多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的深度剖析與創(chuàng)新實踐一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景隨著城市化進(jìn)程的加速，多層建筑在城市建設(shè)中占據(jù)著重要地位。然而，地震作為一種極具破壞力的自然災(zāi)害，時刻威脅著這些建筑的安全。據(jù)統(tǒng)計，全球每年發(fā)生的地震多達(dá)數(shù)百萬次，雖然大部分地震震級較小，但一旦發(fā)生中強(qiáng)地震，如1976年的唐山大地震、2008年的汶川大地震以及2011年日本東海岸地震等，都會給當(dāng)?shù)氐慕ㄖY(jié)構(gòu)帶來毀滅性的打擊，造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失。在抗震設(shè)計中，多層建筑需要具備足夠的抗側(cè)力剛度和耗能能力，以抵御地震作用。傳統(tǒng)的支撐框架結(jié)構(gòu)，如中心支撐框架（CBF），在中震和強(qiáng)震中容易出現(xiàn)受壓屈曲現(xiàn)象，導(dǎo)致支撐的承載力和耗能能力大幅下降，從而影響整個結(jié)構(gòu)的抗震性能。為了克服傳統(tǒng)支撐的缺點，屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生。屈曲約束支撐（Buckling-RestrainedBrace，簡稱BRB）是一種新型的耗能支撐，其核心是由低屈服點鋼材制成的芯材，外套鋼管并填充混凝土或砂漿等約束材料。通過約束材料對芯材的側(cè)向約束，使得芯材在受壓時能夠避免屈曲，從而在受拉和受壓時都能達(dá)到屈服，實現(xiàn)穩(wěn)定的耗能。與傳統(tǒng)支撐相比，屈曲約束支撐具有飽滿的滯回曲線、良好的耗能能力和穩(wěn)定的力學(xué)性能。自20世紀(jì)70年代屈曲約束支撐概念被提出以來，經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，其在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。日本作為地震多發(fā)國家，在屈曲約束支撐的研究和應(yīng)用方面處于領(lǐng)先地位，早在1988年就將屈曲約束支撐應(yīng)用于實際工程中。隨后，美國、加拿大、韓國等國家也相繼開展了相關(guān)研究和工程應(yīng)用。在我國，隨著對建筑抗震性能要求的不斷提高，屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)也逐漸受到重視，并在一些重大工程中得到應(yīng)用，如北京新機(jī)場、深圳平安金融中心等。盡管屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中取得了一定的成果，但目前在設(shè)計方法方面仍存在一些問題和挑戰(zhàn)。不同的設(shè)計方法在計算模型、設(shè)計參數(shù)取值等方面存在差異，導(dǎo)致設(shè)計結(jié)果的可靠性和經(jīng)濟(jì)性難以保證。此外，對于復(fù)雜的多層建筑結(jié)構(gòu)，如何合理地布置屈曲約束支撐，使其發(fā)揮最佳的抗震效果，也是亟待解決的問題。因此，開展多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法研究具有重要的現(xiàn)實意義。1.1.2研究意義本研究對于提高多層建筑的抗震性能具有重要意義。屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)能夠在地震作用下有效耗散能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全性。通過深入研究其設(shè)計方法，可以更加科學(xué)合理地確定支撐的布置、截面尺寸等參數(shù)，進(jìn)一步提升結(jié)構(gòu)的抗震能力，減少地震災(zāi)害造成的損失，保障人民生命財產(chǎn)安全。推動結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和技術(shù)的發(fā)展。目前屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法尚不完善，本研究將針對現(xiàn)有設(shè)計方法的不足，進(jìn)行系統(tǒng)的研究和分析，提出更加合理、準(zhǔn)確的設(shè)計方法。這不僅有助于完善該結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計理論，還能為其他新型結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計提供借鑒和參考，促進(jìn)整個結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。從工程應(yīng)用角度來看，合理的設(shè)計方法可以提高設(shè)計效率，減少設(shè)計過程中的試算次數(shù)和計算工作量，降低設(shè)計成本。