太原某中学项目屈曲约束支撑可行性方案探讨

赵 端

(太原理工大学建筑设计研究院，山西 太原 030024)



太原某中学项目屈曲约束支撑可行性方案探讨

赵 端

(太原理工大学建筑设计研究院，山西 太原 030024)

以某中学实验楼、办公楼工程为例，对阻尼器加屈曲约束支撑方案进行了探讨，分析计算结果表明，阻尼器加屈曲约束支撑方案既能满足现行规范的要求，又能增大结构的延性，起到了结构消能器的作用，达到了抗震设防“大震不倒”的性能目标，且施工进度快，安全可靠。

消能减震，阻尼器，屈曲约束支撑，抗侧力

1 工程概况

本工程由办公楼和实验楼两个单体组成，其中实验楼总长51.50 m，总宽19.60 m，总高21.15 m，地上5层，无地下室，1层层高3.90 m，2层～5层层高4.20 m；办公楼总长38.10 m，总宽17.60 m，总高23.70 m，无地下室，1层层高3.90 m，2层～5层层高4.20 m；总建筑面积 5 186.63 m2。此建筑设计使用年限50年，为乙类建筑，建筑耐火等级为二级。

2 自然条件和地质情况

本工程场地地震基本烈度8度，设计基本地震加速度0.2g，第一组，建筑场地类别Ⅲ类，按9度要求采取抗震措施。基本风压0.40 kN/m2，基本雪压0.35 kN/m2，地面粗糙度为B类。场地地基土自上而下可分为5层，依次为杂填土，层厚0.6 m～1.8 m；素填土，层厚1.4 m～4.8 m；卵石，层厚5.6 m～9.1 m；粉质粘土，层厚1.3 m～4.3 m；卵石，未揭穿。场地所处地貌单元为太原西山倾斜平原,属对建筑抗震一般地段。本场地为稳定场地。

3 地基处理及基础形式

本工程采用换土垫层法进行地基处理，场地整片开挖，开挖范围为基础外边各扩出2 m,开挖至基础底设计标高，基坑开挖时，在卵石底部宜设置厚度为300 mm的砂垫层，地基采用卵石回填至设计基底标高，回填卵石必须分层压实，且压实系数不小于0.97,保证基础持力层为卵石层，地基土承载力特征值不小于180 kPa，采用梁板式筏板基础。

4 结构主体设计

1)结构选型。考虑到本建筑为教学试验楼，安全性尤为重要，故本建筑主体部分采用钢筋混凝土框架结构形式，局部加阻尼器加屈曲约束支撑。采用屈曲约束支撑具有如下优点：第一，由于屈曲约束支撑不存在平面外失稳的问题，和普通钢支撑相比具有更高的承载力，用钢量较普通支撑更小。第二，屈曲约束支撑在小震下为结构提供刚度，合理调整结构平面和竖向刚度。第三，在设防烈度地震作用和罕遇地震作用下，屈曲约束支撑结构体系具有耗能能力好、充分发挥钢材性能的优点。在提高结构的整体抗震性能的同时也不影响建筑功能，同时还能增加立面效果。参照规范规定，结构抗震等级为框架一级。

2)主要荷载取值见表1。

表1 设计采用的均布楼、屋面活荷载标准值 kN/m2

此外，雨篷、挑檐施工或检修集中荷载取1.0 kN。楼梯栏杆顶部水平荷载取0.5 kN/m。大型设备按实际荷载考虑。

3)主要受力构件尺寸取值见表2。

表2 结构主要竖向构件尺寸 mm×mm

屋顶板板厚为120 mm，其余各层楼板板厚均为100 mm。

4)主要结构材料见表3。

表3 主要结构构件混凝土强度等级

5)计算软件及计算依据。本工程计算采用PKPMCAD工程部编制(2012年6月版)软件PM,SATWE,JCCAD进行数据分析计算及施工图设计。计算依据除了常规使用的国家相关规范和规程外，还重点使用了JGJ 297—2013建筑消能减震技术规程和JG/T 209—2012建筑消能阻尼器等国家相关规范。

6)阻尼器加屈曲约束支撑方案。本工程抗震设防烈度为8度。屈曲约束支撑分别布置在地上1层～5层，在结构模型中的立面如图1，图2所示。

实验楼结构整体附加3%阻尼，办公楼结构整体附加5%阻尼，能够减少结构主体所受到的地震作用，从而能相应的减小梁柱配筋。

由于附加阻尼是通过在结构局部粘滞阻尼器体现的，因此在结构的X方向和Y方向仍需要占用相应的跨数来放置阻尼器。

每层屈曲约束支撑布置情况如表4，表5所示。

表4 实验楼屈曲约束支撑布置一览表

表5 办公楼屈曲约束支撑布置一览表

采用屈曲约束支撑方案后，SATWE计算得到的结构总体指标如表6，表7所示。

表6 实验楼SATWE主要计算结果比较

表7 办公楼SATWE主要计算结果比较

阻尼器信息如表8所示。

表8 阻尼器信息

5 结语

通过PKPM计算可看出，本工程加入阻尼器加屈曲约束支撑体系后，结构计算结果中的“七大比值”均能满足现行结构设计规范的要求。使用阻尼器加屈曲约束支撑后结构的延性增加，它能够耗散掉更多的地震能量，保证了结构的安全，而且屈曲约束支撑施工容易，进度快，安全有保证。

同时，在中震和罕遇地震作用下，阻尼器加屈曲约束支撑可以消耗更多的地震能量，起到了结构消能器的作用，从而保护结构中主要的受力构件不产生破坏，达到抗震设防的“大震不倒”的性能目标，能够保护建筑物内人员生命和财产安全。

Discussion on the feasible plan of buckling restrained brace of a middle school project in Taiyuan

ZhaoDuan

(Architecture Design Institute, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)

Takingahighschoollaboratorybuilding,officebuildingengineeringasanexample,thispaperdiscussedthedamperandbucklingrestrainedbracescheme,theanalysisandcalculationresultsshowedthat,thedamperandbucklingrestrainedbraceschemecouldmeetthecurrentspecificationrequirements,alsocouldincreasethestructuralductility,hadtheroleofstructuralefficiency,achievedtheperformancegoalofseismicfortificationof“NoCollapsingintheStrongEarthquake”,andhadfast,safeandreliableconstructionprogress.

energydissipation,damper,bucklingrestrainedbrace,lateralforce

1009-6825(2015)21-0024-03

2015-05-12

赵 端(1982- )，男，工程师

TU311.2

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