屈曲约束支撑及其工程应用

工程应用-竖向不规则
传统结构
结构竖向刚度突变不可 避免。为了合理控制突 变满足规范要求，必须 增加支撑。设计时，一 般要求普通钢支撑满足 中震不屈服或保持弹性， 支撑截面很大，造成浪 费，并不利于结构的耗 能。
采用BRB
屈曲约束支撑的耗能能力 在中大震时，能够有效发 挥。支撑屈服，结构刚度 变柔，地震作用减小。
工程应用-大跨空间结构
上海东方体育中心
工程应用-大跨空间结构
传统结构 采用BRB
屈曲约束支撑能够保证构 件的稳定性，不需要满足 普通支撑的长细比限值。 关键构件采用屈曲约束支 撑，能够保证即使地震烈 度超过设计预期，杆件始 终保有承载能力。
结构跨度大，而构件 受力并不大，为了长 细比要求，截面偏大。 关键节点和关键杆件 的中大震可靠度不足。
工程应用-铁路站房结构
工程应用-铁路站房结构
工程应用-铁路站房结构
上海虹桥枢纽磁浮车站
采用16根屈服承载力650吨，8根屈服承载力1000吨的屈曲约束支 撑，长度12m～17m。是目前为止，国内长度最长的耗能型屈曲约 束支撑。
工程应用-铁路站房结构
经济性-减小地震作用
上海世博中心
经济性-减小地震作用
PCR
P
普通钢支撑的性能
P
4
Py
4. 5.
6.
3 5 7 2 6 1
δ
7.
PCR
Brace loaded in tension to yield. Remove load from member (P=0). Member still has permanent outof-plane deformation. Brace loaded in compression to peak compression capacity (buckling). Peak compression capacity reduced from previous cycle. Continue loading in compression. Flexural plastic hinge forms at mid-length (due to P-Δ moment in member).
原结构体系为框架。不 满足现有规范要求。需 要增大梁、柱截面，通 常采用包钢、粘碳纤维 布，植筋等方法。此类 方法是构件式加固。
工程应用-铁路站房结构
京沪高速铁路天津西站
高架夹层钢框架作为拱形屋面结构的支撑结构,主要的抗侧力构件采 用48根TJII型屈曲约束支撑，屈曲约束支撑外观为正方形，外观尺 寸为260mm×260mm，屈服承载力2300kN。
设计方法-动力时程SAP
N
Nby
qk k ∆y ∆
工程应用
作为结构主要抗侧力体系应用 平面不规则结构 竖向不规则结构 大跨空间结构 结构抗震加固 铁路站房结构
工程应用-主要抗侧力体系
α η2α max 1 0.45α max
Tg α = η 2α max T
γ
2
γ α = η 2 0.2 − η1 (T − 5Tg ) α max
工程应用-平面不规则
山西省图书馆
平立面严重不规则的6层混凝 土框架结构，通过角部屈曲约 束支撑布置，增强结构抗扭刚 度，提高结构延性。保证大震 安全。
建筑平面形状 不规则
工程应用-平面不规则
兰州云天皇冠酒店
核心筒偏置
工程应用-平面不规则
传统结构
结构扭转刚度太弱， 甚至第一周期为扭转， 位移比，平扭周期比 指标不满足规范要求。 解决方法是不断调整 结构布置，特别是周 边增加墙体或者加大 柱截面。
8.2.6 -2 人字支撑和V形支撑的框架梁在支撑连接处应保 持连续，并按不计入支撑支点作用的梁验算重力荷载和 支撑屈曲时不平衡力作用下的承载力； … … G.1.4 钢支撑-混凝土框架结构的抗震计算，尚应符合下 列要求： 3 混凝土框架部分承担的地震作用，应按框架结构和支 撑-框架结构两种模型计算，并宜取二者的较大值。 ----建筑抗震设计规范
}
}
----实用高层建筑结构设计 傅学怡
工程应用-竖向不规则
武汉保利文化广场
副楼
连接体
主楼
连体结构
大人牵小孩
强连接体结构
}
当连接体与两端塔楼刚接或铰接时，连接体可与塔 楼结构整体协调，共同受力，此时连接体除承受重 力荷载外，更主要的是要协调连接体两端的变形及 振动所产生的作用效应。一般情况下，连接体同塔 楼的连接处受力较大，构造处理较复杂，选择合适 的连接体刚度、结构形式及支座处的构造处理非常 重要。 ----复杂高层建筑结构设计 徐培福 “有限刚度”连接体
工程应用-结构抗震加固
上海恒丰中学加固
学校建筑，设防烈度由7度提 高到7度半，采用屈曲约束支 撑后结构加固量大大减小。
工程应用-结构抗震加固
传统结构 采用BRB
采用屈曲约束支撑，结构 体系变为框-撑，双重抗 侧力体系。屈曲约束支撑 安装方便，施工速度快。 根据需要可以考虑支撑在 小震设计力下屈服，增加 结构的附加阻尼比，也就 是当软钢阻尼器使用。
δ
2
1
PCR
Δ
plastic hinge
P
普通钢支撑的性能
P 1. Brace loaded in compression to peak compression capacity (buckling). 2. Continue loading in compression. Compressive resistance drops rapidly. Flexural plastic hinge forms at mid-length (due to P-Δ moment in member). 3. Remove load from member (P=0). Member has permanent out-ofplane deformation.
