一種屈曲約束支撐的優(yōu)化設計方法及支撐結構體系的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高層建筑中使用的一種承壓設計方法及支撐結構體系，特別是一種屈曲約束支撐的優(yōu)化設計方法及支撐結構體系。
【背景技術】
[0002]自2008年汶川地震以來，我國相繼發(fā)生了很多地震，這些地震對人民生命財產(chǎn)造成了極大的損失。
[0003]傳統(tǒng)抗震結構及其設計方法主要依靠結構構件的塑性變形來消耗地震能量，強震時結構將產(chǎn)生難以修復的破壞甚至倒塌。
[0004]基于此，工程減震控制技術應運而生，其中的一項應用就是屈曲約束支撐。
[0005]屈曲約束支撐的主要作用是在地震作用下，由屈曲約束支撐進行大量耗能，以保護其他主體結構盡量少的受到破壞。屈曲約束支撐受壓時可屈服而不屈曲，因此克服了普通支撐易受壓屈曲的缺點，在地震時有很好的耗能能力和延性。在地震作用后，只需更換已損壞的屈曲約束支撐即可，這樣就大大降低了震后的維修費用。
[0006]但是，屈曲約束支撐的造價遠高于普通支撐，這也大大制約了屈曲約束支撐的應用與推廣。因此，本發(fā)明提出一種利用屈曲約束支撐進行優(yōu)化設計的方法與結構，最大程度應用屈曲約束支撐進行耗能，以保護其他主體結構盡量少的受到破壞，但又可不全部采用屈曲約束支撐，用以降低造價，同時確保結構良好的抗震性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術的不足，而提供一種屈曲約束支撐的優(yōu)化設計方法，該屈曲約束支撐的優(yōu)化設計方法不需要計算等效阻尼比，準確性高，又沒有多次迭代的麻煩;還根據(jù)承擔的樓層剪力來優(yōu)選屈曲約束支撐的芯材截面面積，能使屈曲約束支撐能夠成為主要的耗能構件，相應地確保結構其余部件的安全，提高結構的整體抗震能力；同時能節(jié)省造價，利于屈曲約束支撐的應用與推廣。
[0008]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:
一種屈曲約束支撐的優(yōu)化設計方法，包括如下步驟:
步驟1，普通支撐選擇:普通支撐選擇時，普通支撐的剛度需滿足小震、風荷載作用下的彈性設計要求。
[0009]步驟2，屈曲約束支撐選擇:屈曲約束支撐選擇時，需對屈曲約束支撐的剛度和芯材截面面積兩個方面進行考慮;剛度方面，按照與步驟1中選擇的普通支撐等剛度原則進行選擇;芯材截面面積方面，按照分配承擔的樓層剪力進行選擇，芯材截面面積與所分配承擔的樓層剪力呈正比，分配承擔的樓層剪力越小，芯材截面面積也越小。
[0010]步驟3，屈曲約束支撐布置:在各個樓層中全部用屈曲約束支撐布置成呈“人”字形的屈曲約束支撐支撐結構體系。
[0011 ]步驟4，普通支撐布置:采用彈塑性時程分析法，對步驟3中的屈曲約束支撐支撐結構體系，進行中震和大震作用下彈塑性變形和消能機制的校核;并將在大震作用下不屈服的屈曲約束支撐，按照等剛度原則，替換為步驟1中選擇的普通支撐。
[0012]還包括步驟5，再次進行彈塑性時程分析:對步驟4中替換為普通支撐的支撐結構體系，重新進行大震作用下彈塑性時程分析，當普通支撐無屈服時，則判定合格;否則，需重新替換為屈曲約束支撐。
[0013]所述步驟4中，普通支撐布置在0.9倍以上房屋高度處。
[0014]所述步驟2中，屈曲約束支撐在芯材截面面積選擇時，需選擇A、B、C、D四種規(guī)格的屈曲約束支撐，D、C、B、A的芯材截面面積逐漸遞減;其中，D布置在0.3倍及以下房屋高度處；C布置在0.3倍至0.6倍房屋高度處;B布置在0.6倍至0.75倍房屋高度處;A布置在0.75倍以上房屋高度處。
[0015]D、C、B、A的芯材截面面積逐漸遞減的遞減比例在25-36%之間。
[0016]本發(fā)明還提供一種屈曲約束支撐的優(yōu)化設計結構，該屈曲約束支撐的優(yōu)化設計結構能根據(jù)承擔的樓層剪力來優(yōu)選屈曲約束支撐的芯材截面面積，能使屈曲約束支撐能夠成為主要的耗能構件，相應地確保結構其余部件的安全，提高結構的整體抗震能力；同時能節(jié)省造價，利于屈曲約束支撐的應用與推廣。
