杆如图3.13所示：3.6.2.2布置屈曲约束支撑在拟设置屈曲约束支撑的位置布置支撑，本工程中，在C轴线第一跨（1轴线和3轴线之间）布置单斜杆屈曲约束支撑，支撑等效截面面积64cm2。在1轴第二跨（C轴线和D轴线之间）和12轴第一跨（A轴线和B轴线之间）布置人字型屈曲约束支撑，支撑首先布置C轴线上的支撑，截面等效截面面积36cm2。在斜杆截面列表中选中序号1的支撑，选择布置，跳出如图3.14所示对话框。在2端标高后的“与层高相同”挑选。图3.14点击拾取数据，在标准层建模对话框中点取支撑的首尾节点位置，单斜杆支撑的下部节点为端点1，上部节点为端点2。单斜杆支撑布置完毕后结构标准层如图3.15所示。支撑布置方式对话框图3.15C轴支撑布置后标准层平面图布置完单斜杆支撑后继续布置人字形支撑（人字形布置的支撑，支撑一个端点将位于梁跨内，如此处没有网点，应首先在支撑端点位置处建立网点）。选取支撑列表中序号2的支18TJ屈曲约束支撑设计手册撑截面，点击布置，按如图3.14相同的方法布置支撑，人字形支撑布置时候，端点1为梁柱交点处节点，端点2为梁跨内节点。1轴和12轴布置完屈曲约束支撑后结构标准层平面图如图16和17所示。图3.161轴支撑布置后标准层平面图图3.1712轴支撑布置后标准层平面图采用相同办法可以布置其他层屈曲约束支撑。所有屈曲约束支撑布置后结构模型如图3.18所示。图3.18支撑布置完成后结构三维图19TJ屈曲约束支撑设计手册3.6.2.ABS软件屈曲约束支撑框架的设计过程。未布置屈曲约束支撑的结构模型如图3.23所示。图3.23未设置支撑结构ETABS模型3.6.3.1屈曲约束支撑建模首先定义屈曲约束支撑的截面，在ETABS中，可以直接定义材料类型为钢材的矩形截面，点取菜单中[定义－框架截面]，选择增加截面，截面类型为矩形。弹出对话框如图3.24所示，在对话框中仅需定义截面的边长使截面面积与拟采用的屈曲约束支撑等效截面面积相等。图3.24定义屈曲约束支撑截面1和截面2定义完屈曲约束支撑截面后，首先选择出将布置屈曲约束支撑的立面（如图3.25所示），布置屈曲约束支撑。再点取绘制线快捷按钮，将弹出图3.26所示对话框。在属性中选择定义好的支撑截面，弯矩释放选择铰接“Pinned”。在C、D轴线之间布置人字形屈曲约束支撑。支撑布置完毕后的1轴立面如图3.27所示。22TJ屈曲约束支撑设计手册图3.25拟布置支撑的1轴线图3.26绘制线对话框图3.27的C轴线立面图如图3.29所示。支撑布置完成后的1轴线再选择拟布置支撑的C轴线，如图3.28所示。布置单斜杆屈曲约束支撑，布置完毕后图3.28拟布置支撑的C轴线23TJ屈曲约束支撑设计手册图3.29ETABS模型如图3.30所示。支撑布置完成后的C轴线采用同样方法布置12轴线的人字形屈曲约束支撑，所有支撑都布置完毕后的结构图3.30结构ETABS模型3.6.3.2定义地震反应工况定义地震反应工况可在结构模型建立完成前，也可在模型建立完成后进行。首先定义反应谱函数，点取菜单中[定义－反应谱函数]，选择Chinese2002反应谱函数，跳出图3.31所示对话框。阻尼比、地震影响系数等按照设计要求填入。图3.31反应谱函数定义反应谱函数定义完毕后，定义反应谱工况，点取菜单中[定义－反应谱工况]，弹出图3.3224TJ屈曲约束支撑设计手册所示对话框，点击ABS中验算屈曲约束支撑的方法与ABS、SAP2000等可进行屈曲约束支撑结构静力弹塑性分析。本节说明在ETABS中定义屈曲约束支撑的方法。屈曲约束支撑结构中的框架、剪力墙等塑性铰设置方法与常规结构静力弹塑性分析方法相同，不同之处在于屈曲约束支撑的模拟方法。