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屈曲约束支撑的设计应用

设计参数及工程概括详见:

1. 屈曲约束支撑的类型

需要注意的是,承载型屈曲约束支撑本质上是不会发生屈曲的支撑,在结构设计过程中并不考虑它的阻尼作用,而屈曲约束支撑型阻尼器本质上基于位移型的通过拉压屈服完成耗能功效,且控制在多遇地震下屈服的阻尼器,是作为减震措施的一种

在设计过程中,我们需要注意屈曲约束支撑类型的选用:

1.1承载型屈曲约束支撑

针对框架剪力墙主楼而言,剪力墙充当了地震作用下的第一道防线,其自身刚度很大(k↑),对结构的自振周期起控制作用(T↓)
$$
T = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}}
$$

$$
F = \alpha G
$$
结合地震影响系数曲线可见,对于框剪主楼而言,理想的阻尼器布置方法是:①将部分刚度极大的剪力墙换为粘滞阻尼墙②在层间位移大的楼层较多得布置阻尼器,从而尽可能靠向曲线平滑段。但是在建筑方案(如空间和立面要求)严格限制阻尼器的布置的情况下,这种做法通常很难实现,阻尼器的阻尼比和能够提供的阻尼影响系数对地震影响系数的优化是十分有限的,通常会出现布置了阻尼器后结构层间位移角变大超限的情况。所以,对于地震作用较大的框剪结构而言,我们应该追求的是在减少楼层荷载(G↓)的同时,适当增设支撑”硬抗“地震作用。

如此一来,在框剪主楼增设承载型屈曲约束支撑是十分合适的,这种支撑通过引入屈曲约束机制来提高支撑构件的设计承载力,保证支撑在屈服前不会发生失稳破坏,从而充分发挥钢材强度。

PKPM中我们可以采用等效截面积法来定义承载型屈曲约束支撑,如根据内力简图计算得出所需支撑截面积为358cm²,则定义200mm×200mm(400cm²)的截面即可,但直接采用矩形截面往往会导致PKPM计算结果出错,可变通得定义为留有2mm×2mm小孔的箱型截面。通常结果会因稳定性问题飘红,但由于其不存在稳定性问题,所以我们只需要核对其轴力小于其承载力,忽略飘红即可。

1.2屈曲约束支撑型阻尼器

对于框架结构而言,阻尼器的减震作用立竿见影,PKPM的减震器产品库中提供了不同指标的屈曲约束支撑型阻尼器,可结合工程实际需要选用,在该毕业设计项目中,我们选用了BR-500×5.5位移型消能器。

通过方案比对结合管科专业的相关调研,可以明显看到屈曲约束支撑型阻尼器对纯框架结构具有极好的适用性,用砼量减少近20%,单位面积用钢量减少约37%。

方案 结构方案 混凝土用量(m^3) 钢筋用量(kg) 楼层面积(m^2) 单位面积用钢量(kg/m^2)
无阻尼器 纯框架结构,少量抗震墙 2812.5 294160 11881.8 31.5
设阻尼器 框架结构 2261.9 250570 12815.6 19.6

1.3屈曲约束支撑的布置

1.布置在层间位移较大楼层,但尽量避开客房层,满足建筑要求

2.采用人形、V形布置

3.针对该项目而言,着重加强短肢Y向及转角

4.沿两个主轴方向对称布置(该对称意指刚度对称)

5.尽量通高布置