同時，科學(xué)的設(shè)計方法能夠確保結(jié)構(gòu)在滿足抗震要求的前提下，實現(xiàn)材料的優(yōu)化配置，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。這對于推動屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)在實際工程中的廣泛應(yīng)用具有積極的促進(jìn)作用，有利于提高建筑行業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究進(jìn)展國外對于屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的研究起步較早。日本在20世紀(jì)70年代就開始了相關(guān)研究，是最早開展屈曲約束支撐研究和應(yīng)用的國家之一。1988年，日本首次將屈曲約束支撐應(yīng)用于實際工程——日本東京的一幢8層公寓樓，開啟了屈曲約束支撐在工程領(lǐng)域的應(yīng)用先河。此后，日本在屈曲約束支撐的理論研究、試驗分析和工程實踐方面不斷深入，取得了豐碩的成果。在設(shè)計理論方面，日本學(xué)者若林實等通過大量的試驗和理論分析，對屈曲約束支撐的受力性能和設(shè)計方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了基于試驗數(shù)據(jù)的設(shè)計計算公式和方法，為屈曲約束支撐的設(shè)計提供了重要的理論依據(jù)。例如，他們研究了約束構(gòu)件與芯材之間的相互作用機(jī)理，分析了不同約束形式對支撐力學(xué)性能的影響，確定了合理的約束比等設(shè)計參數(shù)。在試驗研究方面，日本進(jìn)行了眾多關(guān)于屈曲約束支撐的構(gòu)件試驗和結(jié)構(gòu)模型試驗。通過這些試驗，深入了解了屈曲約束支撐在不同加載條件下的滯回性能、耗能能力、疲勞性能等力學(xué)特性。如藤本等人對填充砂漿的鋼管約束型屈曲約束支撐進(jìn)行了深入研究，通過低周反復(fù)加載試驗，得到了支撐的滯回曲線、骨架曲線等關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo)，為該類型支撐的性能評估和設(shè)計提供了試驗數(shù)據(jù)支持。美國在屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)研究方面也處于國際前沿水平。美國學(xué)者在借鑒日本研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合本國的工程需求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，開展了大量的研究工作。在設(shè)計理論上，美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會（AISC）制定了相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和指南，如AISC341《SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings》，對屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法、構(gòu)造要求、材料性能等方面做出了詳細(xì)規(guī)定，推動了屈曲約束支撐在美國工程中的廣泛應(yīng)用。在試驗研究方面，美國的一些高校和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一系列大型結(jié)構(gòu)試驗。例如，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊對屈曲約束支撐鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了足尺模型的擬動力試驗，研究了結(jié)構(gòu)在不同地震波作用下的響應(yīng)規(guī)律和破壞模式，驗證了屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)在抗震方面的有效性和優(yōu)越性。此外，美國還通過數(shù)值模擬技術(shù)對屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析，建立了高精度的有限元模型，模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的力學(xué)行為，為結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化提供了有力的工具。除了日本和美國，加拿大、韓國、新西蘭等國家也積極開展屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的研究。加拿大的研究主要集中在屈曲約束支撐的低溫性能和在寒冷地區(qū)的應(yīng)用，通過試驗研究了低溫環(huán)境對支撐力學(xué)性能的影響，提出了相應(yīng)的設(shè)計改進(jìn)措施。