屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究*

薛彥濤

(中國建筑科學研究院有限公司， 北京 100013)

1 概述

傳統(tǒng)的建筑抗震設(shè)計依靠其主體結(jié)構(gòu)的性能(強度、剛度或延性)抵御地震，使結(jié)構(gòu)“小震不壞、中震可修、大震不倒”。由于地震作用的隨機性，一旦地震烈度超出人們預估的范圍，將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重的損壞甚至倒塌，造成重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。因此，經(jīng)濟而有效的設(shè)計方法是采用結(jié)構(gòu)抗震控制技術(shù)，通過對結(jié)構(gòu)作特殊構(gòu)造處理或附設(shè)控制裝置，借助于特殊構(gòu)造或控制裝置在結(jié)構(gòu)振動中的變形或運動，耗散地震輸入結(jié)構(gòu)的大部分能量，確保主體結(jié)構(gòu)在大震中免于損壞。

研究表明，普通鋼筋混凝土框架，如果構(gòu)造合理(梁、柱端及節(jié)點核心區(qū)箍筋加密)，則具有較好的抗震性能，但在承受較大量級的地震作用時，由于其抗側(cè)剛度小、強度低，難以控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形，導致結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴重的非線性損壞，直至倒塌。這樣的震害現(xiàn)象也在我國多次大地震中出現(xiàn)。采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)能夠很好地解決框架剛度不足的問題，但會遇到兩個問題：1)設(shè)置少量的剪力墻來解決框架結(jié)構(gòu)位移的問題時，采用的層間位移角控制指標是什么？由于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂時的層間位移角約為1/800，因此少墻框架結(jié)構(gòu)也應采用這個指標，否則不滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2010)(簡稱抗震規(guī)范) “小震不壞”的設(shè)計原則，這樣一來，要求結(jié)構(gòu)設(shè)置的剪力墻的墻肢會增多。2)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)剛度較純框架結(jié)構(gòu)剛度大得多，剪力墻承擔大部分的地震作用，設(shè)計計算時，剪力墻配筋往往是超筋，或抗剪截面承載力不足，這種情況下會要求設(shè)置足夠數(shù)量的剪力墻，影響了建筑物的使用。圖1為某少墻框架結(jié)構(gòu)中的剪力墻[1]，由圖可知，剪力墻剪切破壞時框架柱損傷很小。

圖1 少墻框架結(jié)構(gòu)中的剪力墻

圖2 鋼支撐壓屈破壞嚴重墻

圖3 屈曲約束支撐構(gòu)造形式

鋼筋混凝土框架+鋼支撐結(jié)構(gòu)的剛度介于純框架結(jié)構(gòu)與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)之間。在正常使用階段和多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度和強度安全儲備，鋼支撐可以增加結(jié)構(gòu)剛度，達到減小結(jié)構(gòu)變形的目的。在罕遇地震作用下，鋼支撐進入塑性階段，消耗地震能量，達到結(jié)構(gòu)抗倒塌的目的。

如果采用普通鋼支撐框架結(jié)構(gòu)，鋼支撐桿件在地震作用下會出現(xiàn)受壓屈服，其強度和剛度大幅度退化，隨即導致結(jié)構(gòu)的嚴重損壞，如圖2所示。鋼支撐加固鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的試驗結(jié)果表明[2]，鋼支撐桿件先于鋼筋混凝土框架破壞，只能起第一道防線的作用。采用屈曲約束支撐則能夠很好地彌補這一點，屈曲約束支撐受壓時不屈服，完全實現(xiàn)受壓時屈曲約束支撐的塑性發(fā)展要求，性能與受拉時性能完全相同。

1.1 屈曲約束支撐性能

屈曲約束支撐(BRB/UBB)由芯材，無粘結(jié)材料、填充材料、外套筒組成(圖3)。屈曲約束支撐僅芯板與其他構(gòu)件連接，所受的全部荷載由芯板承擔，約束套筒僅約束芯板受壓屈曲，使得芯板在受拉和受壓下均能進入屈服，因而其滯回性能優(yōu)良(圖4)，具有很強的耗能能力。

屈曲約束支撐一方面避免了普通支撐拉壓承載力差異顯著的缺陷，另一方面具有金屬消能器的耗能能力，可以在結(jié)構(gòu)中充當“保險絲”的作用，保護主體結(jié)構(gòu)安全。

