某屈曲约束支撑框架_核心筒混合结构静力推覆分析

第40卷 第 10期 建 � 筑 � 结 � 构 2010年 10月 某屈曲约束支撑框架�核心筒混合结构静力推覆 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 司林军1 , � 胡大柱2 , � 李国强1, 3 , � 黄本才2 ( 1同济大学建筑工程系,上海 200092; 2 同济大学航空航天与力学学院, 上海 200092; 3 同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092) [摘要] � 兰州云天皇冠酒店为屈曲约束支撑框架�核心筒混合结构, 属超限高层建筑。介绍了工程的特点及结构布 置情况, 针对结构平面布置不对称和高度超限的情况, 对比了结构分别采用普通支撑和屈曲约束支撑时的弹塑性 性能。结果表明,在小震作用下, 屈曲约束支撑处于弹性状态, 为结构提供支撑刚度;在罕遇地震作用下, 部分屈曲 约束支撑达到屈服状态,为结构提供耗能能力。通过采用屈曲约束支撑, 既减轻了结构地震反应, 又达到 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的预 期性能目标且满足 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的要求。 [关键词] � 屈曲约束支撑; 普通支撑; 抗震性能; 方钢管混凝土; 钢筋混凝土剪力墙 Pushover analysis of a super�high hybrid structure with buckling�restrained braces Si Linjun 1 , Hu Dazhu 2 , Li Guoqiang 1, 3 , Huang Bencai 2 ( 1 College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2 College of Aerospace Engineering andMechanics of Tongji University, Shanghai 200092, China; 3 State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China) Abstract: Lanzhou Yuntian Huangguan Hotel is a super�high hybrid structure with buckling�restrained braces ( BRB) and it ranks the high�rise building beyond code limits. The characteristics and structural arrangement were introduced. The influences of BRB and conventional braces on the structure were analyzed. The results show that when subjected to frequent earthquake, the BRB are still in elastic state, and can provide stiffness for the main structure. When subjected to rare earthquake, a number of BRB are in post�yielding state, and can provide the additional energy dissipation capacity for the main structure. The results also show that the BRB work as an anti�lateral force component in elastic phase and as an energy dissipation member in plastic phase. The work state and performance of the structure with BRB can meet the design goals of performance and satisfy criterion requirements. Keywords: buckling�restrained brace; conventional brace; seismic behavior; concrete�filled rectangular tube ( CFRT) ; reinforced concrete ( RC) shear wall 作者简介:司林军,博士研究生, Email: 06silinjun@ tongji. edu. cn。