韓國在屈曲約束支撐的構(gòu)造創(chuàng)新和工業(yè)化生產(chǎn)方面取得了一定成果，開發(fā)了多種新型的屈曲約束支撐構(gòu)造形式，并實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本，提高了工程應(yīng)用的可行性。新西蘭則側(cè)重于研究屈曲約束支撐在既有建筑抗震加固中的應(yīng)用，通過實際工程案例分析，總結(jié)了屈曲約束支撐在加固工程中的設(shè)計要點和施工技術(shù)。1.2.2國內(nèi)研究進(jìn)展我國對屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的研究起步相對較晚，但發(fā)展迅速。20世紀(jì)90年代末，國內(nèi)開始關(guān)注屈曲約束支撐技術(shù)，并逐步開展相關(guān)研究工作。同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校以及中國建筑科學(xué)研究院等科研機(jī)構(gòu)在屈曲約束支撐的理論研究、試驗分析和工程應(yīng)用方面發(fā)揮了重要作用。在理論研究方面，國內(nèi)學(xué)者對屈曲約束支撐的力學(xué)性能、設(shè)計方法和抗震性能評估等進(jìn)行了深入研究。同濟(jì)大學(xué)的李國強(qiáng)教授團(tuán)隊對屈曲約束支撐的約束機(jī)理、滯回性能和設(shè)計方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了基于能量原理的屈曲約束支撐設(shè)計方法，考慮了支撐在地震作用下的耗能特性和結(jié)構(gòu)的抗震需求，使設(shè)計更加合理和經(jīng)濟(jì)。清華大學(xué)的聶建國教授團(tuán)隊研究了屈曲約束支撐與混凝土結(jié)構(gòu)的組合應(yīng)用，提出了屈曲約束支撐-混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論和方法，拓展了屈曲約束支撐的應(yīng)用范圍。在試驗研究方面，國內(nèi)進(jìn)行了大量的屈曲約束支撐構(gòu)件試驗和結(jié)構(gòu)模型試驗。通過這些試驗，研究了不同構(gòu)造形式、材料性能和加載條件下屈曲約束支撐的力學(xué)性能和抗震性能。例如，哈爾濱工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了多種形式屈曲約束支撐的低周反復(fù)加載試驗，分析了支撐的破壞模式、滯回性能和耗能能力，為支撐的設(shè)計和優(yōu)化提供了試驗依據(jù)。中國建筑科學(xué)研究院對屈曲約束支撐鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了振動臺試驗，研究了結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應(yīng)和破壞機(jī)制，驗證了結(jié)構(gòu)的抗震性能和可靠性。隨著研究的深入，屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)在我國的工程應(yīng)用逐漸增多。一些標(biāo)志性建筑，如北京新機(jī)場、深圳平安金融中心等，都采用了屈曲約束支撐技術(shù)，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。在工程應(yīng)用過程中，國內(nèi)不斷總結(jié)經(jīng)驗，完善設(shè)計和施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布了《屈曲約束支撐應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS257:2009），對屈曲約束支撐的設(shè)計、施工、驗收等環(huán)節(jié)做出了詳細(xì)規(guī)定，為屈曲約束支撐在我國的推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支持。盡管我國在屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)研究方面取得了顯著成果，但與國外先進(jìn)水平相比，仍存在一定差距。例如，在設(shè)計理論的精細(xì)化程度、試驗研究的系統(tǒng)性和深入性以及工程應(yīng)用的成熟度等方面，還有待進(jìn)一步提高。未來，需要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新，推動屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)在我國的更加廣泛和深入的應(yīng)用。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容深入剖析多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的體系特點。研究該結(jié)構(gòu)體系在不同受力狀態(tài)下的力學(xué)性能，包括彈性階段和彈塑性階段的內(nèi)力分布、變形特征等。