31TJ屈曲约束支撑设计手册屈曲约束支撑可采用框架铰中轴力铰来模拟。但是不可以采用其默认铰属性，因为程序中默认的轴力铰考虑了支撑受压屈曲的性能，而屈曲约束支撑在受拉和受压两种状态下都会屈服。首先选择轴向铰，如图3.51所示。定义屈曲约束支撑时，不可采用默认的框架铰属性，需要自定义其性能，如图3.53所示,在图3.52中，需要将“□对称的”“√”挑选，输入屈曲约束支撑的正、负屈服力及屈服位移。框架铰定义完毕后，指定至屈曲约束支撑，铰位置取0.5倍杆长位置，如图3.54所示。图3.51定义铰塑性对话框图3.52选择轴向铰图3.53铰数据图3.54添加铰3.6.6.2动力弹塑性分析方法要进行屈曲约束支撑结构动力弹塑性分析，建议采用SAP2000、ANSYS、ABQUS等通用有限元软件，也可采用Midas、EPDA、MTS等结构分析软件。以下各部分介绍在这几种软件中模拟屈曲约束支撑动力弹塑性性能的方法。3.6.6.2.1SAP2000中模拟方法在SAP2000中有两种方法可模拟屈曲约束支撑的性能：⑴采用非线性连接单元；⑵采用纤维塑性铰单元。32TJ屈曲约束支撑设计手册非线性连接单元：应采用非线性连接单元（Multilinear-plastic）模拟屈曲约束支撑，且需要指定其重量、质量、弹性分析时的线刚度。如图3.55和图3.56所示。屈曲约束支撑的滞回模型选择Kinematic，即双线性滞回模型。图3.55定义非线性连接单元图3.56数据定义纤维塑性铰：采用纤维塑性铰模拟屈曲约束支撑弹塑性性能，首先需要将支撑设为刚性杆件，然后在此刚性杆上设置纤维塑性铰。定义纤维塑性铰之前，应首先定义屈曲约束支撑芯板的材性性能，可采用双线性模拟，如图3.57所示。材料模型定义完成后，定义纤维塑性铰，纤维塑性铰的面积为屈曲约束支撑的芯板截面面积，如图3.58所示。33TJ屈曲约束支撑设计手册图3.57材料定义图3.58纤维塑性铰定义3.6.6.2.2ANSYS中模拟方法在ANSYS中可采用Link10单元或Combin39非线性弹簧单元模拟屈曲约束支撑。采用Link10单元模拟屈曲约束支撑，材料模型选用双线性的的弹塑性模型，强化系数为0.01。采用Combin39模拟时候，需要计算出支撑的重量，并将此重量作为节点质量附加至支撑的两端节点。材料常数定义方法如图3.59所示。左列为位移，右列为力。图3.59Combin39单元材料定义3.6.6.2.3MIDAS中模拟方法MIDAS中应采用纤维单元模拟屈曲约束支撑。截面上的纤维数量可取为1，其材料模型可选择双线性滞回模型。34TJ屈曲约束支撑设计手册3.6.6.2.4算模型。EPDA中模拟方法由于EPDA中不考虑结构整体和构件的屈曲，故梁（柱）单元符合屈曲约束支撑的计3.7支撑节点设计要求与屈曲约束支撑相连的节点承载力应大于屈曲约束支撑的极限承载力，以保证“强节点”的要求，且节点足以承受罕遇地震下可能产生的最大内力。3.7.1螺栓连接为保证与屈曲约束支撑相连节点在罕遇地震下不发生滑移，其连接高强度摩擦型螺栓的数量n可由下式确定：对耗能型屈曲约束支撑和屈曲约束支撑型阻尼器：n≥对承载型屈曲约束支撑：1.2Nbu0.9nfμP（3-9）Nubr≥1.3Nby（3-10-1）Nubr为支撑连接的极限承载力，对高强度螺栓连接方式，应取下列两式的较小者：bNvu=0.58n?nfAebfubbbNcu=d∑tfcu（3-10-2）（3-10-3）式中：nf—传力摩擦面数目；μ—摩擦面的抗滑移系数(表3-6)；P—每个高强螺栓；Nby—屈曲约束支撑屈服承载力；的预拉力(表3-7)；ω—应变强化调整系数（表3-5）bb、Ncu—高强螺栓极限受剪承载力和对应的板件Nbu—屈曲约束支撑极限承载力；Nvu极限承压力；Ae—螺栓螺纹处有效截面面积；fu—螺栓钢材抗拉强度最小值；d—螺栓杆直径；取1.5fu。