防屈曲支撐框架體系按延性方法設計與按現行規(guī)范設計對比

1、第35卷第1期2013年2月工程抗震與加固改造EarthquakeResistantEngineeringandRetrofittingV0135。No1Feb2013[文章編號]1002—8412(2013)01010009DOI：103969／jissn1002—8412201301018防屈曲支撐框架體系按延性方法設計與按現行規(guī)范設計對比楊秋鳴(山西建筑職業(yè)技術學院建筑工程系，山西太原030006)[提要】簡要介紹了我國抗震設計方

2、法的歷史沿革、結構延性設計的基本理念以及必要性，介紹了防屈fHl支撐框架結構的概念、受力原理。引入了結構體系延性調整系數7。。，介紹了延性設計方法對梁柱節(jié)點、構件截面寬厚比、長細比以及層間位移的要求。本文主要是為了得到在抗震設計中采用本文方法設計工程項目時的經濟指標，因此工作重點放在按照延性設計方法設計實際工程以及與按現行規(guī)范設計的比較中。論文給出了13層試設計算例設計對比。利用MTS軟件分別按延性設計方法以及按現行規(guī)范對一個13層防屈

3、曲支撐框架結構算例進行試設計，對按兩種方法進行設計得出的各個結果進行對比，討論按延性設計方法設計結構的優(yōu)越性。[關鍵詞】防屈曲支撐框架體系；防屈曲支撐；延性設計[中圖分類號]TU35211[文獻標識碼】AComparisonofBuckingrestrainedBracedFrameDesignbyDuctilityandPresentStandaresy口增Qiuming(DepartmentofBuildingEngineering

4、，ShanxiArchitectualCollege，Taiyuan030006，China)Abstract：Inthispaper，thehistoryofanti—seismicdesigninourcountryandbasictheoryandnecessityofstructuraldesignbyductilityarebrieflyintroducedTheconceptofBRBFsystem，itstheory，fe

5、atures，andformsarepresentedThedetaileddesignmethodofstructurebyductilityisexplained，includingintroductionofkeystepsofdesignbyductility，thecoefficientofyRsandthesimplifiedcalculationofBRBFInordertogettheeconomicindexbyduc

6、tilitydesignwhichisdifferentfromthedesigningmethodbythepresentstandardsinantiseismicdesign，thekeyofthepaperisfocusedonthecomparisonofthetwomethodsWithMTSsoftware，acomparisonofdesigninga13一floorbuildingbythesetwomethodsis

7、given，andtheresultshowsthattheductilitydesignismoresuperiortOthedesignbypresentstandardsKeywords：BRBFsystem；bucking—restrainedbracedframe(BRB)；designbyductilityEmail：loveyangyan924@163eom1抗震設計方法的演變11我國抗震設計方法的歷史沿革我國自1978年

8、以來先后公布了4本抗震設計規(guī)范：《工業(yè)與民用建筑結構抗震設計規(guī)范》TJll78[1o(以下簡稱78規(guī)范)、《建筑抗震設計規(guī)范》GBJll一89舊3(以下簡稱89規(guī)范)、《建筑抗震設計規(guī)范》GB500112001(以下簡稱2001規(guī)范)和《建筑抗震設計規(guī)范》GB500112010。(以下簡稱2010規(guī)范)?，F行2010規(guī)范總結了2008年汶川地震震害經驗，對2001規(guī)范做了進一步調整，但抗震設防的[收稿日期]20120314基本思想和原則

9、仍同89規(guī)范、2001規(guī)范保持一致。我國現行規(guī)范對相關地震烈度有如下規(guī)定：眾值烈度，指烈度概率密度曲線上峰值所對應的烈度。小震(也稱多遇地震)為發(fā)生頻度最大的地震，因此設防水準中的小震采用眾值烈度，它在設計基準期50年內的超越概率為63％；基本烈度在設計基準期內超越概率為10％，此時對應的為中震；大震(也稱罕遇地震)的50年超越概率為2％～3％，以此作為大震烈度的概率水準。其中基本烈度與眾值烈度相差約155度，大震烈度比基本烈度高1度左