分析屈曲約束支撐與框架結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同工作機(jī)理，明確支撐在結(jié)構(gòu)體系中的作用和貢獻(xiàn)，探討支撐的布置方式對結(jié)構(gòu)整體性能的影響規(guī)律。對多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法展開系統(tǒng)研究。在現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的研究成果，改進(jìn)和完善屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。研究支撐的設(shè)計參數(shù)，如芯材截面尺寸、約束比、長細(xì)比等對支撐性能和結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，建立合理的設(shè)計參數(shù)取值范圍。提出基于性能的設(shè)計方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同性能目標(biāo)，如小震不壞、中震可修、大震不倒等，確定相應(yīng)的設(shè)計指標(biāo)和設(shè)計流程，使設(shè)計結(jié)果更符合實際工程需求。通過實際工程案例對多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法進(jìn)行驗證和分析。選取具有代表性的多層建筑工程案例，運用所研究的設(shè)計方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并與實際設(shè)計方案進(jìn)行對比分析。對案例中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震響應(yīng)分析，評估結(jié)構(gòu)在不同地震作用下的抗震性能，驗證設(shè)計方法的可行性和有效性。總結(jié)實際工程應(yīng)用中的經(jīng)驗和問題，提出針對性的改進(jìn)措施和建議，為設(shè)計方法的進(jìn)一步完善提供實踐依據(jù)。基于研究結(jié)果，提出多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化策略。從結(jié)構(gòu)體系、支撐布置、材料選用等方面進(jìn)行優(yōu)化，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能和經(jīng)濟(jì)性。研究如何在滿足結(jié)構(gòu)抗震要求的前提下，合理減少支撐的用量，降低結(jié)構(gòu)成本；探索采用新型材料和構(gòu)造形式，進(jìn)一步提高支撐的性能和結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型，運用優(yōu)化算法對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計。1.3.2研究方法采用理論分析方法，依據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、抗震理論等相關(guān)學(xué)科的基本原理，對多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的受力性能和設(shè)計方法進(jìn)行深入研究。推導(dǎo)屈曲約束支撐的力學(xué)計算公式，分析支撐在不同受力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律；建立結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，運用結(jié)構(gòu)動力學(xué)方法求解結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。運用數(shù)值模擬手段，借助有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS等，對多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析。通過數(shù)值模擬，可以模擬結(jié)構(gòu)在不同荷載工況下的力學(xué)行為，包括構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變分布、結(jié)構(gòu)的變形和破壞過程等。對不同設(shè)計參數(shù)和支撐布置方案進(jìn)行數(shù)值模擬分析，對比分析模擬結(jié)果，總結(jié)結(jié)構(gòu)性能的變化規(guī)律，為設(shè)計方法的研究和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。開展試驗研究，設(shè)計并制作多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的縮尺模型，進(jìn)行低周反復(fù)加載試驗和擬動力試驗。通過試驗，獲取結(jié)構(gòu)在不同加載條件下的滯回曲線、骨架曲線、耗能能力等關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo)，驗證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果。