关于屈曲约束支撑在多遇地震作用下应用分析王文涛

关于屈曲约束支撑在多遇地震作用下应用分析王文涛

王文涛

机械工业勘察设计研究院有限公司710043

摘要：屈曲约束支撑作为一种新型的抗震耗能构件，广泛的应用在建筑工程框架结构设计中，不仅可以有效提高框架结构的稳定性，还可以大大提升框架结构设计的质量。本文分析了屈曲约束支撑的概念及原理，并对屈曲约束支撑在框架结构设计中的应用进行了研究。

关键词：屈曲约束支撑；框架结构；原理；设计；应用

引言框架结构是建筑结构应用较为广泛的一种建筑形式，框架结构首先要满足建筑结构抗震性能的要求，确保实现小震不坏、大震不倒的目标要求。建筑设计中设计人员要提高框架结构的抗震性能。应用屈曲约束支撑使框架结构设计经常应用的一种方法，它作为一种抗震耗能构件，在国外应用已经技术成熟，经过多年的研究和实践，在框架结构设计中应用屈曲约束支撑，完全可以实现建筑抗震设防的要求，对框架结构设计发挥了重要的作用。

1屈曲约束支撑定义及原理

屈曲约束支撑又叫做防屈曲支撑，最早起源于日本，最开始以墙板式防屈曲耗能支撑形式研究出现，加入不同无粘结材料并对其进行了拉压试验；而后美国也开始对防屈曲支撑体系进行相应的设计研究和试验，并根据理论计算分析了该支撑体系优于其他支撑体系的优点。经过无数实验表明，屈曲约束支撑具有较好的屈服承载力，在大震下可起到较好的抗震作用，可以保护主体结构在大震作用下不屈服或缩小破坏性，而且经过大震后损坏的支撑可以方便地进行更换。因此采用支撑的结构体系在建筑结构中应用十分广泛。防屈曲支撑可以为框架或排架结构提供较大的抗侧刚度和承载力，通过图1支撑体系与非支撑体系荷载位移曲线对比图示可以看出。

因为屈曲约束支撑只有芯板和其他构件相互连接，所以所受的荷载几乎全部强加于芯板，由芯板承担，外套筒和填充材料只是对芯板受压屈曲进行约束，使芯板在受拉和受压作用下都能进入屈服，所以屈曲约束支撑的滞回性能较好。屈曲约束支撑不仅可以有效减少普通支撑拉压承载力显著差异的缺陷，还同时发挥了金属阻尼器的耗能能力，在建筑结构中充分发挥抗震和抗压的保险作用，使主体结构基本处在一个允许的弹性范围之内。所以屈曲约束支撑可以有效提高传统支撑框架在中震和大震作用下的抗震性能，起到较好的抗震设防目的。通过传统支撑框架和屈曲约束支撑框架在不同震级作用下的对比表可以明显看出屈曲约束支撑发挥的作用和效果。

（三）屈曲约束支撑在框架结构设计中的应用

2.1布设原则。建筑结构中应用屈曲约束支撑可以结构中抗震耗能构件的数量，做好这一环节的布置工作，能高效发挥构件的耗能作用，降低框架结构出现变形的概率，全面提升框架结构的受力能力。应用屈曲约束支撑布置要遵循三个主要原则。一是在地震力作用下，要在结构产生较大支撑内力的位置布设屈曲约束支撑。二是要在层面位移最大的楼层布设屈曲约束支撑。三是要在沿结构主轴的两个方向布设屈曲约束支撑。需要注意的是，在屈曲约束支撑布设时，要选择科学合理的支撑方式，通常常见的有单斜撑、人字形、V形支撑。框架钢结构中多选用人字形屈曲约束支撑，使用单斜撑的支撑方式较少，当必须采用单斜撑方式时可以采用对称布置的方式，支撑与柱的夹角要合理控制在35°-55°之间。

2.2计算方法。以SATWE为例，定义屈曲约束支撑的方法类似于普通钢支撑方法，先初步拟定钢支撑芯材的等效截面面积，斜杆布置中选用正方形截面型式，根据等效截面面积折算参数输入，将斜杆布置于相应位置处。定义完成后，进入SATWE前处理中选择“特殊构件补充”，检查屈曲约束支撑两端节点的状态，需将支撑两端定义为铰接。之后进入SATWE前处理的“生成SATWE数据文件及数据检查”项，完成所有检查项后进行结构内力、配筋计算，计算完毕后，验证结构总体指标、结构构件承载力能否实现设计的要求。

2.3屈曲约束支撑在框架结构中的设计要点。一是设计人员应选择大小适合的支撑截面并控制支撑截面数量，有效降低施工成本，节约建筑室内空间。确定芯材截面等效截面面积要采用适合的钢支撑构件，确保刚支撑构件数量最佳。要确保层间位移角符合规范要求，使支撑的强度、刚度达到最佳。设计人员统筹考虑工程实际情况来确定支撑的数量，合理设置支撑布置形式，确保各项指标能满足规范。二是对于整体结构的优化，要统筹考虑地震作用的影响，设计人员一般可以通过框架结构与钢支撑在结构变形中所占比例，进行折算得到等效的阻尼比，再和标准值进行对照。三是计算地震作用时，要对结构弹性层间位移角大小进行控制，设计结构弹性层间位移角时，要对项目所处的环境因素进行综合的考虑，地震多发地带、地震较少地区、罕遇地震环境的结构弹塑性层间位移角要负荷规范要求。四是在进行支撑节点设计时，确保节点板上下层平面位置的支撑中心线在竖向平面内，当中心线不在一个竖向平面内时，中心线的间距要保持在柱宽的1/4以内。五是在框架结构中，门窗设计应采用避让的原则，门窗不能放置在支撑和梁柱的间隙上，可以采用偏移布置的方式。

结语屈曲约束支撑在框架结构设计中发挥着重要的应用价值，加设屈曲约束支撑能大大增加框架结构的刚度和强度，提高结构的抗震能力和稳定性，有效避免建筑在地震力的作用下出现变形。

参考文献：

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