基于BRB屈曲约束支撑的5层框架结构减震设计

杨圣辉 朱国品

（1.中钢集团郑州金属制品研究院股份有限公司，河南郑州 450001；2.昆明理工大学设计研究院，云南昆明 650500）

1 BRB屈曲约束支撑介绍

屈曲约束支撑作为结构的耗能元件，充当第一道抗震防线，吸收地震能，对主体结构起到有效保护作用[1]。BRB屈曲约束支撑由钢套筒、填充料、无黏结材料、可屈服芯材组成，可以解决普通钢支撑的失稳破坏的问题[2]。

2 工程概况

本工程位于云南省昆明市，建筑用途为综合楼，建筑总高度为24.5 m。

建筑上部结构为5层，结构形式为框架结构。建筑结构设计使用年限为50年，抗震设防分类等级为重点设防类（乙类），抗震设防烈度为8度，基本地震加速度0.20g，地震分组第三组、场地类别Ⅲ类、框架抗震等级为一级。

3 减振设计

3.1 结构减震目标和性能目标

多遇、罕遇地震作用下的减震目标如表1所示。

表1 多遇、罕遇地震作用下的减震目标

性能目标及其设计方法如表2所示。

表2 性能目标及其设计方法

3.2 减震器的布置方案

减震器位置在楼层平面内遵循“对称、分散、均匀”原则，设置于2、3、4层，X向24个，Y向12个，共计36个。

屈曲约束计算模型如图1所示。

图1 屈曲约束计算模型

3.3 地震波的选取

依《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）规定，在统计意义上多组时程曲线的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线应相符，选取2条人工波即REN1、REN2，5条实际强震记录即SCB1～SCB5。

地震波峰值加速度按8.0度采用，SCB1-1983 Parkfield-Fault Zone 10测震台站记录；SCB2-1992 Hesperia-4th&Palm测震台站记录；SCB3-1994 Anaverde Valley-City R测震台站记录；SCB4-1999 Joshua Tree N.M.-Keys View测震台站记录；SCB5-1987 Torrance-W 226th St测震台站记录。

3.4 弹性时程分析

SAP模型中BRB屈曲约束支撑采用非线性单元Plastic（Wen）模拟。减震结构与非减震结构层间剪力比为0.91～0.96，阻尼器出力占楼层剪力比值为19%～27%。

结构层间位移角：X向最大为1/957，Y向为1/929；反应谱作用：X向最大为1/777，Y向为1/698；均满足规范要求和原定减震目标。

BRB屈曲约束支撑小震下的受力均小于BRB的屈服力，位移均小于屈服位移，满足“小震弹性”的设计目标。

5条强震记录和2条人工模拟时程曲线如表2所示。

表2 5条强震记录和2条人工模拟时程曲线的对比结果

反应谱曲线及加速度时程曲线如图2所示。

图2 加速度时程曲线和反应谱曲线

小震下各层楼层剪力如表3所示。

表3 小震下各层楼层剪力

3.5 弹塑性时程分析

（1）大震模型的建立。

本工程减震结构的弹塑性时程分析采用大型有限元分析软件SAP2000进行。SAP2000软件强大的非线性动力分析功能，能够较准确地分析主体结构进入塑性的变形特征和减震器在大震下的受力特性。在SAP2000中，采用Plastic（Wen）连接单元模拟减震器，主体结构的框架梁、柱均定义为塑性铰。

（2）弹塑性时程分析结果。

计算结果取7条波的平均值。

本工程结构的层间位移角在罕遇地震作用下，减震目标不大于1/100，减震后层间的位移角为X向1/156、Y向1/171，均满足减震目标。对减震前后最大层间位移角进行对比，设置消能器后，层间位移降低率达到0.75，满足要求。

X、Y方向减震后最大位移角曲线如图3所示。

图3 X、Y方向减震后最大位移角对比曲线

4 结语

小震地震作用下，BRB仅提供刚度，结构保持弹性；结构在罕遇地震作用下，局部少数构件出现塑性铰，且梁塑性铰先于柱铰出现，结构层间位移角为X向1/156、Y向1/173，设置BRB后，结构抗震耗能性能良好，能够有效地保证结构安全，达到预期的减震目标。大震作用下，X、Y两个方向BRB屈曲约束支撑均进入塑性滞回耗能阶段，耗能性能良好，可以为结构主体的安全提供有力保证。