10、右。。延性較好的結構中，地震作用較小，而我國現行抗震規(guī)范不分結構類型在設防烈度的基礎上統(tǒng)一降萬方數據工程抗震與加固改造2013年2月中，與現行抗震設計規(guī)范的計算方法大致相同，只是在計算中引入～些系數以達到延性控制的目的。其中在高層建筑鋼結構第一階段的抗震設計中，結構構件的承載能力應滿足公式S≤R(y。。7。。)的要求，這里引入了一個新的參數一結構體系延性調整系數Ys來考慮延性結構體系的地震作用折減。在計算中，應根據已有設計方法給出的各國

11、抗震規(guī)范結構體系承載力調整系數列表來具體選用’，。。。上?！陡邔咏ㄖ摻Y構設計規(guī)程》對y。。和結構體系延性類別做了如表1所示規(guī)定。表1結構體系延性調整系數Table1ductilityadjustmentcoemcientinstructuresystem結構體系延性類別yRsI類10Ⅱ類O85Ⅲ類070Ⅳ類O60其中結構體系延性類別可根據其受力和變形特點、梁柱節(jié)點連接形式和塑性鉸區(qū)構件截面類別分為4個延性類別。具體參見上?！陡邔咏ㄖ?/p>

12、結構設計規(guī)程》H。。32梁柱節(jié)點的延性要求在美國北嶺地震和日本坂神地震中出現了大量的鋼結構梁柱節(jié)點剛性連接脆性破裂的破壞現象，造成巨大的經濟損失。因此國際上進行了大量的研究，提出了許多卓有成效的改進措施，可以有效地提高構件延性，避免節(jié)點連接發(fā)生脆性破壞。如在梁腹板和抗剪板之間補焊可以有效提高節(jié)點塑性轉動能力；梁端加蓋板和加腋，通過局部加強梁端抗彎承載力來避免梁柱連接脆性破壞；狗骨式設計則通過削弱梁端部分截面使得梁端塑性集中在截面削弱處從

13、而達到保護梁柱連接的目的；同步塑性設計為對狗骨式的改進，根據彎矩減小的情況來逐步削弱截面，使截面削弱的主要區(qū)段可以同步進入塑性以有效增強塑性消能能力等等。33構件截面寬厚比要求在鋼結構設計中，構件截面寬厚比是一個很重要的控制因素。鋼構件是由板件組成的，構件在壓力、彎矩和剪力共同作用下，若板件寬厚比太大，在充分發(fā)揮所規(guī)定的構件力學性能之前，板件將產生局部失穩(wěn)，使構件失去承載能力和變形能力。本次延性設計方法根據不同延性要求，即梁端不同轉動量

14、要求，將板件的寬厚比分為3類o“，分別是：A類——能夠形成具有足夠轉動能力的塑性鉸；B類——能夠達到塑性抗彎承載力，但轉動能力有限；C類——受壓邊緣能夠達到屈服強度，但因發(fā)生局部屈曲而無法達到塑性抗彎承載力。寬厚比限值的取值將參照我國鋼結構設計規(guī)范和國外鋼結構抗震設計規(guī)范確定。34長細比限值理論和試驗研究表明，截面承受彎矩的能力、轉動能力與側向支撐間距有關。因此延性設計方法參照國內外相關規(guī)范，對高延性結構體系中可能進入塑性的柱和支撐提出

15、了較低的長細比限值。35層間位移限值根據日本學者的研究，當結構層間位移角保持在1／200以內時，主體結構仍在彈性工作階段，主體結構的變形主要受非結構構件的特性及其與主體結構的連接方式控制。根據以往的研究成果并參照美國及日本規(guī)范提出了高層建筑鋼結構第一階段的抗震設計，在保證主體結構混凝土構件不開裂的同時，層間位移標準值不宜超過如下限值：(1)脆性非結構構件與結構剛性連接時，不超過樓層高度的1／400；(2)延性非結構構件與結構剛性連接時，

16、不超過樓層高度的1／300；(3)非結構構件與結構柔性連接時，不超過樓層高度的1／200。4工程算例設計對比本試設計工程為13層防屈曲支撐框架結構，依照上海的《高層建筑鋼結構設計規(guī)程》，可知防屈曲支撐框架結構體系延性類別屬于第Ⅲ類(地震折減系數Y。。取07)，塑性鉸區(qū)截面類別屬于B類。設計過程中對該工程按照兩種方法進行設計，即按延性設計方法設計一個算例，再按現行國家規(guī)范設計一個算例。兩個算例都按照各自的規(guī)范要求進行設計后對其各項參數進行