图 1 � 建筑效果图 � 0 � 前言 兰州云天皇冠酒店是一栋采用屈曲约束支撑进行 设计的超高层建筑 (图 1) ,主楼地下 2 层,地上 36层, 房屋总高度为 138�45m,屋面标高为 137�85m, 构架顶 标高为 151�80m。 建筑平面 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 层部分呈三阶品字形 (图 2) , 标准 层 层 高 为 3�5m, 长 度 为 54�55m, 北 部 宽 度 最 大, 为 38�1m,中部宽度为 31�1m,南部 宽度最小, 为 22�45m。该建筑 采用钢管混凝土框架+ 屈曲约 束支撑+ 钢筋混凝土筒体混合 结构体系,钢梁的高度为 450~ 1 000mm,方钢管混凝土柱尺寸 一般为 800mm � 600mm,钢梁和 方钢管采用 Q345, 混凝土采用 C40~ C60, 屈曲约束支撑采用 Q225。考虑到钢筋混凝土核心筒不能布置在结构质心 附近,为减轻结构的扭转效应,在结构轴 �处布置中心 支撑(屈曲约束支撑 )以增强结构的抗扭刚度 (图 3)。 该建筑的抗侧力体系主要由三部分组成, 即钢筋混凝 土核心筒、钢组合框架以及带中心支撑框架,这种结构 体系具有良好的抗震性能和经济性能。 按照 建筑抗震设计规范!( GB50011 ∀ 2001) [ 1] (简 称抗震规范 ) ,工程结构抗震设防类别为丙类, 抗震设 防烈度为 8度,设计地震分组为第二组,根据地质勘察 判定, 该工程的场地类别为 #类, 场地特征周期为 0�4s。 1 � 屈曲约束支撑 屈曲约束支撑( BRB)与传统普通支撑 ( Brace)相比 具有更稳定的力学性能,如图 4所示,屈曲约束支撑受 压时不会发生屈曲失稳,且这种构件在材料屈服后具有 15 图 2� 标准层平面示意图 � 图 3 � 轴�立面图 � 图 4 � 普通支撑和 BRB的力学原理 � 很强的耗能能力。经适当设计,含有屈曲约束支撑的框 架不但可以增加整体刚度、提高结构延性,且由于其受 压时不会发生屈曲的特性可充分发挥钢材的滞回消能 能力,因此,这种构件同时具备了中心支撑和位移型阻 尼器的功能,在工程抗震领域具有重要的应用价值。 2 � 计算模型 图 5为采用 SAP2000软件(中文版 11�0) 进行弹性 分析时结构的空间有限元模型,建模过程中,楼板的平 面内刚度假定为无穷大。 在反应谱分析中,所有梁柱单元均采用线弹性杆 单元进行模拟, 支撑采用两端铰接的线弹性杆单元进 行模拟,混凝土剪力墙采用壳单元进行模拟。表 1为 结构设计时所采用的屈曲约束支撑几何尺寸与力学性 能,其材料的弹性模量均为 2�06 � 105MPa,屈服强度均 为225MPa。表2 为对比分析时所采用的普通支撑的几 何尺寸与力学性能,其材料的弹性模量均为 2�06 � 10 5 MPa,屈服强度均为 345MPa, 截面惯性矩 Imin均为 1�06 � 107mm4 ,截面面积均为38 800mm2。 在静力非线性分析( Pushover分析)中,梁柱及支撑 单元采用 FEMA356 推荐的非线性恢复力骨架曲 线[ 2, 3] ,其中屈曲约束支撑的屈服承载力和屈服位移 采用表 1的计算结果,方钢管混凝土的M- �(弯矩�曲 率)关系骨架曲线采用文[ 4]中的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 计算。 屈曲约束支撑的几何尺寸与力学性能 表 1 编号 截面面积�mm2 支撑长度 �mm 轴向刚度 �N�mm 屈服承载力 �N 屈服位移 �mm BRB1 32 400 7 478 8�93 � 105 7�29� 106 8�17 BRB2 32 400 7 004 9�53 � 105 7�29� 106 7�65 BRB3 22 500 6 702 6�92 � 105 5�06� 106 7�32 BRB4 22 500 6 168 7�51 � 105 5�06� 106 6�74 BRB5 10 000 6 702 3�07 � 105 2�25� 106 7�32 BRB6 10 000 6 409 3�21 � 105 2�25� 106 7�00 BRB7 10 000 5 671 3�63 � 105 2�25� 106 6�19 BRB8 10 000 5 927 3�48 � 105 2�25� 106 6�47 普通支撑几何尺寸与力学性能 表 2 编号 支撑长度�mm 轴向刚度 �N�mm 受拉屈服 承载力�N 受压屈曲 承载力�N Brace1 7 478 1�07� 106 1�34� 107 3�85� 105 Brace2 7 004 