表3-6摩擦面的抗滑移系数μ值连接处构件表面的处理方法喷砂（丸）构件的钢号bb∑t—同一受力方向钢板厚度之和；fbcu—螺栓连接板的极限承压强度，Q1950.40Q2350.45Q3450.5BLY1600.35BLY2250.3535TJ屈曲约束支撑设计手册表3-7每个高强度螺栓预拉力P值（kN）螺栓公称直径（ｍｍ）螺栓性能等级M168.8级10.9级80100MMMMM3.7.2焊接连接对于承载力较大的屈曲约束支撑，如节点采用螺栓连接，所需的螺栓数量比较多，使得节点所需连接段较长，此时节点也可采用焊接连接。焊接可采用角焊缝或对接焊缝，焊接连接的承载力Nf应满足下式要求：对耗能型屈曲约束支撑和屈曲约束支撑型阻尼器：Nf≥1.2Nbu对承载型屈曲约束支撑：（3-11）Nubr≥1.3Nby（3-12-1）当节点与支撑采用对接焊缝连接时，节点钢材强度设计值应不低于屈曲约束与节点相连端钢材的强度设计值。Nubr为支撑连接的极限承载力，对焊接连接方式，应按下式计算：对接焊缝受拉角焊缝受剪wNu=AwffuVu=0.58Awffu（3-12-2）（3-12-3）式中：Af—焊缝的有效受力面积；fu—构件母材的抗拉强度最小值。3.8支撑弹塑性滞回模型屈曲约束支撑的弹塑性滞回模型用于结构弹塑性地震位移反应计算，可采用如下双线型模型（图3.60）。图3.6036屈曲约束支撑双线性恢复力模型TJ屈曲约束支撑设计手册图中：Nby—屈曲约束支撑屈服承载力；Δy—屈曲约束支撑初始塑性变形；k—屈曲约束支撑的刚度，可按照k=EAe取值；lE—钢材弹性模量；Ae—屈曲约束支撑芯板考虑轴向变刚度后等效截面积；l—支撑长度；q—芯板钢材的强化系数，可取为2-5%。3.9延性设计方法结构延性设计方法在国际上被广泛采纳。我国抗震规范原先也参照美国规范采用了延性设计方法，自89规范起改用基于小震的弹性设计方法，相当于将设防烈度考虑结构延性予以降低的效果，但多高层钢结构未列入89规范，因此当时是以混凝土结构的延性水平为依据的。2001年修订的抗震规范GB50011中列入了多高层钢结构，但是沿用了89规范的基于小震的弹性设计方法。钢结构的延性优于混凝土结构。但是抗震规范中没有体现出这种优势。另外，钢结构在弹性阶段的阻尼比较小，按现行抗震规范的计算方法，钢结构用钢量因为阻尼比降低而加大。上述两个原因使得钢结构用钢量偏高，也同样大大降低了抗震性能优越的屈曲约束支撑结构的经济性。为此，重新修订的上海市标准《高层建筑钢结构设计规程》(DG/TJ08-32-2008)中采用了延性设计方法，以解决上述问题。3.9.1延性设计方法及相关原理实际震害调查结果表明，结构强度的不足不是导致结构破坏的主要因素，只要结构的强度在地震作用过程中能够维持，结构具有弹塑性变形的能力，结构就能在地震中得以幸存。因此世界各国采用的抗震设计都采用延性设计法。图3.61可以说明延性设计法的抗震设计理念。图3.61延性设计法的抗震设计理念设地震作用力为FEA，按弹性设计时，荷载-位移曲线为OA，结构屈服荷载为FEA，变形为ΔA。用结构的弹性承载力去抵抗地震作用，结构必然很不经济。按延性设计法，可以将结构的屈服荷载设计在B点，地震作用时，到达B点后即进入37TJ屈曲约束支撑设计手册塑性变形阶段，最后变形为ΔB，荷载-位移曲线为OBB1，耗能量应与OA一样。还可以将结构屈服荷载设计得更低一些，在C点，荷载-位移曲线为OCC1，位移为ΔC，耗能量与OA一样。