3 5 2
δ
1
PCR
普通钢支撑的性能
P
4
Py
4. 5.
6.
3 5 2 6 1
δ
Brace loaded in tension to yield. Remove load from member (P=0). Member still has permanent outof-plane deformation. Brace loaded in compression to peak compression capacity (buckling). Peak compression capacity reduced from previous cycle.
工程应用-竖向不规则
花样年-福年广场 成都金融城
结构避难层设 置伸臂桁架
伸臂桁架 加强层
有限刚度加强层
}
采用“有限刚度”加强层只是弥补整体刚度之不足，而且 只希望结构整体刚度满足规范的最低要求，以减少非结构 构件的破损。 “有限刚度”加强层其目的是尽量减少结构刚度突变和内 力的剧增，仍希望结构在罕遇地震作用下还能显现“强柱 弱梁”、“强剪弱弯”的延性屈服机制，避免结构在加强 层附近形成薄弱层。 加强层宜采用桁架形式，可通过调整桁架腹杆的刚度，使 加强层既能适当弥补结构整体刚度的不足，又能尽量减少 结构的内力突变。在罕遇地震作用下，宜使加强层桁架腹 杆先屈服破坏，避免加强层附近的外桁架柱和核心筒墙肢 发生破坏。
配合方法
}
设计院提供结构模型和支撑的性能目标； 支撑的性能目标包括：支撑屈服承载力、轴向刚度、 芯板材料、外观尺寸要求、连接方法 专业公司进行支撑设计、节点设计，并提供节点设计图， 支撑性能参数； 共同进行结构弹塑性性能分析。 进行弹塑性分析的常用软件：ETABS、SAP2000、 MIDAS
}
}
P
普通钢支撑的性能
δ
W6x16 Kl/r = 120
P
原理和优点
N = Afy

Pc r =
π
2
EI
2
(µ l )
原理和优点
原理和优点
原理和优点
l 强度
普通支撑 屈曲约束支撑
l 刚度
ϕAf Nb = 1 + 0.35λ n
N b = Af
EA kb = l EAe kb = l
普通支撑 屈曲约束支撑
T (s)
0
0.1
Tg
5Tg
6
结构的地震作用
工程应用-主要抗侧力体系
山西宾利国际商务公寓
8度区钢框架-支撑（支撑代替混凝土核心筒）
工程应用-主要抗侧力体系
该项目地上33 层，地下2 层， 结构标高约 150m，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133 层。
经济性-减小地震作用
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。
经济性-减少稳定构造构件
经济性-减少稳定构造构件
中国商用飞机有限公司总装厂房
经济性-减小相关构件
l 耗能能力
普通支撑 屈曲约束支撑
滞回环面积
设计方法
OK
普通支撑
NO
屈曲约束支撑
支撑的布置
设计方法
芯板的构成
设计方法
等刚度代换——等效截面面积Ae
设计方法
设计承载力 屈服承载力 极限承载力
N by = Af y
N b = Af
N bu = R y ω N by
设计方法-弹性计算PKPM
设计方法-静力推覆ETABS
经济性-减小地震作用
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，普通支撑的截面面积增大为0.0384m2，为BRB 截面面积的8.5 倍）。结构刚度的增大使得地震作用下结构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%。
人民日报社报刊综合楼
工程应用-主要抗侧力体系
传统结构
高烈度地区，一般采 用剪力墙或者框架剪 力墙结构。结构自重 较大，结构刚度很大， 剪力墙连梁抗剪截面 要求很难控制，个别 短墙肢墙身水平抗剪 超筋。
采用BRB
支撑刚度相比剪力墙要小很 多，能减小地震作用。框撑结构体系上是双重抗侧力 体系。框-撑可以看做竖向 平面的桁架，结构的轴力效 应更大。结构效能更优。支 撑作为第一道防线，先于主 体结构屈服，有效保护主体 结构。解决剪力墙连梁，短 墙肢超筋问题。
δ P
普通钢支撑的性能
P 1. Brace loaded in compression to peak compression capacity (buckling).
δ
1
PCR
P
普通钢支撑的性能
P 1. Brace loaded in compression to peak compression capacity (buckling). 2. Continue loading in compression. Compressive resistance drops rapidly. Flexural plastic hinge forms at mid-length (due to P-Δ moment in member).
采用BRB
控制扭转的最有效途径是增 加结构外圈刚度。此时，增 加剪力墙很难满足建筑使用 功能要求。支撑能够解决之 一突出矛盾。并且，支撑相 比较剪力墙，刚度更为温和， 结构调整难度降低。
工程应用-竖向不规则
上海虹桥交通枢纽
建筑要求第1 层 的九根大柱到第 2 层抽掉了4 根， 柱距由9 米变为 18 米 竖向柱网 调整
高 辉 模型咨询邮箱 839954652@qq.com
主要内容
原理和优点 设计方法 工程应用 经济性 配合方法
普通钢支撑的性能
普通钢支撑的地震表现
普通钢支撑的性能
普通钢支撑的地震表现
普通钢支撑的性能
普通钢支撑的性能
P Tension
δ Shortening Elongation
Compression
3
δ
2
1
PCR
普通钢支撑的性能
P
4
4.
Brace loaded in tension to yield.
Py
Байду номын сангаас
3
δ
2
1
PCR
P
普通钢支撑的性能
P
4
Py
4. 5.
Brace loaded in tension to yield. Remove load from member (P=0). Member still has permanent outof-plane deformation.