某大厦屈曲约束支撑的应用
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[提要] 本文通过对某大厦分别采用屈曲约束支撑、无支撑、矩形钢管支撑和H型钢支撑四种方案进行对比发现，在提供同样抗扭刚度的前提下，屈曲约束支撑造价较贵，但性价比较高，在中震和大震时优势较为明显。最后介绍了屈曲约束支撑在pkpm中的设计过程。
[关键词] 屈曲约束支撑pkpm扭转位移比
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
本工程位于广州市文明路，总建筑面积10883m2，其中地上6796m2，地下4087m2。地下3层（局部4层），为钢筋混凝土结构，地上7层（其中3层有夹层），上部结构为钢框架结构，房屋高度29m，主要层高5.5,4.5,2.9m，建筑剖面详图1；
图1. 本工程建筑剖面图
本工程有以下三个特点：1、工期要求很紧张，且地处繁华地段，对施工场地限制较高，最终上部结构选用钢结构方案；2、由于地下室采用逆作法，竖向抗侧力构件采用钢管混凝土Φ600×20mm；3、工程竣工后售价很高，相对于造价因素，更注重建筑空间的要求。
建筑物尺寸为17×69m，长宽比为4.1，高宽比为1.7，在竖向构件应力比合理的前提下，不加支撑方案扭转位移比达到1.63，同时由于二层1轴柱为跨度3400的悬挑转换，3层承载力突变，为避免超限，需控制扭转位移比至1.5以下。
本工程共采用28根Q235系列TJⅡ型屈曲约束支撑，全部沿X向布置，主要布置在B轴及L轴。屈曲约束支撑平面布置详图2。
图2. 本工程屈曲约束支撑平面布置图
（图中虚线框位置）
二、屈曲约束支撑方案与无支撑方案对比
在采用屈曲约束后，X向扭转位移比控制到1.39，满足规范要求；若采用无支撑方案，则首层~3层局部最大柱截面需改为
Φ600×20mm，具体范围详图3；
为避免首层承载力突变，首层矩形钢管支撑200×300×10×10mm在两种方案中均需保留。
通过对比发现：
1、屈曲约束支撑通过增强结构抗扭刚度，满足了扭转位移比要求；
2、在提供了同样抗扭刚度的前提下，减小了柱截面尺寸，更好的满足了建筑要求；
3、在提供了同样抗扭刚度的前提下，耗能性能与抗震稳定性大大提高，而且起到提高结构阻尼的效果；
4、通过增大结构抗侧刚度和耗能能力，减少了主体钢结构用量；
图3. 无支撑方案柱截面加大范围
（图中虚线框位置）
三、屈曲约束支撑方案与普通支撑方案对比
屈曲约束支撑方案与矩形钢管支撑方案、H型钢支撑方案截面尺寸对比详表1。
屈曲约束支撑方案与矩形钢管支撑方案、H型钢支撑方案总信息对比详表2。
从计算结果可以看出，普通支撑为了保证设防烈度地震下不失稳，需加大尺寸，且普通支撑刚度较大， X向周期短，吸收的地震力增大；屈曲约束支撑等效截面小，不会加剧竖向承载力的突变；
通过对比发现：
1、屈曲约束支撑从构造上保证了稳定要求，截面尺寸更小；
2、屈曲约束支撑采用等效截面计算，不会引起结构的承载力突变，对于结构竖向规则有利；
3、屈曲约束支撑可不在同一跨竖向连续布置，相对于普通支撑布置较为随意；
4、由于屈曲约束支撑不受稳定控制，可以任意调节刚度，使结果性能达到最优化。
表1. 屈曲约束支撑结构与普通支撑结构
表2. 屈曲约束支撑结构与普通支撑结构
四、屈曲约束支撑的布置
由于屈曲约束支撑的特殊构造，不能布置为十字型，只能布置为单边型，K字型及V字型。本工程屈曲约束布置立面图详图4，屈曲约束支撑与主体结构采用焊接连接
图4. 本工程屈曲约束支撑立面布置图
五、屈曲约束支撑在pkpm中的设计过程
由于pkpm还无法按屈曲约束支撑的实际截面来模拟，所以在pkpm的计算中应注意以下四点：
1、屈曲约束支撑应定义为等效箱型截面，壁厚为相应截面宽度的一半，不应定义为矩形截面；
2、屈曲约束支撑应在模型中点取两端铰接；
3、由于本工程仅需计算小震作用，弹性计算参数设置与常规结构相同；
4、由于屈曲约束支撑混凝土外套筒已从构造上保证了支撑稳定，所以虽然pkpm计算结果显示支撑稳定验算项一般不满足，但可不控制此参数。
通过等效截面面积，荷载组合下最大内力与支撑设计承载力的比较，查询相应厂家的产品设计手册，即可选取相应规格的屈曲约束支撑。
本工程选用的屈曲约束支撑规格详图5，pkpm计算结果与设计手册详表3，可以看出，本工程选用的屈曲约束支撑规格合适。
图5. 本工程选用屈曲约束支撑规格
表3. 屈曲约束支撑SATWE结果与设计手册对应表
结束语
通过屈曲约束支撑与无支撑、矩形钢管支撑和H型钢支撑方案的比较，可以看出，屈曲约束支撑在弹性阶段造价略贵，但在提供相同抗扭刚度的前提下，截面尺寸较小，可更好的满足建筑对空间的利用；同时屈曲约束支撑可减小结构地震剪力，减小主体结构钢结构用量；屈曲约束支撑在立面上的布置可不连续，与传统支撑相比，布置较为随意，可避免结构竖向承载力的突变。在中震和大震下屈曲约束支撑的优势更为明显。
参考文献
1、TJ屈曲约束支撑设计手册.同济大学多高层钢结构及钢结构抗火研究室.上海蓝科建筑减震科技有限公司
2、周云.防屈曲耗能支撑结构设计与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2007
3、中国工程建设协会标准.钢管混凝土结构技术规程CECS 28:2012.北京.中国计划出版社.2012