我国78规范即采用了延性设计方法，它规定：在地震作用下的基底剪力由下式计算；Q0=Cα1W（3-13）式中，α1——对应于基本烈度，相应于结构基本周期的地震影响系数；C——结构影响系数，对不同材料和结构类型取值范围在0.25～0.5之间,如表3-8所示。C类似于美国规范的1/R，见图3.62；W——质点重量。上式可变化为：Q0=CQe0Qe0=α1W（3-14）（3-15）式中Qe0—在基本烈度下的弹性基底剪力。QQe0CQe0图3.62表3-878规范中设计地震力的降低78规范中的结构影响系数C结构类别框架结构钢钢筋混凝土C值0.250.300.3~0.350.35~0.40.450.450.30.350.400.350.400.500.25相应降低烈度2°1.74°1.74~1.51°1.51~1.32°1.15°1.15°1.74°1.51°1.32°1.51°1.32°1°2°钢筋混凝土框架加抗震墙结构钢筋混凝土抗震墙结构无筋砌体结构多层内框架或底层全框架结构钢柱铰接排架钢筋混凝土柱砖柱钢烟囱水塔等高柔结构钢筋混凝土砖各类木结构38TJ屈曲约束支撑设计手册3.9.2上海市《高层建筑钢结构设计规程》中的延性设计方法规定根据上海市标准《高层建筑钢结构设计规程》(DG/TJ08-32-2008)，延性方法的第一步是根据期望的延性设计水平选择合适的结构体系(参见表3-9)。延性结构进入弹塑性状态之后，所受到的地震作用相对于保持弹性状态时有明显降低。延性越好，结构弹塑性反应所消耗的能量越多，地震作用降低效应越明显。表3-9延性类别普通框架I类普通中心支撑框架普通框架-钢筋混凝土墙板结构普通框筒、普通桁架筒延性框架延性中心支撑框架II类延性框架-钢筋混凝土墙板结构普通框架-内藏钢板混凝土墙板结构延性框筒、延性桁架筒普通筒中筒、普通束筒高延性中心支撑框架延性偏心支撑框架延性防屈曲支撑框架III类高延性框架-钢筋混凝土墙板结构延性框架-内藏钢板混凝土墙板结构框架-组合钢板墙结构延性框架-钢板墙结构高延性框筒延性筒中筒、延性束筒高延性框架高延性偏心支撑框架IV类高延性防屈曲支撑框架高延性框架-钢板墙结构高延性筒中筒、高延性束筒结构体系结构体系的延性类别塑性铰区梁柱节点连接形式传统形式传统形式传统形式传统形式传统改进形式、半刚性连接传统改进形式传统改进形式传统改进形式传统改进形式传统形式传统改进形式传统改进形式传统形式、传统改进形式改进形式改进形式传统改进形式传统改进形式改进形式传统改进形式改进形式改进形式改进形式改进形式改进形式构件截面类别CCCCBBBBBCBBBBBBBBBAAAAA抗侧力体系类别单重单重单重单重单重单重或双重双重单重或双重单重双重双重单重单重双重单重或双重单重或双重单重单重双重单重单重或双重单重或双重双重双重注1表中“单重”和“双重”分别指该结构体系为单重抗侧力体系和双重抗侧力体系。2梁、柱节点连接可以采用附录C中建议的形式，其中：传统形式指栓焊连接梁柱节点；传统改进形式指梁柱节点采用现场腹板补焊或工厂全焊外伸段；改进形式指梁端设加强板或梁端削弱型的狗骨式。在梁端设加强板的改进形式中，宜选用梁端水平加腋的形式。Ⅱ类延性类别结构体系中的传统改进形式的节点转动能力应满足0.02rad的要求。Ⅲ、Ⅳ类延性类别结构体系中的传统改进形式、改进形式的节点转动能力应满足0.03rad的要求。应依据节点低周反复荷载试验结果检验所采用的节点连接形式是否满足该要求；试件的材料性能、焊接工艺和节点构造形式应与实际设计相同。3塑性铰区构件截面类别中，A类指该类别截面能够形成具有足够转动能力的塑性铰；B类指该类别截面能够达到塑性抗弯承载力，但转动能力有限；C类指该类别截面受压边缘能够达到屈服强度，但因发生局部屈曲而无法达到塑性抗弯承载力。