防屈曲支撐框架體系按延性方法設(shè)計(jì)與按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)對(duì)比

1、第35卷第1期2013年2月工程抗震與加固改造EarthquakeResistantEngineeringandRetrofittingV0135。No1Feb2013[文章編號(hào)]1002—8412(2013)01010009DOI：103969／jissn1002—8412201301018防屈曲支撐框架體系按延性方法設(shè)計(jì)與按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)對(duì)比楊秋鳴(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，山西太原030006)[提要】簡(jiǎn)要介紹了我國(guó)抗震設(shè)計(jì)方

2、法的歷史沿革、結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)的基本理念以及必要性，介紹了防屈fHl支撐框架結(jié)構(gòu)的概念、受力原理。引入了結(jié)構(gòu)體系延性調(diào)整系數(shù)7。。，介紹了延性設(shè)計(jì)方法對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)、構(gòu)件截面寬厚比、長(zhǎng)細(xì)比以及層間位移的要求。本文主要是為了得到在抗震設(shè)計(jì)中采用本文方法設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目時(shí)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，因此工作重點(diǎn)放在按照延性設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)實(shí)際工程以及與按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的比較中。論文給出了13層試設(shè)計(jì)算例設(shè)計(jì)對(duì)比。利用MTS軟件分別按延性設(shè)計(jì)方法以及按現(xiàn)行規(guī)范對(duì)一個(gè)13層防屈

3、曲支撐框架結(jié)構(gòu)算例進(jìn)行試設(shè)計(jì)，對(duì)按兩種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)得出的各個(gè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，討論按延性設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。[關(guān)鍵詞】防屈曲支撐框架體系；防屈曲支撐；延性設(shè)計(jì)[中圖分類(lèi)號(hào)]TU35211[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】AComparisonofBuckingrestrainedBracedFrameDesignbyDuctilityandPresentStandaresy口增Qiuming(DepartmentofBuildingEngineering

4、，ShanxiArchitectualCollege，Taiyuan030006，China)Abstract：Inthispaper，thehistoryofanti—seismicdesigninourcountryandbasictheoryandnecessityofstructuraldesignbyductilityarebrieflyintroducedTheconceptofBRBFsystem，itstheory，fe

5、atures，andformsarepresentedThedetaileddesignmethodofstructurebyductilityisexplained，includingintroductionofkeystepsofdesignbyductility，thecoefficientofyRsandthesimplifiedcalculationofBRBFInordertogettheeconomicindexbyduc

6、tilitydesignwhichisdifferentfromthedesigningmethodbythepresentstandardsinantiseismicdesign，thekeyofthepaperisfocusedonthecomparisonofthetwomethodsWithMTSsoftware，acomparisonofdesigninga13一floorbuildingbythesetwomethodsis

7、given，andtheresultshowsthattheductilitydesignismoresuperiortOthedesignbypresentstandardsKeywords：BRBFsystem；bucking—restrainedbracedframe(BRB)；designbyductilityEmail：loveyangyan924@163eom1抗震設(shè)計(jì)方法的演變11我國(guó)抗震設(shè)計(jì)方法的歷史沿革我國(guó)自1978年

8、以來(lái)先后公布了4本抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：《工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》TJll78[1o(以下簡(jiǎn)稱(chēng)78規(guī)范)、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJll一89舊3(以下簡(jiǎn)稱(chēng)89規(guī)范)、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500112001(以下簡(jiǎn)稱(chēng)2001規(guī)范)和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500112010。(以下簡(jiǎn)稱(chēng)2010規(guī)范)?，F(xiàn)行2010規(guī)范總結(jié)了2008年汶川地震震害經(jīng)驗(yàn)，對(duì)2001規(guī)范做了進(jìn)一步調(diào)整，但抗震設(shè)防的[收稿日期]20120314基本思想和原則

9、仍同89規(guī)范、2001規(guī)范保持一致。我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)相關(guān)地震烈度有如下規(guī)定：眾值烈度，指烈度概率密度曲線(xiàn)上峰值所對(duì)應(yīng)的烈度。小震(也稱(chēng)多遇地震)為發(fā)生頻度最大的地震，因此設(shè)防水準(zhǔn)中的小震采用眾值烈度，它在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年內(nèi)的超越概率為63％；基本烈度在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)超越概率為10％，此時(shí)對(duì)應(yīng)的為中震；大震(也稱(chēng)罕遇地震)的50年超越概率為2％～3％，以此作為大震烈度的概率水準(zhǔn)。其中基本烈度與眾值烈度相差約155度，大震烈度比基本烈度高1度左

10、右。。延性較好的結(jié)構(gòu)中，地震作用較小，而我國(guó)現(xiàn)行抗震規(guī)范不分結(jié)構(gòu)類(lèi)型在設(shè)防烈度的基礎(chǔ)上統(tǒng)一降萬(wàn)方數(shù)據(jù)工程抗震與加固改造2013年2月中，與現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的計(jì)算方法大致相同，只是在計(jì)算中引入～些系數(shù)以達(dá)到延性控制的目的。其中在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)第一階段的抗震設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力應(yīng)滿(mǎn)足公式S≤R(y。。7。。)的要求，這里引入了一個(gè)新的參數(shù)一結(jié)構(gòu)體系延性調(diào)整系數(shù)Ys來(lái)考慮延性結(jié)構(gòu)體系的地震作用折減。在計(jì)算中，應(yīng)根據(jù)已有設(shè)計(jì)方法給出的各國(guó)

