无粘结支撑消能系统的工程实例及性能研究

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1、第七届伞国现代结构工程学术研讨会无粘结支撑消能系统的工程实例及性能研究姚建峰汪洋臭雅纳工程咨询深圳公司，深圳518026)摘要：传统的中心斜撑钢结构构件在大震巾容易受雎屈曲，使得结杠J的抗震能力折损。本文将研究的无粘结支撑通过提供侧向约束和滑动机制，可有效地改善传统中心刳撑的上述缺点，从而使结构达到良好的刚度和延性。由于不再受压屈曲，根据屈服后钢材吸收大量能量的特性，无枯结支撑是一种性能优越的消能元件。本文将通过北京戚盛大厦的铡结构工程实例．分析无粘结支撑系统的消能件能。关键词：无牯结支撑．消能，时程分析，能景原理一、引言由于传统中心斜撑构什系统在大震中斜撑受压极可能会产

2、生屈曲，使得结构的抗震能力受损。为了解决斜撑受压屈曲的问题，许多学者经过多年的研究已发展出一种能避免屈曲的斜撑构件，称为无粘结支撑(unbondedBrace)，或称为脱层支撑。无粘结支撑届f位移型被动消能装置，主要承受轴向拉力与压力，并通过侧向约束机制以防止支撑受压屈曲，从而克服了传统中心斜撑构件受压时会发生屈曲的缺点。无牯结支撑构件不但具备优良的刚度．同时延展性能也显著提高，由于利用了倒船后钢材具有吸收大量能量的特性，使其能够充分发挥钢材之效能能力，有效地吸收地震输入的能量“。。一般而言，无粘结支撑由二三个部分所组成，即核心单元、约束单元及滑动单元(如图1)。核心单元

3、是此构件中主要的受力元件，由特定强度的钢板组成，常见的形状为十宁型、一字型及工字形等；约束单元负责提供侧向约束机制，以防止核心部分受轴艇时发生整体或局部屈曲。另，夕}，由于希望此构件在受拉及受压时尽可能有相似的力学行为，必须在核心与约束单元问提供一滑动单元(又称为脱层单元)，避免核心因受压膨胀与约束单元间产生摩擦力而造成轴向压力的丈量增加。‘图1无粘结支撑组成示意图下面将结合工程实例，对无粘结支撑的性能做一些初步的探讨。二、工程实例位于北京市中关村的北京威盛大厦，是一地下2层目中采用了相当数量的无粘结支撑作为其消能减震系统片。工业建筑2D07增刊地上12层的办公大楼，建筑

4、高度为55米。在此项图2至5为该大楼及其中设置的无粘结支撑现场照第七届全国现代结构工程学术研讨会图2威盛大厦施工照片图4无粘结支撑节点(一)图3某层无粘结支撑图5无粘结支撑节点(二)该结构地上部分为钢框架体系；地下部分为混凝土框架体系，整个结构可认为嵌固于首层地面。作为消能系统的无粘结支撑设置于地面以上各层的核心框架处，其分布见如图6至7示意。’矣／＼旷＼y＼¨／＼_，、／＼图6无粘结支撑布置示意图(x'z平面投影)圈7无粘结支撑布置示意图(Y-z平面投影)工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会在该项目中，所有无粘结支撑的核心单元均采用等边十字型钢板。下表列

5、出了结构中无粘结支撑核心单元的尺寸，供读者参考。表1无粘结支撑尺寸表x方向斜撑截面尺寸Y方向斜撑截面尺寸楼层类型宽度厚度类型宽度厚度(面)(衄)(岫)(眦)12层及其夹层(+)2008‘(+)20081l层(+)15525’(十)1552510层(+)16525(+)165259层／8层(+)17525(十)175257层(+)18025(+)180256层(十)13019(+)180255层(十)13019(+)160304层(十)13019(+)160303层(+)13019(+)180302层(+)13019(+)16530首层(+)14019(+)18030三、结

6、构构件的模拟(一)钢框架集柱构件所有钢梁和钢柱均模拟为非线性单元。。其轴力一双向弯矩相互作用屈服曲面由构件对两个主轴的两条轴力一弯矩相互作用屈服曲线(N—M曲线)确定。当轴力和双向弯矩值达到构件截面轴力一双向弯矩相互作用屈服曲面时．塑性铰在端部出现。屈服后构件内力一塑性铰非线性恢复力骨架曲线则根据美国FE舭356文件推荐的曲线建立，如图8所示。图中Q和0，分别为内力和屈服力，塑性铰变形能力a和b的取值以及与防倒塌对应的塑性铰变形可接受限值都根据FEMA356中所推荐的取值确定。口口，1．O口ord图8FE毗356所推荐的非线性恢复力骨架曲线(=)无粘结支捧无粘结支撑的拉、

7、压塑性变形都是屈服变形，并且表现出拉、压一致的性能，因此对屈服后轴向力一轴向变形之间的非线性恢复力曲线可近似采用理想弹塑性双线形，不必考虑轴向刚度与强度的退化，拉压弹塑工业建筑2007增刊537第七届全倒现代结构工程学术研讨会惟变形可接受限值也完争相同(根据FEm356所推荐的数据，无粘结支撑拉、压弹塑性变形限值均取为其初始屈服轴向变形的9倍)。图9所示为姐型无粘结支撑加卸载滞回曲线刚。根据上述特性．结构中将无粘结支撑模拟为轴向力与轴向变形均为理想弹塑性双线形的非线性弹簧单元，其受力变彤曲线见幽m示意。四、结构非线性时程分析本