屈曲约束支撑在某超限高层结构中的抗震性能优化分析

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随着城市建筑高度的不断攀升,结构平面布置越来越复杂,超限高层在各城市也越来越多。地震作用对结构的破坏影响巨大,传统的“三水准,两阶段”抗震设计已不能完全满足设计的需要,采用基于性能的抗震设计方法可以控制结构构件的损伤程度以保证结构震后的使用功能和减少经济损失,因此,在针对多项超限结构设计分析中,如何采用基于性能的抗震设计方法已成为研究的重点。屈曲约束支撑不仅可以作为耗能构件,还能作为一种抗侧力构件提供抗侧刚度,减弱地震效应。屈曲约束支撑在小震作用下可以增加结构的刚度而不屈服,在中震、大震作用下可以耗能屈服而不屈曲,从而降低其他主体结构构件的损伤程度。此外,屈曲约束支撑不仅可以用于框架间的柱间支撑,还可以应用在连梁中,解决连梁因承载力不足而发生严重破坏失去使用功能的不足,目前在国内的发展尚处于探索阶段。本文以广州市某一超限高层设计大厦的初步设计为工程背景,采用基于性能的抗震设计方法对结构进行了详细的抗震分析,论证结构的安全性,结构整体满足C级抗震性能要求。以原结构为基础,采用屈曲约束支撑替换原结构框架深梁,并缩小结构框架柱尺寸,通过不断调整屈曲约束支撑的参数和框架柱的尺寸,使结构各项设计指标满足规范要求,通过与原结构在小震和大震下的性能对比,研究屈曲约束支撑对结构抗震性能的优化作用。通过对比两结构计算结果可知,经过柱截面尺寸优化后,用屈曲约束支撑代替原框架深梁作为抗侧力构件,能够有效改善结构在大震作用下Y方向的层间位移角,即使柱截面尺寸缩小后柱的损伤程度仍得到了显著的改善,经过优化后的结构较原结构抗震性能更优。最后,本文还提出了带屈曲约束支撑的钢连梁在框架-剪力墙结构中的应用,钢连梁采用桁架结构形式,其中桁架部分采用屈曲约束支撑。通过对比混凝土连梁结构和BRB连梁结构在小震和大震下的抗震性能,采用BRB钢连梁可以解决钢筋混凝土连梁在大震下严重破坏的不足,并且带BRB连梁结构在层间位移角、剪力墙和框架柱损伤程度都要优于钢筋混凝土结构,BRB连梁具有良好的塑性耗能能力。本文采用基于性能的抗震设计方法对某工程实例进行了详细分析,对超限高层抗震设计方法提供一定参考。在结构中布置屈曲约束支撑相对于框架深梁能够很好地改善结构的抗震性能,减小结构的地震反应的同时可以提高结构的抗侧刚度和扭转刚度,具有良好的耗能能力,有效降低结构构件的损伤。此外,带屈曲约束支撑钢连梁结构体系不仅可以解决连梁在大震作用下严重损坏失去使用功能的不足,还可以提高连梁耗能能力。本文提出设计此类结构的优化方案,为抗震优化措施提供了一种新思路,同时为该类工程布置屈曲约束支撑及带屈曲约束支撑钢连梁提供一定的参考。
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