目前，國內(nèi)已解決屈曲約束的材料[3]、產(chǎn)品構(gòu)件和生產(chǎn)工藝等技術(shù)難題，生產(chǎn)出擁用自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，為屈曲約束支撐的廣泛應用奠定了基礎(chǔ)。

1.2 屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能

屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)[4-8]的剛度介于框架與剪力墻之間，地震作用可以在框架和支撐間合理分配。多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度和強度安全儲備，支撐主要起增加結(jié)構(gòu)剛度、減小結(jié)構(gòu)變形的作用。罕遇地震作用下，支撐進入塑性階段，消耗地震能量，達到結(jié)構(gòu)抗倒塌的目的。

圖4 屈曲約束支撐滯回曲線

屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)試驗表明[4-8]，模型結(jié)構(gòu)在試驗中表現(xiàn)出較高的抗側(cè)剛度、抗剪強度和變形能力，滯回曲線飽滿(圖5)，沒有隨著變形的增大而出現(xiàn)混凝土框架結(jié)構(gòu)的“捏攏”現(xiàn)象，具有很強的耗能能力。主體框架結(jié)構(gòu)破壞后，支撐仍能持續(xù)發(fā)揮作用，骨架線保持穩(wěn)定，保證屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的延性達到1/50。

圖5 屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)滯回曲線

支撐性能對屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能至關(guān)重要，要求支撐不能先于框架結(jié)構(gòu)破壞，有些試驗發(fā)生屈曲約束支撐先于框架破壞是不能接受的，對屈曲約束支撐大變形下的性能應有試驗檢測保證。

2 屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

2.1 屈曲約束支撐應用范圍

屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種新型抗震體系，它具有較高的抗側(cè)剛度、強度和延性，依靠屈曲約束支撐消耗大量地震能量，使主體結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下免于倒塌破壞。對于大量出現(xiàn)在地震區(qū)的建筑，當采用傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)已不能滿足要求時，這種結(jié)構(gòu)體系可以優(yōu)先考慮。

對于震損、達不到抗震設(shè)防要求、使用狀況改變、加層等需要進行抗震加固的框架結(jié)構(gòu)，也可以采用屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。

2.2 適用高度

規(guī)范對屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的適用高度沒有明確規(guī)定，但可根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2010)(簡稱抗震規(guī)范)對消能減震結(jié)構(gòu)以及鋼支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定，來確定屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的適用高度。

當把屈曲約束支撐作消能器使用時，結(jié)構(gòu)按消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計，此時，結(jié)構(gòu)高度取對應的框架結(jié)構(gòu)適用高度，見表1。當把屈曲約束支撐作鋼支撐使用時，結(jié)構(gòu)可按鋼支撐-框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)高度取框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)高度的平均值，見表2。

按框架結(jié)構(gòu)取適用高度 表1

按鋼支撐-框架結(jié)構(gòu)取適用高度 表2

這兩種設(shè)計方法不同，高度取值相差很大，區(qū)分的方法如下：

設(shè)計時，高度不超過框架結(jié)構(gòu)適用高度時，可按消能減震要求設(shè)計，屈曲約束支撐按消能器要求檢測。此時，對屈曲約束支撐數(shù)量沒有什么特別要求，只需滿足結(jié)構(gòu)變形和強度要求即可。

高度超過框架結(jié)構(gòu)適用高度，但不超過鋼支撐-框架結(jié)構(gòu)的適用高度時，按鋼支撐-框架結(jié)構(gòu)要求設(shè)計。屈曲約束支撐根據(jù)設(shè)計要求按構(gòu)件或消能器要求檢測。此時需滿足下面兩個條件：1)底層的鋼支撐框架按剛度分配的地震傾覆力矩應大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%；2)結(jié)構(gòu)阻尼比不應大于4.5%，或按混凝土框架部分和鋼支撐部分在結(jié)構(gòu)總變形能所占的比例折算為等效阻尼比。

