浅谈BRB消能减震结构体系设计工作方案技巧及应用.docVIP

浅谈BRB消能减震结构体系设计方法及应用-企业管理论文 浅谈BRB消能减震结构体系设计方法及应用 王兵 杨玉红 马硕（河北华研卓筑加固工程集团有限公司） 摘要：屈曲约束支撑构件(Buckling Restrained Brace———简称BRB)以其良好的整体稳定性及滞回耗能性能优越，被广泛的应用于消能减震结构及既有建筑结构的抗震加固中。本文在总结消能减震建筑设计理论及方法的基础上，通过对某工程进行消能减震加固设计，对加固后结构选取合理性能目标，具体阐述了应用PKPM 系列软件采用理论简化设计方法进行消能减震设计的步骤，并采用ETABS 2013 对加固后消能减震结构体系进行快速非线性分析（Fast Nonlinear Analysis Method———简称FNA 法），验证理论简化设计方法的合理性，为从事屈曲约束支撑消能减震结构设计工程人员提供一定的参考资料。 关键词 ：屈曲约束支撑等效线性化假定FNA 消能减震结构 1 概述 屈曲约束支撑（Buckling Restrained Brace———简称BRB）主要由内芯耗能单元，外围约束单元与两者之间的缝隙或无粘结材料组成。内芯单元为钢芯，截面形式多为“一”形、“十”形、“H”形等多种形式[1]；外围约束单元多为纯钢构件或钢管混凝土构件；无粘结材料有硅胶板，橡胶板等多种材料。屈曲约束支撑体系主要由内芯单元承受轴力，外围约束单元为内芯单元提供侧向刚度，防止内芯单元在轴向压力作用下发生屈曲，在轴向拉伸、压缩受力状态下，屈曲约束支撑比普通钢支撑能够表现出更加饱满的滞回曲线，体现优良的滞回耗能性能，因此被广泛的应用于实际工程工程中。基于以上BRB 拥有的良好的整体稳定性及滞回耗能性能优越，越来越多结构设计人员采用BRB 构件作为主要消能减震构件对结构进行性能化设计，将结构抗震设计方法由传统抗震结构设计方法转变为消能减震结构设计方法。鉴于现阶段大多设计公司及设计院采用的结构设计软件为PKPM 系列软件，该软件由于不能模拟BRB 构件非线性性能，即其实际本构模型，故对BRB 提供的附加阻尼比不能准确计算，所以不能直接应用该软件对BRB 消能减震结构进行设计。故本文针对上述原因，列举具体工程实例，详细的阐述了采用PKPM 系列软件对消能减震结构进行设计的步骤，为广大结构设计人员进行消能减震结构性能化设计提供一定的参考资料，为该技术的推广做出一定的贡献。 2 理论简化设计方法简介要要等效线性化方法[2]PKPM 系列软件等效线性化方法[3]是采用BRB 在地震作用过程中等效黏滞阻尼及割线刚度代替BRB 在地震作用过程中的实际非线性滞回阻尼及二折线刚度模型。 2.1 等效刚度计算 式中：Fi———质点i 的水平地震作用标准值（m）。 ui———质点i对应于水平地震作用标准值的位移（kN）。 3 工程案例分析 3.1 工程简况。本工程为某商业综合楼。地下一层，Ⅰ区、Ⅱ区地上局部三层，现改造为地上四层；Ⅲ区局部地上一层，现改为地上三层，整体结构作为商业使用。总建筑面积40632.690m（2 其中地上总面积31643.22m2，地下总面积为8989.47m2），建筑高度为20.850m，为多层公共建筑（本文章仅对Ⅰ区、Ⅱ区进行分析比较计算）。 本工程工程原结构体系为框架结构体系，对原结构体系增加部分钢筋混凝土墙体，变为框架—剪力墙结构体系；局部设置屈曲约束支撑。 场地为三类，特征周期为0.45s，抗震设防烈度为8 度第二组，设计基本地震加速度为0.3g，多遇地震下αmax=0.24。 本工程工程由原结构体系的改变及加层造成结构地震反应的增大，使得结构构件内力增大很多，若采用常规加固方式实现规范规定的结构性能指标，会造成结构构件截面很大，同时进一步增大结构构件地震作用下的内力值，显然不够经济；设计人员采用增设屈曲约束支撑的方式将原建筑结构变为消能减震结构，通过增加结构在多遇地震作用下的附加阻尼，减小主体结构的地震作用响应，实现结构多遇地震作用下规范规定的性能指标，满足建筑承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，使结构更加安全可靠。同时减小了原结构构件截面尺寸，使得结构总造价大大降低。 屈曲约束支撑布置如下，本工程工程增设42 根屈曲约束支撑。 3.2 消能减震结构性能目标选取。本案例设计目标为： 性能目标4（多遇地震作用下结构主体弹性，屈曲约束支撑不屈服；基本烈度地震作用下结构主体轻微至接近中等损坏，结构构件需加固后才能使用，根据检修情况确定是否需更换屈曲约束支撑；罕遇地震作用下