屈曲約束支撐在不規(guī)則混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：最近幾年，我國(guó)的城市化建設(shè)的速度和規(guī)模都有了明顯得到提升，建筑工程的數(shù)目和種類也有了一定的變化，一些建筑工程中有一些特殊性的功能要求，有些建筑當(dāng)中必須要使用不規(guī)則的混凝土形式，為了能夠更好的保證結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性和安全性，通常要將屈曲約束支撐使用在混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，本文主要分析了屈曲約束支撐在不規(guī)則混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：屈曲約束支撐;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);鋼混框架結(jié)構(gòu);抗震性

在不規(guī)則混凝土建筑中，其自身的穩(wěn)定性和安全性是設(shè)計(jì)和施工人員需要關(guān)心和關(guān)注的重點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了可以讓整個(gè)結(jié)構(gòu)擁有更高的穩(wěn)定性和安全性，通常在設(shè)計(jì)和施工的過(guò)程中要將屈曲約束支撐應(yīng)用其中，這樣不僅可以促進(jìn)施工的順利進(jìn)行，同時(shí)還會(huì)在這一過(guò)程中保證施工的安全，結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性也會(huì)在這一過(guò)程中得到保障。

一、屈曲約束支撐概述

（一）約束屈服段

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)自身的特征，所以屈曲約束支撐可以在荷載反復(fù)的作用下形成屈服的狀態(tài)，因此，在這一部分的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要使用一些具有良好延展性的鋼材。而當(dāng)結(jié)構(gòu)本身并沒有特殊要求的時(shí)候，就可以選擇一些強(qiáng)度比較高的合金鋼，當(dāng)然所選擇的鋼材必須能夠保證結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，這樣才能使得屈曲約束支撐可以充分的發(fā)揮其積極的作用，保證支撐自身的可靠性和安全性。

（二）非屈服段

在這一部分的設(shè)計(jì)和建設(shè)中通常都是放置在套管和砂漿內(nèi)部的，所以從某種意義上說(shuō)，它就是約束屈服段的一種特殊的形式。為了能夠有效的保證該部分可以始終處在彈性的工作狀態(tài)當(dāng)中，需要對(duì)構(gòu)件的截面面積進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾?。在?shí)際的操作中也可以通過(guò)增加約束屈服段截面的面積或者是采用焊接加勁的方式實(shí)現(xiàn)相同的目的和效果。

（三）無(wú)約束屈服段

在這一部分的設(shè)計(jì)中，其實(shí)際上是對(duì)非屈服段進(jìn)行延伸和處理，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)穿到套管和砂漿的外側(cè)，同時(shí)還要和鋼混框架結(jié)構(gòu)形成有效的連接，為了能夠給現(xiàn)場(chǎng)的施工提供更大的便利，通常在連接方式上采用的都是螺栓連接的方式。如果在施工中存在著一定的特殊要求，在相關(guān)規(guī)定允許的情況下也可以采取焊接的方式對(duì)其進(jìn)行連接處理。

（四）無(wú)粘結(jié)可膨脹材料

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中會(huì)受到約束機(jī)制的作用，所以在高階模態(tài)的條件下，約束屈服段就有可能會(huì)出現(xiàn)一些比較細(xì)微的屈曲狀態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生屈曲的構(gòu)件自身也需要有非常充足的空間在芯片受到了一定壓力的時(shí)候產(chǎn)生細(xì)微的膨脹。為了達(dá)到這一目的，填充的材料之間應(yīng)該預(yù)留一定的空間，這樣就可以使得填充材料可以進(jìn)一步的減芯材在約束端的剪應(yīng)力，所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，橡膠和乳膠等填充材料也就成為了最佳的選擇。

二、屈曲約束支撐在不規(guī)則混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

（一）設(shè)計(jì)要求

在按照相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出的參考數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要從材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)這三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而使得整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可以充分的滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)定和要求。其中支撐核心鋼材性能要求主要是：屈曲約束支撐當(dāng)中最為重要的一點(diǎn)就是要充分的體現(xiàn)出鋼材自身的延展性，同時(shí)其還要滿足屈曲約束支撐在性能方面的具體要求，而并不是一味的去使用低屈服的點(diǎn)鋼，通常情況下，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們所采用的核心鋼材必須要有以下幾個(gè)特征。首先材料自身的屈服比必須要在1.2以上。其次是伸長(zhǎng)率，其伸長(zhǎng)率必須要在25%以上。最后一點(diǎn)就是材料的沖擊韌性必須要可以保證在0℃的條件下依然可以吸收27焦耳的能量要求，只有材料能夠同時(shí)滿足這些要求，才能實(shí)現(xiàn)良好的設(shè)計(jì)效果。