2.3 屈曲約束支撐的布置原則

在框架結(jié)構(gòu)中增設(shè)屈曲約束支撐，是一種極為有效而經(jīng)濟的抗震方法，但是斜向支撐會妨礙建筑的平面布置，除不利于開門窗洞口外，對內(nèi)部空間和人流的安排也帶來不便。因此，斜向支撐常集中布置在結(jié)構(gòu)的豎向區(qū)格或單榀結(jié)構(gòu)上，以使其不利影響降低到最小程度。最有效但也是最有妨礙的斜向支撐類型是能夠形成全對角桁架的支撐；全對角支撐單榀結(jié)構(gòu)常常布置在不需要通道的部位，諸如電梯、設(shè)備、樓梯間附近及它們之間的位置上，這些部位在建筑使用期間不會變動。

屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)布置應符合下列要求:1)在結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向同時布置；2)上下連續(xù)布置,當受建筑方案影響無法連續(xù)布置時,置在鄰跨延續(xù)布置, 同時保證支撐上部框架支撐的柱具有足夠豎向剛度和強度；3)支撐宜用人字支撐、V形支撐或單斜撐；4)支撐在平面內(nèi)布置應避免扭轉(zhuǎn)效應；5)支撐之間無大洞口的樓、屋蓋的長寬比不宜大于3∶1，否則應考慮樓板的彈性效應。

在水平荷載作用下，屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的屈曲約束支撐類似于豎向懸臂桁架，柱如弦桿一樣承擔外部荷載產(chǎn)生的彎矩，斜支撐和梁如同腹桿承擔水平剪力。弦桿的軸向變形對框架側(cè)向變形的影響使結(jié)構(gòu)趨于產(chǎn)生“彎曲”的形狀，而腹桿變形的影響使結(jié)構(gòu)趨于產(chǎn)生“剪切”的形狀，最終形成的側(cè)向變形形狀是彎、剪兩種曲線效果的組合。一般在均衡的低層支撐結(jié)構(gòu)中，剪切變形最為重要；在中高層結(jié)構(gòu)中，主要產(chǎn)生彎曲變形，柱承受較大的軸向力和變形，柱承受的沿高度方向的大量變形積累，是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎曲變形的主要原因。因此，在斜支撐單榀結(jié)構(gòu)中，位于結(jié)構(gòu)頂端或接近于頂端處的層間位移值最大。據(jù)此可知，對于剪切型的低層結(jié)構(gòu)，應注意在結(jié)構(gòu)底部設(shè)置支撐；對于彎曲型的中高層結(jié)構(gòu)，不能忽視在結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置支撐。

在單跨帶支撐的單榀結(jié)構(gòu)中，地震作用使該單榀結(jié)構(gòu)的底層柱產(chǎn)生較大的拉力，這些拉力能否部分或全部被結(jié)構(gòu)的恒載所抵消，取決于該柱支承的樓面荷載。但當屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的高寬比較大時，向上拉起的力就可能會很大以致難以處理。在多跨單榀結(jié)構(gòu)中，可以通過在單榀結(jié)構(gòu)不同跨內(nèi)的相鄰各層布置支撐來解決這種問題。為滿足建筑要求，可以在同一個單榀結(jié)構(gòu)的不同跨或在各平行單榀結(jié)構(gòu)的部分跨中設(shè)置支撐，但需要保證每個設(shè)置支撐跨的側(cè)向剛度盡量相等。在有些情況下，由于樓層的收進或出現(xiàn)轉(zhuǎn)換，不可能在結(jié)構(gòu)的某一個立面沿整個高度布置支撐。遇到這種情況時，可以通過樓板平面內(nèi)剛度或通過樓板平面內(nèi)設(shè)置的水平斜支撐將剪力從收進或轉(zhuǎn)換層上面的斜支撐單榀結(jié)構(gòu)處傳遞到下面的結(jié)構(gòu)中。

3 計算方法

根據(jù)抗震規(guī)范的有關(guān)規(guī)定及相關(guān)科研成果，建議抗震計算采用如下方法。

3.1 多遇地震作用下的抗震強度驗算

屈曲約束支撐作為金屬類消能器的一種，屬位移型阻尼器，在多遇地震作用下可以提供剛度和附加阻尼。在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中使用屈曲約束支撐時，框架結(jié)構(gòu)的層間位移角限值為1/550，按支撐可能產(chǎn)生最大應變的設(shè)置角度折算，支撐應變?yōu)?/1 000左右。因此，屈曲約束支撐在多遇地震作用下能夠提供的附加阻尼很小，其提供的主要還是附加剛度。

