基于变化抗侧刚度比的防屈曲支撑组合框架优化设计

(广州大学 广东 广州 510006)

一、引言

在设置防屈曲支撑BRB(Buckling restrained brace)的研究中，常见的方法是通过确定结构各层防屈曲支撑与框架结构抗侧刚度的比值，来计算各层防屈曲支撑的抗侧刚度，进而确定防屈曲支撑的芯板截面面积[1]。以固定数值的抗侧刚度比设计的防屈曲支撑无法对地震反应较大和较小的楼层进行有针对的调整。本文基于各层抗侧刚度的比值为可变化的设计思路，对某11层钢管混凝土组合框架结构在地震作用下不同层之间地震响应不同的特点，调整各层抗侧刚度的数值，并评价变化抗侧刚度比的设计思路在钢管混凝土组合框架结构中的适用性。

二、防屈曲支撑

防屈曲支撑从横向分析[2]，分为核心单元、约束单元及滑动机制单元。如图1所示。

图1 防屈曲支撑的构成

三、抗侧刚度比

将框架结构同层内的防屈曲支撑与框架的抗侧刚度的比值，定义为抗侧刚度比k[3]。通过k值来反应支撑与框架之间的匹配关系。

k=KD/KF

(1)

式中，KD为层防屈曲支撑的抗侧刚度，KF为层框架的抗侧刚度。

四、结构模型

图2 钢框架结构平面图

五、分析结果

将模型导入Perform-3D软件[4]中进行多遇地震下弹塑性分析，结果如下图所示。

图3 各层抗侧刚度比

图4 各层层间位移角

从图3可以看到，调整后，各层层间位移角均限定在0.00146(1/685)以内。从图4可见，相比于与固定抗侧刚度比，变化抗侧刚度比的层间位移角更贴近于限值，表明防屈曲支撑的性能得到更好的发挥。

防屈曲支撑截面面积与防屈曲支撑刚度是一一对应关系。变化抗侧刚度比对应的防屈曲支撑的总截面面积114822.26mm2比优化前固定抗侧刚度比对应的防屈曲支撑的总截面面积161237.43mm2少了29%。

六、结论

多遇地震作用下，以变化抗侧刚度比设计的结构比以固定抗侧刚度比设计的结构，在考虑结构最大层间位移角相同的前提下，能减少29%的防屈曲支撑用量，更能提高结构的经济性。

【参考文献】

[1]耿鹏飞.附加黏滞阻尼器和BRB的钢框架联合减震设计与分析[D].西安：西安建筑科技大学，2012.

[2]周云.防屈曲耗能支撑结构设计与应用[M].北京：中国建筑工业出版社,2007.

[3]赵瑛.防屈曲支撑框架设计理论研究[D].北京：清华大学，2009.

[4]刘博文.Perform-3D在抗震弹塑性分析与结构性能评估中的应用[M].北京：中国建筑工业出版社,2014.