[0017]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:
一種屈曲約束支撐的的支撐結構體系，包括設置在高層建筑中且均呈“人”字形的屈曲約束支撐和普通支撐，在0.9倍及以下房屋高度處全部設置為屈曲約束支撐，在0.9倍以上房屋高度處全部設置為普通支撐;其中，屈曲約束支撐在0.75倍至0.9倍房屋高度處的芯材截面積均為A，屈曲約束支撐在0.6倍至0.75倍房屋高度處的芯材截面積均為B，則A比B小28-36%ο
[0018]所述普通支撐為圓鋼管。
[0019]位于0.9倍以上房屋高度處普通支撐的截面積均為Ε，且Ε=Α。
[0020]所述屈曲約束支撐在0.3倍至0.6倍房屋高度處的芯材截面積均為C，在0.3倍及以下房屋高度處的芯材截面積均為D，則D、C和Β逐漸遞減，遞減的比例在25-35%之間。
[0021]本發(fā)明采用上述方法與結構后，具有如下有益效果:
1、在彈性和彈塑性分析階段均不需要計算等效阻尼比，既準確性高，又沒有多次迭代的麻煩。
[0022]2、根據(jù)承擔的樓層剪力來優(yōu)選屈曲約束支撐的芯材截面面積，可以使屈曲約束支撐能夠成為主要的耗能構件，相應地確保結構其余部件的安全，提高結構的整體抗震能力。
[0023]3、通過罕遇地震作用下的彈塑性時程分析將未屈服的屈曲約束支撐替換為普通支撐，這樣既可以節(jié)省造價，又能確保對結構沒有不良影響。
[0024]4、方法與結構簡便，也更利于屈曲約束支撐的應用與推廣。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明一種屈曲約束支撐的優(yōu)化設計方法及支撐結構體系的結構示意圖。
[0026]其中有:1.屈曲約束支撐;2.鋼柱;3.鋼梁;4.普通支撐。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和具體較佳實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0028]如圖1所示，以一個樓層層數(shù)為34層，總高為153米的高層建筑為例，進行說明。
[0029]上述高層建筑，跨度取4.0米，層高Η取4.5米，共34層，總高153米。屈曲約束支撐1或普通支撐4布置在鋼柱2和鋼梁3之間，且均呈“人”字形。
[0030]上述鋼柱采用600x600x34方鋼管，鋼梁采用Η900χ400χ14χ30，普通支撐均優(yōu)選為圓鋼管。
[0031 ] 一種屈曲約束支撐的優(yōu)化設計方法，包括如下步驟:
步驟1，普通支撐選擇:普通支撐選擇時，普通支撐的剛度需滿足小震、風荷載作用下的彈性設計要求。
[0032]經(jīng)計算設計，1?10層，也即0.3倍及以下房屋高度處，普通支撐采用400x16圓鋼管，其截面面積19302mm2; 10?23層，0.3倍至0.6倍房屋高度處，普通支撐采用350x12圓鋼管，其截面面積12742mm2;23?34層，也即0.6倍以上房屋高度處，普通支撐采用300x10圓鋼管，其截面面積9111mm2。
[0033]步驟2，屈曲約束支撐選擇:屈曲約束支撐選擇時，需對屈曲約束支撐的剛度和芯材截面面積兩個方面進行考慮。
[0034]剛度方面，按照與步驟1中選擇的普通支撐等剛度原則進行選擇。
[0035]芯材截面面積方面，按照分配承擔的樓層剪力進行選擇。芯材截面面積與所分配承擔的樓層剪力呈正比，分配承擔的樓層剪力越小，芯材截面面積也越小。
[0036]在步驟中，削減剪力較小處，也即0.75倍以上房屋高度處屈曲約束支撐的芯材截面面積。具體為:選擇A、B、C、D四種規(guī)格的屈曲約束支撐，D、C、B、A的芯材截面面積逐漸遞減;其中，D布置在0.3倍及以下房屋高度處;C布置在0.3倍至0.6倍房屋高度處;B布置在0.6倍至0.75倍房屋高度處;A布置在0.75倍以上房屋高度處。D、C、B、A的芯材截面面積逐漸遞減的