北京某商務(wù)中心防屈曲耗能支撐設(shè)計(jì)

PAGE1北京某商務(wù)中心防屈曲耗能支撐設(shè)計(jì)一、建筑與結(jié)構(gòu)本工程座落于北京建國(guó)門(mén)外國(guó)貿(mào)中心對(duì)面，是一棟現(xiàn)代化寫(xiě)字樓，建筑面積63521M2，地下三層，層高從3.4~4.3米，地上二十二層與二十七層各半，除一層為5.1米外，其余各層均為3.6二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由于北京為八度設(shè)防，綜合考慮結(jié)構(gòu)的延性，自重減輕，施工速度及使用面積的比率，地上部分內(nèi)外框筒均采用鋼結(jié)構(gòu)，地下二、三層為鋼筋混凝土框架-剪力墻，地下一層為鋼骨混凝土框架-剪力墻。地上的鋼結(jié)構(gòu)部分由內(nèi)外框組成，內(nèi)框?yàn)殇摽蚣?支撐，外框一、二層為鋼框架-支撐，三層為轉(zhuǎn)換層，三層以上即為密柱，形成框筒。內(nèi)框的支撐由于建筑布局等因素，又分成中心支撐和偏心支撐二種；外框四個(gè)角部的跨層單斜桿支撐既能降低地震位移，又豐富了建筑立面要求。原方案曾為混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)外筒之間為10m，并多一排柱，外框柱距為8.1m，后改為鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)外筒之間去一排柱，柱網(wǎng)為14m，發(fā)揮了鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，外框8.1偏心支撐的使用本工程偏心支撐耗能梁段全部設(shè)置在內(nèi)框有走道穿過(guò)處，以適應(yīng)建筑使用要求，偏心支撐形式為V字形，截面采用軋制H型鋼。防屈曲耗能支撐的使用內(nèi)框的中心支撐及外框角部的跨層支撐在轉(zhuǎn)換層以上均采用防屈曲耗能支撐。內(nèi)框的中心支撐形式為V字形，截面采用焊接十字形鋼，上部八層采用一字形鋼；外框四個(gè)角部的跨層支撐為單斜桿形式，在轉(zhuǎn)換層以下截面采用焊接H形鋼，轉(zhuǎn)換層以上截面采用焊接十字形鋼。三、防屈曲耗能支撐的工作原理：防屈曲耗能支撐（BRB）即無(wú)粘結(jié)耗能支撐，是通過(guò)改善支撐構(gòu)件的受壓性能來(lái)減少結(jié)構(gòu)在地震和風(fēng)荷載等動(dòng)力反復(fù)作用下的振動(dòng)反應(yīng)；BRB的變形能力不小于支撐框架層間位移的1.5倍。防屈曲耗能支撐設(shè)計(jì)承載力公式表達(dá)為：Pd≤min{Pysc,Po}這里，Pd是無(wú)粘結(jié)耗能支撐的設(shè)計(jì)荷載，Pysc是內(nèi)核屈服荷載（Pysc=φf(shuō)yAsc，φ=0.9折減系數(shù)），Asc面積（面積Aera，鋼內(nèi)核Steelcore），Po為無(wú)粘結(jié)耗能支撐的整體失穩(wěn)荷載，針對(duì)不同的截面形式，在考慮外筒約束的條件下，由有限元分析或試驗(yàn)確定。防屈曲耗能支撐區(qū)別于普通支撐的最大特點(diǎn)是解決了鋼結(jié)構(gòu)支撐桿件的受壓屈曲問(wèn)題，其受壓表現(xiàn)與受拉基本一致；防屈曲耗能支撐與鋼框架結(jié)合構(gòu)成防屈曲支撐框架體系，該體系的受力特點(diǎn)是：（1）在風(fēng)載或小震作用下，整個(gè)結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，支撐提供足夠的抗側(cè)剛度，滿足結(jié)構(gòu)的使用要求；（2）在大震作用下，主體框架可保持在彈性狀態(tài)（也可部分進(jìn)入彈塑性，視不同的設(shè)防功能目標(biāo)而定），由支撐發(fā)生塑性變形，大量耗散地震輸入結(jié)構(gòu)的能量。這個(gè)階段的計(jì)算在于控制地震輸入結(jié)構(gòu)總能量的分配，使耗能構(gòu)件通過(guò)滯回吸收消耗盡可能多的地震能量，避免主體框架結(jié)構(gòu)進(jìn)入明顯的非彈性狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的目的。四、防屈曲耗能支撐的構(gòu)成國(guó)外常用的無(wú)粘結(jié)支撐（例如日本）是將十字形鋼構(gòu)件或一字形鋼構(gòu)件作為受力的鋼骨芯外包壁厚很小的矩形鋼管砼，二者之間有無(wú)粘結(jié)隔離材料。見(jiàn)圖1。圖1無(wú)粘結(jié)支撐構(gòu)造為了更好地適應(yīng)工程實(shí)踐的需要，加快施工進(jìn)度，降低成本，本工程對(duì)上述構(gòu)件進(jìn)行了改進(jìn)，見(jiàn)圖2。五、結(jié)構(gòu)分析1、結(jié)構(gòu)分析使用SATWE（中國(guó)建研院編）。2、計(jì)算模型：按框架-支撐結(jié)構(gòu)空間模型，地震力按X、Y兩個(gè)方向計(jì)算，并考慮藕聯(lián)，共取15個(gè)振型的結(jié)果。3、計(jì)算主要參數(shù)：結(jié)構(gòu)阻尼比0.02，地震剪力系數(shù)不小于規(guī)范限值。風(fēng)荷載的基本風(fēng)壓0.50KN/m2,地面粗糙度C類。按照《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第6.3.2條二款，鋼柱計(jì)算長(zhǎng)度取1.0。4、主要計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)表1）：表1名稱SATWE周期T1：3.2024s風(fēng)荷載相對(duì)位移最大值X向：1/621Y向：1/802地震作用相對(duì)位移最大值X向：1/359Y向：1/535最小剪重比X向：3.20％Y向：3.20％5、有關(guān)抗震驗(yàn)算（1）對(duì)本工程用純框架的模型進(jìn)行計(jì)算，得到X、Y二個(gè)方向地震作用下底部總剪力分別為X、Y二個(gè)方向地震底部總剪力的68%、71%均大于25%。（2）強(qiáng)柱弱梁驗(yàn)算：取計(jì)算地上二層1軸線25號(hào)柱（口500X400X60X60）計(jì)算，抗規(guī)第8.2.5條強(qiáng)柱弱梁應(yīng)符合式（8.2.5-1）要求，當(dāng)柱作為軸心受壓構(gòu)件在2倍地震力作用下穩(wěn)定性得到保證時(shí)，可不按該式驗(yàn)算。本柱作為軸心受壓構(gòu)件在2倍地震力作用下的內(nèi)力為：N=1.2x(10194.7+3370.5x0.5)+9.6x1.4x0.2+1.3x366.0x2=15210.2KN，軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定計(jì)算為：N/(ΦA(chǔ)