各类截面的宽厚比应符合第8章有关条文的规定。39TJ屈曲约束支撑设计手册4Ⅲ类及Ⅳ类延性类别的结构体系中，所有全熔透坡口焊缝的填充金属，其-20°C的夏比冲击功应不小于27J；消能构件材料的屈服强度超强系数不得超过1.2；厚度大于36mm的热轧型钢和厚度大于48mm的钢板在-20°C的夏比冲击功应不小于27J。延性设计的第二步是确定考虑延性之后的地震作用折减。具体做法是：（1）地震作用计算按现行抗震规范规定不变；（2）结构弹性变形验算按现行规范抗震规范规定不变；（3）结构承载力验算引入结构体系调整系数。在考虑第一阶段的地震作用设计时：S=γGSGE+γEhγRSSEhK+γEvγRSSEvK+ψWγWSWK式中计值；(3-16)S——结构构件内力组合的设计值，包括组合的轴力、弯矩和剪力设SGK、SQK——分别为永久荷载标准值的效应、楼面活荷载标准值的效应；竖向地震作用SEhK、SEvK、SWK——分别为多遇地震时水平地震作用标准值的效应、标准值的效应和风荷载标准值的效应；SGE——考虑地震作用时的重力荷载代表值的效应；γRS——结构体系延性调整系数，按表3-10采用；γG、γQ、γW、γEh、γEv——分别为上述各相应荷载或作用的分项系数；ψW——风荷载组合值系数，在不考虑地震作用的组合中取0.6，在考虑地震作用的组合中取0.2；ψQ——活荷载组合值系数，取0.7。表3-10结构体系延性调整系数γRS结构体系延性类别I类II类III类IV类γRS1.00.850.700.60延性设计的第三步是根据所选结构体系的特点和延性要求，对构件是否进入塑性进行规定和区分，从而进行构件设计。对于不允许进入塑性的构件，可以采用“强柱弱梁，强节点弱构件”等设计措施加以控制。对于允许进入塑性的构件和节点，应采取有效的措施确保其能够达到预期的延性。相关的延性设计环节包括：校核梁柱抗弯节点连接是否具有足够的塑性转动能力；校核塑性铰区的构件板宽厚比是否能够提供足够的塑性发展能力；校核塑性铰区的构件长细比是否能够提供足够的塑性发展能力。40TJ屈曲约束支撑设计手册第四章工程应用模式结构抗震设防的三原则：“小震不坏、中震可修、大震不倒。”采用屈曲约束支撑设防后，可以实现建筑结构抗震性能更上一层楼，全面实现：“小震经济、中震不坏、大震易修、余震不倒。”4.1作为主要抗侧体系应用结构所受的地震作用与结构刚度有关，质量和结构布置接近的结构，刚度越大，所受的地震作用越大。通常作为抗侧力的构件有：支撑、剪力墙、抗弯框架等。其中剪力墙结构刚度最大，所受到的地震作用也最大。抗弯框架刚度最小，但是抗弯框架是通过加大梁柱截面的形式来达到抗侧力要求，经济性较差。支撑是一种较为经济的抗侧力构件，现常用的支撑有普通钢结构支撑、混凝土支撑、型钢混凝土支撑以及屈曲约束支撑。为提高普通钢结构支撑的稳定性能，在设计中需要加大其截面，导致结构刚度增大。混凝土支撑和型钢混凝土支撑须支模，施工较钢支撑复杂，并且由于混凝土开裂，在强地震作用下其耗能能力和延性性能降低。屈曲约束支撑解决了普通支撑的稳定性能，使钢结构支撑在受拉和受压时候性能一致，因而可以减小支撑的截面面积，降低结构的刚度，减小结构地震作用，且使结构延性性能和耗能能力增强。(1)钢框架加屈曲约束支撑多层公建上海世博中心（如图4.1所示）在结构关键部位采用108根TJ屈曲约束支撑（如图4.2所示），采用普通支撑结构的整体性能与屈曲约束支撑结构的对比见表4-1。表中数值说明，普通支撑结构的刚度明显大于屈曲约束支撑，这是由于为了保证在设防烈度地震作用下支撑不失稳，普通支撑的截面尺寸明显加大（如BRB的截面面积为0.0045m2，普通支撑的截。