屈曲约束支撑在某数据机房工程中的应用

杨建双

The Application of Buckling Restrained Braces in the Engineering of A Data Room

摘要： 数据机房是集信息存储、处理、传输、交换等的核心单位，安全性是数据机房的首要要求。在结构施工中运用屈曲约束支撑减小地震对结构的影响，改善结构体系的延性。结构采用屈曲约束支撑后，建筑物经强烈地震后，主体结构不会破坏，从而保护建筑物内人员和财产安全。

Abstract： The data machine room is the core unit of information storage， processing， transmission， exchange and so on. Security is the primary requirement of the data room. The effect of earthquake on structure is reduced and the ductility of the structural system is improved by using buckling restrained braces in the construction. After the structure is braced with buckling constraints， the main structure will not be destroyed after a strong earthquake， thus protecting the safety of the personnel and property in the building.

关键词： 屈曲约束支撑；数据机房；应用

Key words： buckling restrained brace；data room；application

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）15-0149-02

0 引言

屈曲约束支撑（BRB）是一种新型的耗能减震构件，在压力和拉力的作用下能屈服而不屈曲，具有良好的滞回性能。在框架结构中使用屈曲约束支撑承受结构的水平荷载，地震能量通过屈曲约束支撑拉压变形来消散，而提高結构的延性和抗震性能，保证结构在地震发生时不发生严重破坏。在一些结构抗震要求高的工程中，通过结构中采用屈曲约束支撑对抗震安全取得了良好效果。数据机房作为信息化存储的基础，保证机房的安全就是保证了数据存储的安全。本文以中国建设银行北京生产基地一期工程为例，探讨屈曲约束支撑在数据机房中的应用情况。

1 工程概况

中国建设银行北京生产基地一期项目位于北京市海淀区北清路中关村创新园，数据机房建筑面积8.3万平方米，地上4层，地下2层，地上建筑檐口高度23.8米，结构形式为框架结构，抗震等级为一级，按照高于北京地区抗震设防烈度9度的要求加强其抗震措施。

数据机房作为工程项目核心单元，保证其结构抗震安全显的十分重要。在结构设计阶段中运用了屈曲约束支撑减少地震发生时对结构和机房内重要设备的影响。

2 屈曲约束支撑的构造和工作原理

屈曲约束支撑根据应用模式不同，分为耗能型、承载型、和支撑型阻尼器。屈曲约束支撑由核心单元、外围约束单元和无粘结材料组成的支撑构件。核心单元即芯材，是构件中由特定强度的钢板制成的主要受力元件。目前芯材的截面形式有一字形、十字形、圆形、工字形。外围约束单元又称侧向支撑单元，负责提供约束机制，以防止芯材受轴压力时发生整体或余部屈曲。外围约束单元多为方形或圆形钢构件，外套管和芯材间内填无粘结材料，如砂浆、混凝土。

屈曲约束支撑取得了长足发展，种类各种各样，但其工作原理基本相似。屈曲约束支撑通过核心材料在轴向力作用下产生的塑型变形来消耗地震能量，无论承受压力和拉力，其强度和延性可继续发展，荷载下屈曲约束支撑拥有很好的耗能性能。由于屈曲约束支撑在地震作用下整体耗能显著，在实际抗震结构工程中得到了显著应用。

屈曲约束支撑具有金属阻尼器的耗能能力，可以克服传统支撑受压屈曲，主体结构处于弹性范围内。因此，屈曲约束支撑可以提升结构的抗震性能，作为结构体系的水平抗侧力构件和消能减震构件使用。

3 屈曲约束支撑的理论分析和现场应用

屈曲约束支撑在地震下的验算应采用弹塑性分析方法，如图1。

其中：Nysc-屈曲约束支撑屈服承载力；

△y-屈曲约束支撑初始塑性变形；

k-屈曲约束支撑的轴向刚度，按照k=EAe/l取值；

E-钢性弹性模量；

Ae-屈曲约束支撑等效截面积；

l-支撑长度；

q-芯材的强化系统可取为1%。

屈曲约束支撑在地震作用下不应发生整体失稳，其套筒抗弯强度应符合下列公式要求：

其中： I-屈曲约束支撑套筒的弱轴惯性矩；

E-套筒钢材弹性模量；

l-支撑长度；

w-应变强化调整系数；

Nysc-屈曲约束支撑屈服承载力。

本工程受力钢筋等级为HRB400，框架梁、柱的混凝土强度等级为C30，节点板与锚板，预埋型钢与锚板整合为整体后嵌入到混凝土中，传力路径为：BRB-节点板-锚板-预埋型钢-混凝土。设计图和现场图片如图2。

设计参数如表1。

4 施工过程和质量控制

屈曲约束支撑施工步骤为：施工前准备—施工前检查—垂直运输—水平运输—误差消除—起吊—临时固定—校正—最终固定。首先做好施工前各项技术准备工作，人员组织、吊装机械就位、技术交底等各项工作。其次屈曲约束支撑安装前应对与支撑连接的上、下梁柱节点进行位置检查，主要检查内容包括节点与施工图的偏位，节点板在施工过程中出现的出平面偏移。平面偏移不得超过节点处最厚板板厚的1/3；当超过上述偏差时，应采取相应的措施予以纠偏，矫正后方可开始屈曲约束支撑的安装。然后进行施工前检查，垂直运输设备就位、安排人员指挥。支撑就位后，应采取有效措施进行临时固定。安装过程中临时固定采用点焊固定，点焊强度须保证能承载支撑的重量，对支撑进行调整和校正。

屈曲约束支撑为耗能型应能表现出稳定的、可重复的滞回性能，要求依次在1/300、1/200、1/150、1/100支撑长度的拉伸和压缩往复各三次变形下，支撑有稳定饱满的滞回曲线。并在1/80下往复循环30圈后，屈曲约束支撑的主要设计指标误差和衰减量不应超过15%，且不应有明显的低周疲劳现象。屈曲约束支撑只能通过工程加工来保证质量，应对性能经过严格的试验验证，选用专业的生产厂家保证质量，提供其最大承载了屈曲约束支撑性能的试验报告，保证设计生产的产品达到性能目标。保证材料的进场的合格，保证施工过程中的安装合格。

5 结语

屈曲约束支撑结构通过支撑的屈服来耗散地震能量，降低结构震动，使主体能够控制在弹性范围。屈曲约束支撑耗能效果好，维护成本和造价低，强震发生后建筑仅维修支撑既可以继续使用，屈曲约束支撑在结构抗震方面有较好的应用价值。

参考文献：

[1]李国强，孙飞飞，宫海，胡大柱.TJ型屈曲约束支撑工程应用分析[J].建筑结构，2009，9：607-610.

[2]徐耐俊.屈曲约束支撑研究及在抗震设计中的应用[D].合肥：合肥工业大学，2017.

[3]TJ屈曲约束支撑应用技术规程，DBJ/CT105-2011[S].