（二）設(shè)計(jì)原則

就不規(guī)則混凝土框架結(jié)構(gòu)而言，為了確保其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并具備良好的抗震性能，最基本的要求是應(yīng)當(dāng)在地震發(fā)生時(shí)，結(jié)構(gòu)在地震波的作用下，有足夠的強(qiáng)度作為保障，并且還要有一定的變形能力。而對(duì)于節(jié)點(diǎn)來(lái)講，則要求其具有較高的強(qiáng)度安全系數(shù)，尤其是不規(guī)則的鋼混框架結(jié)構(gòu)，對(duì)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的安全系數(shù)要求更高。為此，在對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：其一，節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度應(yīng)大于等于與之相連接構(gòu)件的強(qiáng)度;其二，結(jié)構(gòu)受到中等地震作用時(shí)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)處于彈性范圍內(nèi)工作;其三，當(dāng)發(fā)生強(qiáng)震時(shí)，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的降低幅度不得超出柱子的極限承載力;其四，節(jié)點(diǎn)配筋的布置應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單、方便，否則會(huì)增大施工難度。

（三）設(shè)計(jì)步驟

現(xiàn)階段，雖然我國(guó)在屈曲約束支撐與鋼混框架結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)方面的研究已經(jīng)日趨成熟，但是隨著建筑結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，不規(guī)則混凝土框架結(jié)構(gòu)日益增多，而將屈曲約束支撐應(yīng)用于該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的研究相對(duì)較少，尤其是對(duì)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方面的研究更是少之又少。為了能夠使屈曲約束支撐在不規(guī)則混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中獲得推廣應(yīng)用，故此本文將研究的重點(diǎn)放在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上。本文提出的連接方式與鋼結(jié)構(gòu)框架中連接支撐系統(tǒng)的梁柱節(jié)點(diǎn)類型相近似。主要的區(qū)別是在混凝土框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中，節(jié)點(diǎn)板一般都是借助預(yù)埋件和錨栓與混凝土構(gòu)件進(jìn)行可靠連接的，為此，對(duì)于屈曲約束支撐鋼混框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)，可利用現(xiàn)行的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要重點(diǎn)考慮的是節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)各個(gè)組成部分，它們不僅需要承受屈曲約束支撐的屈服荷載，并且還必須能夠承受支撐的極限荷載，只有這樣才能進(jìn)一步確保支撐體系在地震作用下的延性。具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

1、屈曲約束支撐設(shè)計(jì)。

上式中 表示屈曲約束支撐的層間剛度; ，其中 分別代表鋼芯工作段及非工作段的橫斷截面積;k的取值為0.7-0.9（該取值是扣除構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)板所占尺寸的長(zhǎng)度系數(shù)）;x表示工作段長(zhǎng)度系數(shù)，可取0.3-0.6;H是結(jié)構(gòu)的層高;E代表鋼芯材料的彈性模量。根據(jù)抗剪配筋驗(yàn)算結(jié)果可知符合設(shè)計(jì)要求。

2、支撐節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。這部分是本設(shè)計(jì)中最為重要的部分之一，共分為以下三個(gè)環(huán)節(jié)：①連接段設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步確保鋼芯屈服能夠在工作段范圍之內(nèi)，就必須保證在任何條件下非工作段都應(yīng)當(dāng)處在彈性工作狀態(tài)下。為此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)充分考慮支撐壓拉強(qiáng)度比、屈服強(qiáng)度比值以及鋼芯材料的抗拉強(qiáng)度等因素對(duì)鋼芯承載力的影響，以此來(lái)確保連接段的承載力符合設(shè)計(jì)要求;②節(jié)點(diǎn)板與支撐連接的焊縫設(shè)計(jì)。在沒有特殊要求的前提下，節(jié)點(diǎn)板與支撐連接可直接采用高強(qiáng)度的螺栓進(jìn)行可靠連接，若有特殊需要?jiǎng)t應(yīng)采用焊縫連接;③確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸。節(jié)點(diǎn)板的平面尺寸可以在參考一般構(gòu)造規(guī)定的基礎(chǔ)上，根據(jù)與節(jié)點(diǎn)板相連的預(yù)埋件和支撐連接段的焊縫長(zhǎng)度、焊腳尺寸進(jìn)行畫出。在這其中，保證支撐與梁柱的邊緣之間擁有足夠的距離，以此避免因焊縫密集程度高而出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)板過(guò)熱現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)板脆化。支撐連接段端部到節(jié)點(diǎn)板嵌固點(diǎn)在支撐桿件方向的距離必須大于板厚度的2倍。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著建筑工程的不斷增多，不規(guī)則混凝土框架結(jié)構(gòu)也必然會(huì)隨之增多，為了確保此類結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性，應(yīng)當(dāng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中合理應(yīng)用屈曲約束支撐。通過(guò)本文的研究可知，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是最為重要的環(huán)節(jié)之一。為此，在應(yīng)用屈曲約束支撐進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)環(huán)節(jié)，這樣有利于確保結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和抗震性。

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