因此，屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下進行強度和變形驗算時，假定屈曲約束支撐不屈服且處于彈性狀態(tài)，計算則得以簡化。驗算需要注意的問題為：1)計算時，屈曲約束支撐按普通支撐對待，強度驗算時不考慮長細比影響，并采用振型分解反應譜法進行計算；2)鋼筋混凝土框架構(gòu)件按現(xiàn)行抗震規(guī)范有關(guān)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的要求進行抗震強度驗算。

3.2 阻尼比取值

屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)包含了混凝土構(gòu)件和鋼構(gòu)件，兩種構(gòu)件的阻尼比不同，混凝土構(gòu)件的阻尼比通常取0.05，鋼構(gòu)件取0.02，組合后的結(jié)構(gòu)阻尼比取決于其在總變形能中所占的比例。采用振型分解反譜法進行分析時，不同振型的結(jié)構(gòu)，阻尼比也不同?？刹捎檬?1)計算結(jié)構(gòu)的振型阻尼比[9]。

(1)

式中:ξi為振型i的阻尼比；K1,K2分別為混凝土構(gòu)件和支撐構(gòu)件剛度矩陣；φi1,φi2分別為振型i在混凝土構(gòu)件和支撐構(gòu)件上的位移。

當采用簡化估算時,阻尼比取值符合下列要求：1)支撐框架承擔大于50%的總傾覆力矩時，支撐抗側(cè)力起主要作用，結(jié)構(gòu)阻尼比不應大于4.5%；2)支撐框架承擔不大于50%的總傾覆力矩時，混凝土框架抗側(cè)力起主要作用，結(jié)構(gòu)阻尼比取5%。

3.3 多遇地震作用下結(jié)構(gòu)變形

抗震規(guī)范規(guī)定，多遇地震作用下鋼支撐-混凝土框架結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值取框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)插值，限值為1/650。

多遇地震作用下結(jié)構(gòu)的層間位移角限值取決于結(jié)構(gòu)構(gòu)件和裝修不壞?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的層間位移角限值為1/550，而鋼支撐被屈曲約束支撐替換后，當層間位移角為1/550時，支撐不會出現(xiàn)受壓失穩(wěn)情況[10]。因此, 建議屈曲約束支撐-混凝土框架的彈性層間位移角限值取框架結(jié)構(gòu)樓層彈性位移角限值[θe]≤1/550[10]。

3.4 屈曲約束支撐屈服承載力

為了使屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下具有更好的抗倒塌性能，并使結(jié)構(gòu)設(shè)計更加經(jīng)濟合理，建議進行彈性分析時，屈曲約束支撐承擔的樓層剪力不低于各樓層剪力的40%。

3.5 二道防線設(shè)計問題

根據(jù)檢驗標準的不同，屈曲約束支撐分為兩類：一類為消能器，按消能器檢驗，要求晚于框架結(jié)構(gòu)破壞；另一類為消能構(gòu)件，按抗震規(guī)范對構(gòu)件的要求檢測，罕遇地震作用下支撐是否破壞并沒有明確規(guī)定。

作為消能器，屈曲約束支撐能與框架共同作用，共同承擔地震作用直至最后破壞，因此，計算框架配筋時，可考慮支撐作用。

作為消能構(gòu)件，屈曲約束支撐可能早于框架破壞，這時支撐還是第一道防線，為安全起見，此時仍要求框架承擔全部地震作用，框架承載力驗算不考慮支撐的作用。

3.6 罕遇地震作用下彈塑性位移驗算

罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)薄弱層支撐進入塑性階段時，已不再是彈性結(jié)構(gòu)強度驗算問題，而是在罕遇地震作用下薄弱層彈塑性位移驗算，以檢驗結(jié)構(gòu)是否可能倒塌。

對于屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，由于設(shè)置屈曲約束支撐進入塑性耗能階段，大大增加了結(jié)構(gòu)的阻尼。一旦薄弱層的屈曲約束支撐屈服，引起結(jié)構(gòu)自振周期增長，地震作用減弱，尤其是結(jié)構(gòu)阻尼的加大，結(jié)構(gòu)的地震響應將明顯減小，使得屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)能夠有效抵御罕遇地震作用而不致倒塌，甚至能夠抵御超烈度地震作用。這也是采用抵御罕遇地震作用框架這類抗震結(jié)構(gòu)最主要的優(yōu)勢所在。