1�14� 106 1�34� 107 4�39� 105 Brace3 6 702 1�19� 106 1�34� 107 4�79� 105 Brace4 6 168 1�30� 106 1�34� 107 5�66� 105 Brace5 6 702 1�19� 106 1�34� 107 4�79� 105 Brace6 6 409 1�25� 106 1�34� 107 5�24� 105 Brace7 5 671 1�41� 106 1�34� 107 6�69� 105 Brace8 5 927 1�35� 106 1�34� 107 6�13� 105 剪力墙作为主要的抗侧力构件,在大震作用下会 产生一定的塑性变形,甚至破坏[ 5] ,文中采用两弹簧模 型对钢筋混凝土剪力墙的弹塑性进行模拟[ 6] 。 3 � 计算结果及分析 3�1 反应谱计算结果与分析 按抗震规范规定的方法对该结构采用普通支撑和 屈曲约束支撑分别进行分析,结构的阻尼比取 0�04,反 应谱分析的结果列于表 3。 计算结果显示,多遇地震作用下, 结构前 3 阶振型 分别为 X 向平动、Y向平动和Z向扭转;采用普通支撑 时前 3阶振型相应的周期分别为 2�22, 1�93, 1�5s;采用 屈曲约束支撑时前 3阶振型相应的周期分别为 2�23, 1�93, 1�51s。当轴 �采用普通支撑时,轴 �框架的基底 剪力比采用 BRB时大, 但结构总基底剪力基本一致, 这主要是由于选用的普通支撑截面均大于 BRB的截 面(表 1, 2) ,轴 �采用普通支撑时,轴 �刚度相对较大。 不论采用何种支撑形式,结构最大弹性层间位移角均 满足抗震规范规定的 1�800的限值,扭转周期与两个平 动周期的比值分别为 0�68 和 0�78, 结构均存在较为明 显的扭转效应, 结构分析设计时需要考虑扭转效应的 不利影响。 反应谱分析结果对比 表 3 支撑 类型 总基底剪力 �� 107N 带支撑框架 基底剪力�� 106N 位移最大值 �mm 最大层间 位移角 最大 位移比 X 向 Y向 X 向 X 向 Y向 X 向 Y向 X 向 Y向 普通支撑 4�53 5�04 3�16 81�17 71�68 1�1 064 1�830 1�39 1�13 BRB 4�50 5�04 2�85 75�71 71�58 1�1 046 1�833 1�38 1�14 16 3�2 X 向 Pushover计算结果与分析 为了对主体结构屈服后的性能状态作出合适的评 价,对采用屈曲约束支撑的结构进行了 X 向静力弹塑 性Pushover分析, 并与采用普通支撑时结构的静力弹 塑性 Pushover分析结果进行了对比。分析表明, 结构 在 X 向的地震响应以第 1阶振型为主,因此, 采用第 1 阶振型的侧向力分布形式进行 Pushover分析。 3�2�1 Pushover分析的能力曲线 图 6为采用屈曲约束支撑或普通支撑时,结构沿 X 向推覆分析的 Pushover 能力曲线计算结果对比。由 图可知,结构采用普通支撑时, X 向的能力曲线出现突 然弯折的现象, 这说明结构在推覆分析的过程中有大 批构件同时进入屈服 ( 或屈曲 ) 状态; 结构采用 BRB 时,X 向的能力曲线是单调均匀变化的, 没有出现因大 批构件同时屈服而导致能力曲线突然弯折的现象,这 说明在推覆过程中结构构件是分批依次进入屈服状态 的,整个结构屈服是一个渐变的过程。 图 5� 结构有限元 分析模型 � 图 6� 结构采用 BRB或普通支撑时 的能力曲线计算结果对比 � 对比静力非线性分析结果发现, 不论是极限承载 力还是极限位移,采用屈曲约束支撑的结构都比采用 普通支撑的结构大。 3�2�2 塑性铰出现的顺序与分布 图7 为采用普通支撑沿X 向推覆时结构轴 �框架 的出铰顺序。由图可以看出, 层 4 的钢梁首先出现塑 性铰;随着水平推覆荷载的不断加大,铰继续向上和向 下逐渐扩展,普通支撑受压屈曲,同时有少量普通支撑 受拉屈服,与普通支撑相连的梁端也出现塑性铰,表现 为梁端耗能。从图 7( d)可以看出,因大批构件同时屈 曲(屈服)而导致计算不收敛,能力曲线出现突然弯折 的现象(图 6)。 图8 为采用屈曲约束支撑沿X 向推覆时结构轴 � 框架的出铰顺序。由图可以看出,层 6 的屈曲约束支 撑首先出现塑性铰,数量较少;随着水平推覆荷载的不 断加大,铰继续向上和向下逐渐扩展,先前出现的塑性 铰开始进入大变形阶段,最终大部分屈曲约束支撑出 现塑性铰,表现为屈曲约束支撑耗能。因此,屈曲约束 支撑用于混合结构是可靠的。 图 7 � 普通支撑框架在X 向推覆作用下的出铰顺序图 � 图 8 � 屈曲约束支撑框架在X 向推覆作用下的出铰顺序图 � 3�2�3 结构抗震性能评价 采用屈曲约束支撑时,结构 X 向推覆的能力谱曲 线见图 9,结构性能点的特征值见表 4。