屈曲约束支撑设计手册 第四版

TJ 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。
图 1. 2 普通支撑试验滞回曲线 为解决普通支撑受压屈曲以及滞回性能差的问题，在支撑外部设置套管，约束支撑的受 压屈曲，构成屈曲约束支撑(参见图 1.3)。
图 1. 3 屈曲约束支撑构成原理图 1
TJ 屈曲约束支撑设计手册
屈曲约束支撑仅芯板与其他构件连接，所受的荷载全部由芯板承担，外套筒和填充材料 仅约束芯板受压屈曲，使芯板在受拉和受压下均能进入屈服，因而，屈曲约束支撑的滞回性 能优良(参见图 1.4)。屈曲约束支撑一方面可以避免普通支撑拉压承载力差异显著的缺陷， 另一方面具有金属阻尼器的耗能能力，可以在结构中充当“保险丝”，使得主体结构基本处 于弹性范围内。因此，屈曲约束支撑的应用，可以全面提高传统的支撑框架在中震和大震下 的抗震性能(参见表 1-1)。
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。
1.2 产品优点
与普通支撑相比，屈曲约束支撑具有以下优点：
z 承载力高 抗震设计中，普通支撑的轴向承载力设计值为：
Nb
=
ϕAf 1 + 0.35λn
式中： ϕ —轴心受压构件的稳定系数；
（1-1）
A —支撑的截面面积； f —支撑材料强度设计值。
( ) λn —支撑的正则化长细比， λn =
λ π
fay ； E
λ —支撑长细比； fay —钢材屈服强度； E —钢材弹性模量。
抗震设计中，屈曲约束支撑的轴向承载力设计值为：
Nb = 0.9 A1 f y
（1-2）
式中： A1 ——约束屈服段的钢材截面面积； f y ——芯板钢材的屈服强度标准值。
z 延性与滞回性能好
2
TJ 屈曲约束支撑设计手册
屈曲约束支撑在弹性阶段工作时，就如同普通支撑可为结构提供很大的抗侧刚度，可用 于抵抗小震以及风荷载的作用。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，可用于结构抵御强烈地震作用。 z 保护主体结构
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。
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。 TJ
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
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
级的要求。
固成本。使结构满足了提高一级抗震设防等
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。
结构水平荷载
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
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。
屈曲约束支撑具有明确的屈服承载力，在大震下可起到“保险丝”的作用，用于保护主体 结构在大震下不屈服或者不严重破坏，并且大震后，经核查，可以方便地更换损坏的支撑。 z 减小相邻构件受力
当支撑为人字形或 V 字型布置时，由于普通支撑受压屈曲，受拉与受压承载力差异可 能很大，而普通支撑的截面由受压承载力控制，但支撑受拉时其内力最大可达到受拉承载力， 故与支撑相邻构件的内力由支撑受拉承载力控制。如采用屈曲约束支撑，支撑受拉与受压承 载力差异很小，可大大减小与支撑相邻构件的内力（包括基础），减小构件截面尺寸，降低 结构造价。
第四版设计手册
T J屈 曲 约 束 支 撑
同济大学多高层钢结构及钢结构抗火研究室 主编
上海蓝科钢结构技术开发有限责任公司
TJ 屈曲约束支撑设计手册
刊首语
TJ 屈曲约束支撑 = “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%。
状态
小震 中震 大震 中、大震后
图 1. 4 屈曲约束支撑与普通支撑滞回性能对比
表 1-1 屈曲约束支撑框架与普通支撑框架的抗震性能比较
传统支撑框架
屈曲约束支撑框架
主体结构
普通支撑
主体结构
屈曲约束支撑
弹性
弹性
弹性
弹性
弹性或塑性 弹性或屈曲