從試驗結(jié)果看，采用普通鋼支撐時，普通鋼支撐先于框架結(jié)構(gòu)徹底破壞，其后地震作用由框架獨自承擔，普通鋼支撐破環(huán)時框架位移角約為1/80[2]，抗震規(guī)范給出的1/67的限值要求明顯偏松。

采用屈曲約束支撐時，破壞情況大不相同，框架破壞先于屈曲約束支撐。試驗進行到框架頂點位移角為1/30[4]時，支撐仍未破壞，多個試驗也表明，采用屈曲約束支撐的框架結(jié)構(gòu)，屈曲約束支撐與框架共同變形，承擔地震作用，層間彈塑性位移角達到1/50[5,7-8,10]。

建議屈曲約束支撐-鋼筋鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的彈塑性層間位移角限值[θp]取1/50。

4 抗震措施

屈曲約束支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中的框架分兩部分：一部分與支撐直接相關(guān)，稱為支撐框架結(jié)構(gòu)，在《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》(JGJ 297—2013)(簡稱消能減震規(guī)程)中稱為子結(jié)構(gòu)；另一部分為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，消能減震規(guī)程要求按鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，抗震措施與框架結(jié)構(gòu)相同。當屈曲約束支撐作為消能器使用時，消能減震規(guī)程規(guī)定結(jié)構(gòu)抗震性能明顯提高，地震影響系數(shù)不到非消能減震結(jié)構(gòu)的50%時，可降低一度采用抗震措施。但由于多遇地震作用下，增加屈曲約束支撐后的框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)剛度也隨之增加，但結(jié)構(gòu)阻尼不增加，因此整個結(jié)構(gòu)的地震作用是增加的，不能滿足“降度”取值的條件。

支撐框架結(jié)構(gòu)(子結(jié)構(gòu))的設(shè)計要求在抗震規(guī)范中的消能減震章節(jié)沒有規(guī)定，在附錄G 鋼支撐-鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中要求抗震等級提高一級。而在消能減震規(guī)程中要求支撐框架結(jié)構(gòu)(子結(jié)構(gòu))中的梁和柱按重要構(gòu)件設(shè)計，應考慮罕遇地震作用效應和其他荷載作用標準值的效應，其值應小于構(gòu)件極限承載力。從設(shè)計實踐看，低烈度區(qū)消能減震規(guī)程這個要求還是可以實現(xiàn)的，而高烈度區(qū)很困難。試驗研究表明[4-5]，支撐框架結(jié)構(gòu)的損傷或破壞程度并不比非支撐框架結(jié)構(gòu)嚴重，按抗震規(guī)范提高一級取值還是可行的。

屈曲約束支撐-框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求具體如下：1)鋼筋混凝土框架主體部分按抗震規(guī)范第6章的規(guī)定進行設(shè)計。2)支撐框架結(jié)構(gòu)(子結(jié)構(gòu))提高一個抗震等級，但不超過一級。3)框架梁柱在支撐節(jié)點板預埋件以外500mm或梁柱截面最大尺寸范圍內(nèi)箍筋應加密。

5 屈曲約束支撐的檢驗

抗震規(guī)范要求，屈曲約束支撐由第三方進行抽樣檢驗。設(shè)計人員應根據(jù)屈曲約束支撐用途，采用不同的檢驗要求。

5.1 屈曲約束支撐檢驗要求

(1)按消能器要求檢驗

抗震規(guī)范規(guī)定，在設(shè)計位移幅值下，往復循環(huán)加載30圈，屈曲約束支撐的主要設(shè)計指標誤差和衰減不應超過15%，不應有明顯的低周疲勞現(xiàn)象。

(2)按構(gòu)件要求檢驗

抗震規(guī)范對屈曲約束支撐構(gòu)件要求在屈曲約束支撐長度的1/300，1/200，1/150和1/100下，各自往復加載3周。試驗得到的滯回曲線應穩(wěn)定、飽滿。

