防屈曲支撐在鋼框架住宅結(jié)構(gòu)中的布置研究

劉玉淼

摘? 要：防屈曲支撐因其高效的抗震耗能的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中逐漸被推廣使用。在對(duì)鋼框架住宅結(jié)構(gòu)抗震性能的研究中，增加防屈曲支撐的結(jié)構(gòu)層間位移角明顯降低，結(jié)構(gòu)整體的抗震性能得到了明顯的改善。通過(guò)分析防屈曲支撐的位置布置，得出一些結(jié)合住宅結(jié)構(gòu)使用功能的布置原則。

關(guān)鍵詞：防屈曲支撐;鋼結(jié)構(gòu);抗震性能;布置原則

中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）10-0080-02

Abstract： Anti-buckling braces are gradually popularized and used in seismic design of structures because of their high efficiency of seismic energy dissipation. In the study of seismic performance of steel frame residential structure， the interstory displacement angle of the structure with anti-buckling braces is obviously reduced， and the overall seismic performance of the structure has been significantly improved. By analyzing the position arrangement of anti-buckling brace， some layout principles combined with the use function of residential structure are obtained.

Keywords： anti-buckling brace; steel structure; seismic performance; layout principle

隨著城市建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)在世界建筑范圍內(nèi)占領(lǐng)了更廣闊的領(lǐng)域。然而，鋼結(jié)構(gòu)雖然擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是鋼結(jié)構(gòu)住宅在國(guó)內(nèi)住宅結(jié)構(gòu)中的占比并沒(méi)有隨著鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢(shì)而大幅增長(zhǎng)，這與鋼結(jié)構(gòu)本身的限制有關(guān)：鋼結(jié)構(gòu)因其強(qiáng)度優(yōu)異，而自身剛度有限，在地震荷載這樣的水平荷載作用下極易發(fā)生失穩(wěn)破壞。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能做出了研究，得到的成果頗豐。本文中針對(duì)添加防屈曲支撐的鋼結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)與研究。

1 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性體現(xiàn)

首先，鋼結(jié)構(gòu)是優(yōu)秀的綠色結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)采用的鋼材可以循環(huán)使用，不會(huì)造成資源浪費(fèi)，也不必要過(guò)度砍伐木材而對(duì)生態(tài)環(huán)境造成威脅;鋼結(jié)構(gòu)本身的輕質(zhì)高強(qiáng)，抗震性能較佳，并且可以通過(guò)增加支撐和剪力墻以提高抗震性能;鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工不會(huì)出現(xiàn)濕作業(yè)環(huán)節(jié)，因此不會(huì)出現(xiàn)影響環(huán)境的粉塵和污水垃圾等;鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程簡(jiǎn)便快速，工期較短。

總的來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)完全符合當(dāng)下綠色建筑的概念，材料方面輕質(zhì)高強(qiáng)、低碳環(huán)保、循環(huán)利用，施工進(jìn)程方面簡(jiǎn)潔快速、減少污染、構(gòu)件集成;結(jié)構(gòu)性能方面強(qiáng)度可觀、抗震性能好。

2 鋼框架住宅的模型建立

2.1 結(jié)構(gòu)平面布置

文章研究的結(jié)構(gòu)是28層的鋼框架住宅，結(jié)構(gòu)平面圖見(jiàn)圖1。

2.2 純鋼框架住宅模型

2.3 添加防屈曲支撐鋼框架住宅模型

文章中采用抗側(cè)剛度比方法確定防屈曲支撐的剛度，進(jìn)而控制防屈曲支撐的截面。其中，抗側(cè)剛度比的概念為：防屈曲支撐剛度與整層結(jié)構(gòu)層間的抗側(cè)剛度比值。文章中選取的抗側(cè)剛度比為0.5。模型整體見(jiàn)圖2。

3 防屈曲支撐位置選擇

周學(xué)軍等對(duì)支撐-框架結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移進(jìn)行對(duì)比分析，得出在支撐總用鋼量相同情況下，集中在中間跨布置防屈曲支撐的整體結(jié)構(gòu)，在地震荷載作用下抗震性能更好，并且應(yīng)當(dāng)在滿足支撐穩(wěn)定性要求下盡可能增加支撐的長(zhǎng)度，提高支撐的抗側(cè)移能力。

對(duì)不同支撐布置形式的框架-支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性有限元分析得出結(jié)果：不論是普通支撐還是防屈曲支撐的布置都應(yīng)該在最大程度滿足建筑使用功能和受力要求的基礎(chǔ)上，將支撐布置在最有利于耗能的位置，發(fā)揮抗震設(shè)防第一道防線作用。

總結(jié)布置原則有以下幾點(diǎn)：

（1）防屈曲支撐應(yīng)該布置在整體結(jié)構(gòu)地震作用下受力大的部位。

（2）防屈曲支撐應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)地震作用下層間位移角進(jìn)行樓層間布置。

（3）防屈曲支撐應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)平面形狀沿著結(jié)構(gòu)對(duì)稱軸方向?qū)ΨQ布置。

（4）防屈曲支撐應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心重合，在減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的同時(shí)保證結(jié)構(gòu)立面剛度均勻，避免形成薄弱層或者應(yīng)力集中。

本文中，因考慮住宅結(jié)構(gòu)的使用功能，為不影響住宅的內(nèi)部空間需求，以及外部開(kāi)窗不受支撐影響，采用人字形布置，且將防屈曲支撐對(duì)稱布置在結(jié)構(gòu)的外圍，見(jiàn)圖1。

4 研究結(jié)果

添加了防屈曲支撐的鋼框架住宅結(jié)構(gòu)，層間位移角有明顯的降低，防屈曲支撐在不影響建筑使用功能的情況下發(fā)揮了自身的抗震性能，同樣提升了結(jié)構(gòu)本身的抗震性能。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)增加了防屈曲支撐的鋼框架住宅結(jié)構(gòu)的研究，考慮到住宅結(jié)構(gòu)對(duì)支撐布置位置的限制，選擇在結(jié)構(gòu)外側(cè)對(duì)稱布置人字形防屈曲支撐，明確了防屈曲支撐對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的有力提升。

參考文獻(xiàn)：

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