研究結(jié)構(gòu)的破壞模式和抗震性能，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供試驗依據(jù)，同時也為數(shù)值模擬模型的驗證和改進(jìn)提供參考。收集和分析實際工程案例，總結(jié)多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中的經(jīng)驗和問題。對不同類型的工程案例進(jìn)行對比分析，研究設(shè)計方法在實際工程中的應(yīng)用效果和存在的不足。結(jié)合實際工程需求，對設(shè)計方法進(jìn)行改進(jìn)和完善，使其更符合工程實際情況，提高設(shè)計方法的實用性和可靠性。二、多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的基本理論2.1結(jié)構(gòu)構(gòu)成與工作原理2.1.1結(jié)構(gòu)組成多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)主要由鋼梁、鋼柱和屈曲約束支撐等構(gòu)件組成。這些構(gòu)件相互連接，協(xié)同工作，共同承受結(jié)構(gòu)上的各種荷載，包括豎向荷載（如結(jié)構(gòu)自重、樓面活荷載等）和水平荷載（如風(fēng)荷載、地震作用等）。鋼梁作為水平承重構(gòu)件，承擔(dān)樓面?zhèn)鱽淼呢Q向荷載，并將其傳遞給鋼柱。在地震等水平荷載作用下，鋼梁還參與抵抗水平力，通過自身的彎曲變形來消耗能量。鋼梁的截面形式通常有H型鋼、工字鋼、槽鋼等，不同的截面形式具有不同的力學(xué)性能和適用范圍。例如，H型鋼具有較好的抗彎性能和穩(wěn)定性，適用于跨度較大的梁；工字鋼則在單向彎曲時表現(xiàn)出較高的承載能力。在設(shè)計鋼梁時，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況、跨度、荷載大小等因素，合理選擇鋼梁的截面尺寸和材料強(qiáng)度等級，以確保鋼梁在正常使用和地震作用下都能滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求。鋼柱是主要的豎向承重構(gòu)件，承受來自鋼梁和上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向荷載，并將其傳遞到基礎(chǔ)。在水平荷載作用下，鋼柱與鋼梁和屈曲約束支撐共同抵抗水平力，是結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的重要組成部分。鋼柱的截面形式常見的有圓形、方形、矩形鋼管以及H型鋼等。圓形鋼管柱具有良好的抗壓性能和抗扭性能，在承受偏心荷載時表現(xiàn)較好；方形和矩形鋼管柱則便于與鋼梁連接，在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較為廣泛。鋼柱的設(shè)計需要考慮軸力、彎矩、剪力等多種內(nèi)力組合，通過合理的截面設(shè)計和構(gòu)造措施，保證鋼柱在各種受力情況下的安全性和穩(wěn)定性。屈曲約束支撐是該結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵構(gòu)件，主要作用是提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度和耗能能力。屈曲約束支撐一般由芯材、外套筒和填充材料等部分組成。芯材是主要的受力部件，通常采用低屈服點鋼材制成，如LY100、LY160、LY225等低屈服點鋼。這些鋼材具有良好的延性和耗能能力，能夠在地震作用下通過塑性變形消耗大量能量。芯材的截面形式常見的有一字形、十字形、工字形等，不同的截面形式適用于不同的工程需求。例如，一字形截面芯材加工簡單，適用于一些對支撐剛度要求相對較低的結(jié)構(gòu)；十字形截面芯材具有較好的雙向受力性能，能夠在兩個方向上有效地抵抗水平力。外套筒用于約束芯材的屈曲，通常采用鋼管制作。外套筒與芯材之間留有一定的間隙，并填充有混凝土、砂漿或其他約束材料。這些填充材料能夠提供側(cè)向約束，使芯材在受壓時避免發(fā)生屈曲，從而保證支撐在受拉和受壓時都能充分發(fā)揮其耗能能力。例如，填充混凝土的外套筒能夠利用混凝土的抗壓強(qiáng)度和約束作用，有效地限制芯材的屈曲變形。在一些特殊的屈曲約束支撐設(shè)計中，還會采用一些特殊的構(gòu)造措施，如在芯材與外套筒之間設(shè)置滑動層或無粘結(jié)材料，以減小芯材與外套筒之間的摩擦力，使支撐在受拉和受壓時的力學(xué)性能更加一致。2.1.2工作原理在正常使用狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)主要承受豎向荷載和較小的水平荷載，如風(fēng)力等。此時，屈曲約束支撐處于彈性工作階段，與鋼梁、鋼柱共同承擔(dān)荷載，提供結(jié)構(gòu)所需的剛度和承載力。屈曲約束支撐的芯材和外套筒協(xié)同工作，通過自身的彈性變形來抵抗外力，其變形和內(nèi)力較小，結(jié)構(gòu)整體處于彈性狀態(tài)，能夠滿足正常使用的要求。