5.2 屈曲約束支撐檢驗數(shù)量

抽檢數(shù)量為同一類型同一規(guī)格數(shù)量的3%，當同一類型同一規(guī)格的屈曲約束支撐數(shù)量較小時，可以在同一類型屈曲約束支撐中抽檢總數(shù)的3%，但不小于2個，檢測合格率為100%，檢測合格后的屈曲約束支撐不能用于主體結(jié)構(gòu)。

屈曲約束支撐的類型包括：芯材的截面形式和約束體截面形式。芯材常用的截面形式有“一”字形，“十”字形和“工”字形(圖3(b))。約束體主要有外包鋼管混凝土式和全外包鋼式。同一類型要求支撐芯材截面和約束體截面相同。屈曲約束支撐規(guī)格指支撐的長度和屈服承載力。同一類型要求支撐的長度不超過50%，承載力相差不超過100%。

6 屈曲約束支撐連接

6.1 屈曲約束支撐連接形式

屈曲約束支撐與框架的連接方式有：螺栓連接、焊接連接、銷軸連接、法蘭連接，見圖6。

圖6 屈曲約束支撐連接方式

其中焊接連接最為簡單，節(jié)點板可預先與框架預埋板焊好，支撐安裝時進行支撐與節(jié)點板間的焊接。焊縫通常為對接焊，對焊縫質(zhì)量要求較高，通常要求1級焊縫，但是當連接處的截面承載力大于支撐芯材承載力1.5倍以上時，可按2級焊縫要求。

螺栓連接與普通鋼構(gòu)件的螺栓連接方式相同，可采用普通螺栓或高強螺栓，承載力可以由螺栓剪力或高強螺栓摩擦力提供。

銷軸連接利用銷軸抗剪承擔支撐拉壓荷載。法蘭連接則利用螺栓的抗拉和法蘭抗壓承擔支撐荷載，螺栓可采用普通螺栓或高強螺栓。這兩種連接方法施工時，需先將支撐與節(jié)點板連接好，再將節(jié)點板焊接到框架預埋件上，現(xiàn)場焊接工作量較大。

6.2 屈曲約束支撐與節(jié)點板連接驗算

屈曲約束支撐與主結(jié)構(gòu)之間的連接應在彈性范圍內(nèi)工作。

6.2.1 螺栓連接

為保證與屈曲約束支撐相連節(jié)點在罕遇地震作用下不發(fā)生滑移，其連接高強度摩擦型螺栓的數(shù)量n可由下式確定：

(2)

式中：nf為傳力摩擦面數(shù)目；μ為摩擦面的抗滑移系數(shù)；P為每個高強螺栓的預拉力；Nbu為屈曲約束支撐極限承載力，Nbu=ωNby,Nby為屈曲約束支撐屈服承載力，ω為屈曲約束支撐強屈比，取值見表3；λ為系數(shù)，保證節(jié)點板處于彈性狀態(tài)，新建工程取1.2，加固工程取1.1。

屈曲約束支撐材料的強屈比 表3

6.2.2 焊接連接

對于承載力較大的屈曲約束支撐，如果節(jié)點采用螺栓連接，所需的螺栓數(shù)量比較多，使得節(jié)點所需連接段較長，此時節(jié)點可采用焊接連接。

焊接可采用角焊縫或?qū)雍缚p，焊接連接的承載力應滿足下式要求：

Nf=λNbu

(3)

6.2.3 銷軸連接

銷軸直徑為：

(4)

式中：nv為受剪面的數(shù)目；fvb為銷軸的抗剪強度設(shè)計值，若銷軸采用調(diào)質(zhì)45號鋼制作，則其fvb=250MPa。

6.2.4 法蘭連接

采用法蘭連接時，采用螺栓受拉承載力計算，螺栓數(shù)量n可由下式確定：

(5)

式中N為單個螺栓受拉承載力設(shè)計值。

7 結(jié)語

屈曲約束支撐拉和壓性能一致，延性較高，具有很強的耗能能力，與鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)結(jié)合可以有效提高結(jié)構(gòu)的剛度、強度和耗能能力，結(jié)構(gòu)延性也優(yōu)于采用普通鋼支撐結(jié)構(gòu)，可廣泛用于地震區(qū)的新建和加固框架結(jié)構(gòu)中。