屈曲约束支撑在工程中的应用研究

五.屈曲支撑工程应用实例及普通支撑的比较
项目概况
• 该项目为鄂尔多斯正东广场-总部基地B区，位于内蒙古 鄂尔多斯市。是建筑面积约85万平米的超大规模综合建筑 群。设计使用年限50年；抗震设防为7度。其中的连体建筑 为ZAB2#楼和ZB3#楼，地上26层，95m高;裙房2层；总建 筑面积为70627.52m 。主体结构为框架剪力墙结构。
屈曲约束支撑 在工程中的应用研究
以下几个方面分别介绍：
• 屈曲支撑及其特点； • 本课题研究的目的和意义； • 本课题研究需要解决的问题 • 屈曲支撑设计要点； • 屈曲支撑工程应用实例； • 本课题研究成果；
一. 屈曲支撑及其特点
1.屈曲约束支撑简介 屈曲约束支撑（bukling-restrained brace） 简称屈曲支撑（BRB），是一种在受拉 和受压均能达到屈服而不发生屈曲失稳 的轴向受力构件，一般地，BRB由三部 分组成，即核心单元（芯材）、约束单 位以及药材和约束单元之间的无粘结材 料组成，如图1所示。
上海东方体育中心
上海世博中心
• 钢框架支撑
结构类型
支撑
屈曲约束支撑 431t
框架梁 2341t
框架柱 桁架 3063t 1959t
主体结构 总用钢量
7794t
普通支撑
1120t
2458t
3271t 1959t
8808t
一. 屈曲支撑及其特点（续）
2． 屈曲支撑的特点（与普通支撑的对比）： 普通支撑常用的形式：图3、图4
3：选择合适工程应用。 。
四．屈曲支撑设计要点：
屈曲支撑根据工程应用模式的不同， 可分为耗能型屈曲支撑，屈曲约束支撑型 阻尼器和承载型屈曲支撑三类。
四．屈曲支撑设计要点： （续）
1．承载型屈曲支撑设计：
小震作用： N≤0.9fayA1 N-—— 屈曲支撑轴力设计值 fay —— 芯材的屈服强度标准值 A1 —— 芯材的截面面积 中震作用：满足“中震不屈服”的要求。 计算软件：采用satwe计算构件内力，在通过查屈曲支撑 手册选取屈曲支撑的截面。

图6
四．屈曲支撑设计要点： （续）
3．屈曲支撑型阻尼器：
屈曲支撑型阻尼器是一种位移相关型消能器，其设计方 法同位移型阻尼器；小震时，钢材即进入屈服耗能，并 产生附加阻尼，附加阻尼按下述公式确定： Qa=∑Wcj/(4∏Ws) Qa —— 屈曲支撑附加有效阻尼 Wcj —— 第j个屈曲支撑在结构预期层间位移计uj下往复 循环一周所消耗的能量。 Ws —— 设置屈曲约束支撑的结构在预期位移下的总应变 能， 中震和大震下的验算采用弹塑性分析法。 计算软件，与耗能型屈曲支撑相同。
图3 中心支撑
图4 偏心支撑
一. 屈曲支撑及其特点（续）
屈曲支撑常用的形式如图5所示：
图5 屈曲支撑
一.屈曲支撑及其特点（续）
a.普通中心支撑： 特点：支撑受压屈曲，刚度迅速下 降，承载力低，耗能受力差。 b.普通偏心支撑： 特点：有耗能梁段，耗能性能好， 但支撑强度不能充分发挥，震后修 复困难。 c.屈曲约束支撑： 特点：支撑不会屈曲，只会屈服， 通过支撑屈服耗能保护梁、柱构件 不破坏，减小了大震下的变形，且 因只发生支撑屈服，震后易于更换。 支撑刚度的强度完全发挥，一般来 说，相同刚度下，承载能力比普通 支撑提高3~10倍。
一.屈曲支撑及其特点（续）
“小震经济”、“中震不坏”、“大震易修”是 屈曲约束支撑的特点，显然完全达到了现行国 家标准规定的抗震设防三水位“小震不坏、大震 不倒、中震可修”，而且在1.此基础上更上一层楼。Biblioteka 二．本课题研究的目的和意义
1．屈曲支撑具有良好的承载力，更具有非 常好的变形耗能能力，减震作用十分明显， 新编国家抗震规范GB50011-2010正式规定消 能减震结构的抗震性能1明. 显提高时，主体结 构的抗震构造可以适当降低，最大可降低1 度，这对于现有建筑结构的加固改造具有十 分重要的意义。
四．屈曲支撑设计要点： （续）
2．耗能型屈曲支撑设计：
小震作用下，计算方法与承载 型屈曲支撑相同。 中震和大震下的验算应采用弹 性性分析，此时，屈曲支撑采 用双线性恢复力模型。图6 计算软件：静力弹塑性采用 ETABS，动力弹塑性采用 SAP2000，Perform-3D等软件。
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图1 屈曲约束支撑构件组成示意图
一. 屈曲支撑及其特点（续）
核心单元构件是主要受力构件，由低强度钢板组成，常见的形状 为十字形和一字形，约束单元提供侧向约束，防止芯材受压时发生屈 曲失稳，目前常用的为钢管砼，无粘结材料仓裹在核心单元的表面， 用于消除核心单元与约束单元之间的摩擦力。
屈曲支撑于本世纪初在美国、日本1. 等国得到了广泛的研究与应用， 近年来，在我国已得到广泛关注，并部分用于实际工程中，如上海东 方体育中心、上海世博中心、北京银泰中心、以及中小学抗震加固改 造等等。如下所示：
项目概况
• 该项目为鄂尔多斯正东广场-总部基地B区，位于
内蒙古鄂尔多斯市。是建筑面积约85万平米的超大 规模综合建筑群。设计使用年限50年；抗震设防为7 度。其中的连体建筑为ZAB2#楼和ZB3#楼，地上26 层，95m高;裙房2层；总建筑面积为70627.52m 。 主体结构为框架剪力墙结构。
结构平面布置
二．本课题研究的目的和意义（续）
2．近年来，本院设计的工程日趋复杂，性 能化设计将成不可避免，通过学习中震、大 震下屈曲支撑的弹塑性设计方法，对今后的 复杂工程设计具有很强1的. 指导意义。
三．本课题研究需要解决的问题：
1：了解屈曲支撑的性能、构造特点及国内 外研究应用现状。
2：掌握屈曲支撑两阶段1. 计算分析方法，重 点突破弹塑性阶段的计算分析方法。
• 隔层平面布置
结构立面布置
屈曲约束支撑位置
四．屈曲支撑设计要点： （续）
4．屈曲支撑的节点设计：
根据强节点弱构件的设计原则： 对耗能型或屈曲支撑阻尼器： Fc≥1.2WNysc 对承载型屈曲支撑： Fc≥1.2Nysc Fc —— 承受屈曲约束支撑轴力的链接作用力设计值。 W —— 应变强化调整系数，根据芯材的型号取1.5～2.0。 Nysc —— 屈曲约束支撑屈服承载力。