11、抗震規(guī)范結(jié)構(gòu)體系承載力調(diào)整系數(shù)列表來(lái)具體選用’，。。。上?！陡邔咏ㄖ摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》對(duì)y。。和結(jié)構(gòu)體系延性類(lèi)別做了如表1所示規(guī)定。表1結(jié)構(gòu)體系延性調(diào)整系數(shù)Table1ductilityadjustmentcoemcientinstructuresystem結(jié)構(gòu)體系延性類(lèi)別yRsI類(lèi)10Ⅱ類(lèi)O85Ⅲ類(lèi)070Ⅳ類(lèi)O60其中結(jié)構(gòu)體系延性類(lèi)別可根據(jù)其受力和變形特點(diǎn)、梁柱節(jié)點(diǎn)連接形式和塑性鉸區(qū)構(gòu)件截面類(lèi)別分為4個(gè)延性類(lèi)別。具體參見(jiàn)上海《高層建筑鋼

12、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》H。。32梁柱節(jié)點(diǎn)的延性要求在美國(guó)北嶺地震和日本坂神地震中出現(xiàn)了大量的鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)剛性連接脆性破裂的破壞現(xiàn)象，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此國(guó)際上進(jìn)行了大量的研究，提出了許多卓有成效的改進(jìn)措施，可以有效地提高構(gòu)件延性，避免節(jié)點(diǎn)連接發(fā)生脆性破壞。如在梁腹板和抗剪板之間補(bǔ)焊可以有效提高節(jié)點(diǎn)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力；梁端加蓋板和加腋，通過(guò)局部加強(qiáng)梁端抗彎承載力來(lái)避免梁柱連接脆性破壞；狗骨式設(shè)計(jì)則通過(guò)削弱梁端部分截面使得梁端塑性集中在截面削弱處從

13、而達(dá)到保護(hù)梁柱連接的目的；同步塑性設(shè)計(jì)為對(duì)狗骨式的改進(jìn)，根據(jù)彎矩減小的情況來(lái)逐步削弱截面，使截面削弱的主要區(qū)段可以同步進(jìn)入塑性以有效增強(qiáng)塑性消能能力等等。33構(gòu)件截面寬厚比要求在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，構(gòu)件截面寬厚比是一個(gè)很重要的控制因素。鋼構(gòu)件是由板件組成的，構(gòu)件在壓力、彎矩和剪力共同作用下，若板件寬厚比太大，在充分發(fā)揮所規(guī)定的構(gòu)件力學(xué)性能之前，板件將產(chǎn)生局部失穩(wěn)，使構(gòu)件失去承載能力和變形能力。本次延性設(shè)計(jì)方法根據(jù)不同延性要求，即梁端不同轉(zhuǎn)動(dòng)量

14、要求，將板件的寬厚比分為3類(lèi)o“，分別是：A類(lèi)——能夠形成具有足夠轉(zhuǎn)動(dòng)能力的塑性鉸；B類(lèi)——能夠達(dá)到塑性抗彎承載力，但轉(zhuǎn)動(dòng)能力有限；C類(lèi)——受壓邊緣能夠達(dá)到屈服強(qiáng)度，但因發(fā)生局部屈曲而無(wú)法達(dá)到塑性抗彎承載力。寬厚比限值的取值將參照我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和國(guó)外鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范確定。34長(zhǎng)細(xì)比限值理論和試驗(yàn)研究表明，截面承受彎矩的能力、轉(zhuǎn)動(dòng)能力與側(cè)向支撐間距有關(guān)。因此延性設(shè)計(jì)方法參照國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范，對(duì)高延性結(jié)構(gòu)體系中可能進(jìn)入塑性的柱和支撐提出

15、了較低的長(zhǎng)細(xì)比限值。35層間位移限值根據(jù)日本學(xué)者的研究，當(dāng)結(jié)構(gòu)層間位移角保持在1／200以?xún)?nèi)時(shí)，主體結(jié)構(gòu)仍在彈性工作階段，主體結(jié)構(gòu)的變形主要受非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特性及其與主體結(jié)構(gòu)的連接方式控制。根據(jù)以往的研究成果并參照美國(guó)及日本規(guī)范提出了高層建筑鋼結(jié)構(gòu)第一階段的抗震設(shè)計(jì)，在保證主體結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件不開(kāi)裂的同時(shí)，層間位移標(biāo)準(zhǔn)值不宜超過(guò)如下限值：(1)脆性非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與結(jié)構(gòu)剛性連接時(shí)，不超過(guò)樓層高度的1／400；(2)延性非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與結(jié)構(gòu)剛性連接時(shí)，

16、不超過(guò)樓層高度的1／300；(3)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與結(jié)構(gòu)柔性連接時(shí)，不超過(guò)樓層高度的1／200。4工程算例設(shè)計(jì)對(duì)比本試設(shè)計(jì)工程為13層防屈曲支撐框架結(jié)構(gòu)，依照上海的《高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》，可知防屈曲支撐框架結(jié)構(gòu)體系延性類(lèi)別屬于第Ⅲ類(lèi)(地震折減系數(shù)Y。。取07)，塑性鉸區(qū)截面類(lèi)別屬于B類(lèi)。設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)該工程按照兩種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，即按延性設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)一個(gè)算例，再按現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范設(shè)計(jì)一個(gè)算例。兩個(gè)算例都按照各自的規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)后對(duì)其各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行