从图 9 中可以 得到,性能点处谱位移 S d 为 240�1mm,谱加速度 S a 为 0�132g。从表 4 中可以看出, 性能点处的结构顶点位 移 D top ( 426�01mm ) 小 于 能 力 曲 线 的 极 限 位 移 ( 915�78mm) ; 性能点处结构 X 向的最大层间位移角 �max为 1�132,满足抗震规范中混合结构弹塑性位移角 不超过 1�100的要求。说明结构在相应概率水准的地 震作用下不会出现整体倒塌的现象,在宏观上满足大 震不倒的要求。 结构 X 方向推覆性能点的特征值 表 4 S a�g S d�mm Vbase�� 107N D top�mm �max 0�132 240�10 9�23 426�01 1�132 � � 注: Vbase为结构基底剪力。 4 � 结论 以兰州云天皇冠酒店为例, 对采用屈曲约束支撑 17 图 9� 采用BRB时结构 X向推覆的能力谱曲线 � 的超限高层建筑混合结构的地震作用效应及抗震性能 进行了分析研究,结论如下: ( 1)根据对屈曲约束支撑在 Pushover过程中的受 力状态分析可知,在小震作用下,屈曲约束支撑处于弹 性状态,可以为结构提供足够的支撑刚度;而在罕遇地 震作用下, 50%~ 70%的支撑达到屈服状态, 可以为结 构提供足够的耗能能力。 ( 2)根据 Pushover 分析, 采用屈曲约束支撑时,结 构 X 方向的能力曲线均是单调均匀变化的, 在结构定 点的推覆位移达到目标位移时,能力曲线没有出现明 显的下降现象, 性能点处的结构顶点位移均小于能力 曲线的极限位移,满足大震不倒的要求。 ( 3)当采用屈曲约束支撑时, 通过分析结构 X 向 � � � Pushover过程中塑性铰出现和分布规律,发现结构的破 坏形式为:屈曲约束支撑首先出现轴力铰, 接着钢筋混 凝土连梁出现弯曲塑性铰,最后钢筋混凝土剪力墙在 结构底部以及楼层刚度改变处出现弯曲及剪切塑性 铰,但整体结构未出现倒塌。 ( 4)尽管单根 BRB的造价要高于普通中心支撑,但 在罕遇地震下, BRB为结构提供了足够的耗能能力,减 轻了主体结构的负担,达到了保护结构的目的,因此具 有较好的经济性能。 参 考 文 献 [ 1] GB50011 ∀ 2001建筑抗震设计规范 [ S] . 北京: 中国建筑工业出 版社, 2001. 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(上接第 10页) 承担; 当作动器的位移为 12�3mm(对应的层间位移角 为1�180)以上时, BRB的耗能比例下降到 80%左右, 说明此时框架主体的部分构件已经进入弹塑性, 消耗 了部分输入能量, 但框架的总输入能量仍然主要由 BRB承担。 4 � 结论 对含有自主研发 BRB的平面框架进行了低周反 复试验,试验结果表明: ( 1)KJ�BRB在水平低周反复荷载作用下, BRB发 挥了自身的力学性能,框架整体滞回环饱满,试验结果 与理论结果吻合较好,理论分析模型反映了KJ�BRB的 实际受力状况,理论分析的计算方法合理可行。 ( 2)根据 KJ�BRB和 KJ�PT 试验结果, 与普通支撑 相比,屈曲约束支撑除了可以增加结构的刚度和强度 外,还可以大幅度增加结构的耗能能力, 从而改善结构 的抗震性能。 ( 3)根据耗能分析结果,经适当设计, 可以确保在 设定的地震动水准下, BRB先于主体结构进入弹塑性 状态,消耗地震的输入能量,从而达到保护主体结构的 目的。 ( 4)框架横梁刚度以及框架平面外的稳定性对试 验结果的影响较大,因此,在实际工程和进一步研究工 作中,要注意采取措施保证横梁刚度和框架的整体稳 定性。 参 考 文 献 [ 1] 汪家铭,中岛正爱,陆烨. 屈曲约束支撑体系的应用与研究进展 ( ∃ ) [ J] . 建筑钢结构进展, 2005, 7( 1) : 1�12. [ 2] 汪家铭,中岛正爱. 屈曲约束支撑体系的应用与研究进展 ( # ) [ J] . 建筑钢结构进展, 2005, 7 ( 2) : 1�11. [ 3] 孙建华, 罗开海, 王亚勇, 等. 含屈曲约束耗能支撑的高层建筑 地震作用效应分析[ J] . 工程抗震与加固改造, 2007, 29( 4) : 1� 8. [ 4] 蔡克铨,黄彦智,翁崇兴. 双管式挫屈束制(屈曲约束 )支撑之耐 震行为与应用[ J] . 建筑钢结构进展, 2005, 7(3) : 1�8. [ 5] 李妍,吴斌,王倩颖, 等. 防屈曲钢支撑阻尼器的试验研究 [ J] . 土木工程学报, 2006, 39( 7) : 9�14. [ 6] 程光煜,叶列平,许秀珍,等. 防屈曲耗能钢支撑的试验研究 [ J] . 建筑结构学报, 2008, 29( 1) : 31�39. 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