防屈曲耗能支撑在不规则高层建筑中的减震控制研究
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摘要：震害调查表明，建筑平面布置不规则高层结构在地震中的扭转效应将会加重结构的破坏，甚至造成结构的倒塌。针对不规则高层建筑在地震作用下不可避免的扭转振动问题，提出在结构中适当位置增设防屈曲耗能支撑来减小结构的扭转振动效应。
关键词：不规则高层；扭转振动；防屈曲耗能支撑；减震设计
中图分类号：TU972 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
引言
近年来，随着城市的发展和人们审美观念的提高，城市建筑中涌现出了一大批平面不对称，体型复杂的不规则建筑，如北京的国际宾馆等。这虽然丰富了城市的建筑形式，但这些不规则结构对抗震极为不利。
本文通过有限元软件ETABS，结合某不规则钢结构框架对未设置防屈曲耗能支撑的结构和设置防屈曲耗能支撑的三种控制方案进行模态分析、阵型分解反应谱分析、时程分析，给出了BRB的合理布置方案，在满足刚度要求的同时，可以降低结构平扭偶联的动力不规则特性及地震响应。
1工程概况与模型建立
1.1工程概况
某工程为12层钢框架，东西长83m，南北长51m，底部层高为4.2m，其余层高为3.6m，建筑总高度为43.8m，属A级高度高层建筑。工程设防烈度为8度，设计基本加速度为0.3g设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，抗震等级为三级。其平面布置成L型，结构平面图及主要结构构件截尺寸如表1所示。
表1主要结构构件截面尺寸
1.2模型建立
利用有限元分析软件ETABS建模分析，钢框架梁与柱采用线弹性杆单元模拟，楼板采用壳单元，并且全部采用刚性楼板。BRB采用Plastic1单元模拟。
2防屈曲支撑的布置方案
本为取以下三种有代表性的布置方案。放屈曲支撑均采用人字形支撑布置，1～12层均布置，BRB加粗表示，如图3表示。
（a）方案1 （b）方案2（c）方案3
图3防屈曲支撑平面布置方案
3动力分析
3.1模态分析
模态分析采用Rize向量分析。考虑偶然偏心作用下结构扭转的水平地震作用，偶然偏心率为0.05。取最大阵型数为18个，各方案前三阶振型、周期、质量参与系数、周期比及阵型描述见下表4所示。
表3前三阶阵型周期、质量参与系数、周期比及阵型描述
由表3可以看出，原结构第一阵型振动形式以Y向为主并伴有交大程度的扭转，第二阵型振动形式以X向平动为主，第三阵型振动形式以扭转为主。原结构的周期比为0.9050.9不满足规范要求。原结构扭转周期接动周期，在水平地震作用下，结构的扭转耦合振动明显。但设置防屈曲支撑后，各方案第一阵型的扭转质量参与系数减小，平扭偶联作用降低，第一阵型振动形式均以X向平动为主，第二阵型均以扭转为主。各方案扭转效应均降低。各方案周期比原结构周期均大大减小，周期比均小于0.9满足规范要求。
3.2多遇地震下的响应比较
该工程场地土特征周期Tg=0.35g。8度（0.3g）多遇地震影响系数Rmax=0.24，结构阻尼比damp=0.035。分析工况参数设置按双向同时进行输入，即X、Y向。采用CQC法进行阵型组合，采用修正的SRSS方法（中国）进行方向组合。多遇地震下X、Y方向不规则结构肢端各方案楼层最大水平位移的对比如下图4所示。
（a）多遇地震下X向楼层最大水平位移 （b）多遇地震下Y向楼层最大水平位移
图4楼层最大水平位移
由图4可以看出，增设防屈曲支撑后，三个控制方案X和Y方向的楼层最大水平位移均有一定程度的减小。其中，X方向方案1的最大降低幅度为35.87%（结构12层），方案2的最大降低幅度为39.42%（结构10层），方案3的降低幅度最大，为49.19%（结构1层）；Y方向方案1的降低幅度为42.18%（结构8层），方案2的最大降低幅度为47.17%（结构10层），方案3的降幅最大，为59.49%（结构9层）。
4结论
a）对平面布置不规则的建筑，无论在多余地震还是在罕遇地震作用下，合理布置防屈曲耗能支撑均能有效减小不规则结构的位移比；另外，顶层扭转位移角时程曲线的控制效果也较明显。
b）从楼层最大水平位移的对比曲线可知，设置防屈曲耗能支撑可以有效的减小结构楼层的最大水平位移。
c）根据布置方案分析可知，方案1和方案2对不规则结构的扭转效应均有一定的控制效果，但方案1仍然存在个别楼层扭转位移比不满足要求的现象，方案3由于在不规则结构的肢端设置了过多的防屈曲支撑，反而会导致了结构扭转位移比增大的现象，因此方案2的扭转控制效果最佳。
参考文献
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