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇地震等強(qiáng)烈水平荷載作用時，屈曲約束支撐開始發(fā)揮其獨特的耗能機(jī)制。由于地震作用具有強(qiáng)烈的動力特性和往復(fù)性，結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較大的水平位移和變形。此時，屈曲約束支撐的芯材首先達(dá)到屈服強(qiáng)度，進(jìn)入塑性變形階段。在塑性變形過程中，芯材內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生滑移和重排，材料的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種變化需要消耗外部輸入的能量，從而實現(xiàn)了能量的耗散。屈曲約束支撐的滯回曲線描述了其在循環(huán)荷載作用下的力與位移關(guān)系。在加載過程中，隨著水平位移的增加，支撐的內(nèi)力逐漸增大，當(dāng)達(dá)到屈服荷載時，芯材開始屈服，內(nèi)力基本保持不變，而位移繼續(xù)增大；在卸載過程中，支撐的內(nèi)力逐漸減小，但由于芯材的塑性變形，卸載路徑與加載路徑不重合，形成了閉合的滯回環(huán)。滯回環(huán)的面積代表了在一次加載循環(huán)中支撐消耗的能量，屈曲約束支撐的滯回曲線通常較為飽滿，表明其具有良好的耗能能力。屈曲約束支撐通過自身的耗能作用，有效地減小了結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。在地震作用下，結(jié)構(gòu)的能量主要來自于地震波的輸入，而屈曲約束支撐能夠?qū)⑦@部分能量轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量，從而降低結(jié)構(gòu)的動能和勢能，減小結(jié)構(gòu)的振動幅度和加速度響應(yīng)。例如，在一個多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，屈曲約束支撐在往復(fù)變形過程中不斷耗能，使得結(jié)構(gòu)的層間位移角明顯減小，從而保護(hù)了鋼梁、鋼柱等主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，使其避免進(jìn)入嚴(yán)重的塑性變形階段，保證了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。此外，屈曲約束支撐在屈服后，如果荷載減小或移除，支撐能夠部分恢復(fù)到原始狀態(tài)，這種自復(fù)位能力使得支撐在每次地震循環(huán)中都能重新耗能，持續(xù)發(fā)揮其對結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用。在實際地震中，地震波的作用是反復(fù)的，屈曲約束支撐的自復(fù)位能力保證了其在多次地震作用下都能有效地工作，為結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定的耗能和抗側(cè)力支撐。2.2力學(xué)性能與特點2.2.1延性與耗能能力屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的延性主要取決于屈曲約束支撐的性能。屈曲約束支撐的芯材通常采用低屈服點鋼材，這種鋼材具有良好的延性，能夠在較大的變形下不發(fā)生斷裂。在地震等荷載作用下，屈曲約束支撐的芯材會率先屈服進(jìn)入塑性變形階段，通過塑性鉸的形成和發(fā)展來耗散能量。屈曲約束支撐的耗能能力通過滯回曲線來體現(xiàn)。其滯回曲線飽滿，表明在加載和卸載過程中，支撐能夠消耗大量的能量。以某一典型的屈曲約束支撐試驗為例，在低周反復(fù)加載試驗中，當(dāng)位移幅值逐漸增大時，支撐的滯回曲線所包圍的面積也逐漸增大，說明支撐在更大的變形下能夠消耗更多的能量。根據(jù)能量守恒原理，結(jié)構(gòu)在地震作用下吸收的能量等于地震輸入能量與結(jié)構(gòu)阻尼耗能之和。屈曲約束支撐通過自身的耗能作用，有效地減少了結(jié)構(gòu)其他構(gòu)件所吸收的能量，從而保護(hù)了主體結(jié)構(gòu)。例如，在一個多層鋼框架結(jié)構(gòu)中，設(shè)置屈曲約束支撐后，在相同的地震作用下，結(jié)構(gòu)的層間位移角減小了約30%，說明屈曲約束支撐有效地降低了結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。與傳統(tǒng)支撐框架結(jié)構(gòu)相比，屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的耗能能力有顯著提高。傳統(tǒng)支撐在受壓時容易發(fā)生屈曲，導(dǎo)致支撐的承載力和耗能能力迅速下降，其滯回曲線往往呈現(xiàn)出捏縮現(xiàn)象，耗能效果不佳。而屈曲約束支撐由于有外套筒和填充材料的約束，在受壓時不會發(fā)生屈曲，能夠在拉壓循環(huán)中穩(wěn)定地耗能，滯回曲線飽滿且穩(wěn)定，耗能能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)支撐。