结构刚度的增大使得地震作用下结构面面积增大为0.0384m2，为BRB截面面积的8.5倍）吸收的地震力也显著增大，表4-1中数值为多遇地震下结构的基底剪力对比，说明普通支撑结构的地震力比屈曲约束支撑结构增大24～30%。普通支撑结构的用钢量与屈曲约束支撑结构的比较见表4-2。两者差别主要为抗侧力结构（框架柱和支撑）的钢材用量，与屈曲约束支撑相比，仅东区，采用普通支撑后的总用钢量多1014吨。图4.1上海世博中心41TJ屈曲约束支撑设计手册(a)屈曲约束支撑横向布置(b)纵向屈曲约束支撑布置(c)大空间部位横向屈曲约束支撑布置(d)大空间部位纵向屈曲约束支撑布置图4.2屈曲约束支撑布置表4-1防屈曲耗能支撑结构与普通支撑结构的比较结构体系T1结构自振周期（s）T2T3基底剪力XY防屈曲耗能支撑2.23（X）1.93（Y/T）1.75（Y/T）普通支撑1.42（Y）1.32（X）1.24（T）42TJ屈曲约束支撑设计手册表4-2防屈曲耗能支撑结构与普通支撑结构（东区）用钢量比较（吨）支撑4311120框架梁框架柱桁架主体结构总用钢量结构类型屈曲约束支撑普通支撑上海世博中心普通支撑结构由于地震力的增大，不仅增大结构用钢量，同时也增加地基基础、节点连接的费用。此外罕遇地震作用下，普通支撑可能屈曲，抗震性能难以保证。普通支撑结构和防屈曲耗能支撑结构的技术经济性比较可总结如下：（1）对普通支撑结构，大震作用下一旦支撑屈曲，结构刚度迅速退化，大震作用下的抗震性能难以保证。（2）由于普通支撑截面比屈曲约束支撑大，结构刚度明显增大，多遇地震下地震力也显著增大，X、Y向分别增大30%和24%。（3）核心筒处柱脚支座竖向反力增大约1.5～2.0倍，需要增加20%抗压桩，抗拔桩配筋增加，柱脚构造措施抗拔承载力需提高。（4）如采用普通支撑，东区和西区抗侧力结构（框架柱、梁及支撑）用钢量增加约2000吨，增加钢结构部分造价2400万。图4.3构件节点图4.4楼梯间安装阿富汗Marriott五星级酒店位于阿富汗首都喀布尔，地下一层，地上6层，采用了屈曲约束支撑钢框架结构体系，按照美国规范设计。采用TJ屈曲约束支撑比采用普通钢结构支撑能使结构地震作用降低30%，节省了15%的用钢量。图4.5阿富汗喀布尔Marriott酒店43TJ屈曲约束支撑设计手册(2)替代小高层、高层混合结构、普通支撑框架结构混合结构主要用于小高层、高层。在高烈度地区的抗震性能还没有得到有效验证，而普通支撑框架结构在大震下普通支撑容易屈曲，是规范明确规定不宜采用的。采用偏心支撑导致框架梁破坏，震后修复困难，且支撑的性能得不到充分发挥。所以在高烈度地区采用屈曲约束支撑框架结构就成为了很好的一种解决方案。在台湾的小高层、高层已经较为普遍的采用这种结构体系。图4.6台大儿童医院图4.7台北一在建高层建筑山西宾利国际商务公寓位于太原市小店区，东临人民路，南临先锋街。由两栋百米的双塔构成，建筑造型中西合璧，具有鲜明的时代特征。在结构方案阶段，比较了混合结构体系和钢框架－支撑筒体结构体系。如采用混合结构体系，下部楼层核心筒体部位的剪力墙厚度为650mm，而采用钢框架－支撑筒体结构形式，尤其是在受力较大部位采用屈曲约束支撑后，支撑外观仅250mm，外包支撑的墙体也仅需要300mm，大大增加了建筑物的实际使用面积。采用钢框架－支撑筒体结构体系后，不仅能提高结构的抗震性能，还给建筑的使用性能带来了更大的便捷。44TJ屈曲约束支撑设计手册图4.8宾利国际商务公寓国家开发银行云南省支行大楼位于云南省昆明市广福路，地下两层，地上九层，总建筑面约4万平方米。该建筑为8度设防，采用钢框架——屈曲约束支撑体系，共设置248根TJ屈曲约束支撑（其芯板材料为其屈服强度钢Q160LY），提高了结构的抗震性能，实现结构“余震不倒”的性能目标，且节省了用钢量，增加了建筑的使用面积。图4.9国家开发银行人民日报社综合业务楼处在北京市CBD东扩的核心位置，与中央电视台（CCTV）大楼遥相呼应，由国际会议中心，图书馆，报业大厦等一系列建筑所组成，总建筑面积达十多万平米。该项目地上33层，地下2层，结构标高约150m，经过几轮结构方案比选，最终才用钢框架——屈曲约束支撑体系，共采用了屈曲约束支撑890根，其中最大屈服承载力为6650KN，长度5790mm，布置楼层为1-33层。屈曲约束支撑在小震下增加了原结构的抗侧刚度，减小结构在水平荷载下的位移，同时较好地控制了结构的扭转不利影响；在大震下，屈曲约束支撑发挥其耗能能力，保护主体结构，提高整体结构的抗震性能。这是截至目前，世界上单幢建筑采用屈曲约束支撑数量最多的项目。45TJ屈曲约束支撑设计手册图4.10人民日报社报刊综合楼(3)混凝土框架加屈曲约束支撑对于6-9层的混凝土结构，采用框架结构刚度过小，层间位移不满足；采用框剪结构引起剪力墙内力过大，配筋超筋及基础设计困难等问题，此外，剪力墙过大的刚度又大幅提高结构刚度，使地震作用明显加大，造成恶性循环。屈曲约束支撑与混凝土框架结构结合，能解决以上问题。其中地下虹桥综合交通枢纽公共事务中心公共服务中心大楼总建筑面积约为28400m2，2层、地上8层，工程采用混凝土框架支撑结构体系，在六、七、八层及屋面层设有连体结构，连体部分采用钢结构，和塔楼间采用强连接。在电梯、楼梯井四周的位置设置TJ屈曲约束支撑，提高结构抗侧刚度，同时避免刚度中心与质量中心之间存在过大的偏心，减少结构地震扭转效应。保证了在地震作用下屈曲约束支撑率先屈服耗能，使得整体结构在有足够的抗侧刚度的同时又有较好的延性。图4.11虹桥综合交通枢纽公共事务中心公共服务中心大楼46TJ屈曲约束支撑设计手册图4.12工厂加工和现场安装照片图4.13支撑平面布置图上海市防震减灾中心大楼（图4.13）共10层，地下1层，地上9层，为混凝土框架－屈曲约束支撑结构体系。由于该楼为上海市震后抗震减灾指挥中心，其抗震设防等级高于上海市标准，按8度抗震设防。作为结构主要抗侧力体系和第一道抗震防线设置的TJ屈曲约束支撑在小震下为结构提供抗侧刚度，在罕遇地震作用下率先进入屈服耗能，吸收地震输入结构的能量，保护混凝土框架梁、柱不受地震作用发生破坏。全楼共设置75根屈曲约束支撑，屈服承载力分别为800kN和1300kN。47TJ屈曲约束支撑设计手册图4.14上海市防震减灾中心(a)屈曲约束支撑平面布置48TJ屈曲约束支撑设计手册(b)结构模型图4.15屈曲约束支撑模型4.2平面不规则结构——抗平面扭转应用结构设计过程中，设计师经常会遇到结构平面不规则的情况，例如，扭转位移比超过限值、扭转周期比与平动周期比的比值不满足规范要求等。当设计中遇到这种情况时候，通常会采用加大结构抗扭刚度的方法。屈曲约束支撑可替代混凝土支撑与钢支撑，提供同样的刚度，但耗能性能与抗震稳定性大大提高，而且起到提高结构阻尼的效果。而且，由于屈曲约束支撑不受稳定控制，结构师可以任意调节刚度，使结果性能达到最优化。多层、高层、超高层嘉和嘉事物流立体仓库位于北京通县，平面为L型（如图4.16所示），通过设置TJ屈曲约束支撑达到两个目的：⑴增大结构的抗侧刚度和耗能能力，减少主体钢结构用量；⑵增强结构的抗扭刚度，满足扭转位移比以及扭转平动周期比的要求。(a)屈曲约束支撑平面布置图(b)工厂加工图片49
相关阅读: &
& 相关推荐