此外，屈曲約束支撐的耗能能力還與其設(shè)計參數(shù)有關(guān)。芯材的截面尺寸和屈服強(qiáng)度對支撐的耗能能力有重要影響。增大芯材的截面尺寸可以提高支撐的承載力和耗能能力，但同時也會增加支撐的重量和成本。合理選擇芯材的屈服強(qiáng)度，既能保證支撐在地震作用下能夠及時屈服耗能，又能避免過早屈服導(dǎo)致支撐在后續(xù)地震作用中失效。約束比（外套筒與芯材的剛度比）也是影響支撐耗能能力的重要參數(shù)。適當(dāng)提高約束比可以增強(qiáng)外套筒對芯材的約束作用，使芯材在受壓時更不容易屈曲，從而提高支撐的耗能穩(wěn)定性和耗能能力，但約束比過大可能會導(dǎo)致外套筒受力過大，增加外套筒的設(shè)計難度和成本。2.2.2剛度與穩(wěn)定性屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的剛度主要由鋼梁、鋼柱和屈曲約束支撐共同提供。在彈性階段，屈曲約束支撐與鋼梁、鋼柱協(xié)同工作，共同抵抗水平荷載和豎向荷載，此時結(jié)構(gòu)的剛度主要取決于構(gòu)件的截面尺寸和材料特性。屈曲約束支撐的存在可以顯著提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度，減小結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的位移。例如，在一個多層建筑結(jié)構(gòu)中，未設(shè)置屈曲約束支撐時，結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的頂點位移為50mm；設(shè)置屈曲約束支撐后，在相同風(fēng)荷載作用下，頂點位移減小到了30mm，說明屈曲約束支撐有效地提高了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度。結(jié)構(gòu)的剛度分布對其抗震性能有重要影響。合理的剛度分布可以使結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力更加均勻，避免出現(xiàn)局部應(yīng)力集中和薄弱部位。在屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)中，通過合理布置屈曲約束支撐，可以調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度分布。例如，在結(jié)構(gòu)的周邊和薄弱部位適當(dāng)增加屈曲約束支撐的數(shù)量和剛度，可以提高這些部位的抗側(cè)力能力，使結(jié)構(gòu)的剛度分布更加均勻。然而，如果剛度分布不合理，可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在地震作用下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)心和剛心不重合時，在地震作用下會產(chǎn)生扭矩，使結(jié)構(gòu)的某些部位受力過大，從而降低結(jié)構(gòu)的抗震性能。為了避免扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，在設(shè)計時需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)分析，通過調(diào)整支撐的布置和構(gòu)件的截面尺寸，使結(jié)構(gòu)的質(zhì)心和剛心盡量重合，減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性包括結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的穩(wěn)定性和在水平荷載作用下的穩(wěn)定性。在豎向荷載作用下，主要考慮鋼柱的穩(wěn)定性。鋼柱的穩(wěn)定性與柱的長細(xì)比、截面形式、材料強(qiáng)度以及支撐條件等因素有關(guān)。通過合理設(shè)計鋼柱的截面尺寸和長細(xì)比，以及設(shè)置必要的支撐和約束，可以保證鋼柱在豎向荷載作用下的穩(wěn)定性。在水平荷載作用下，屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性主要取決于支撐的性能和布置。屈曲約束支撐通過自身的約束機(jī)制，有效地避免了傳統(tǒng)支撐受壓屈曲的問題，提高了結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的穩(wěn)定性。合理布置屈曲約束支撐可以形成有效的抗側(cè)力體系，使結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下能夠保持穩(wěn)定的受力狀態(tài)。此外，結(jié)構(gòu)的節(jié)點連接方式對整體穩(wěn)定性也有影響?？煽康墓?jié)點連接可以保證構(gòu)件之間的協(xié)同工作，提高結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。在設(shè)計節(jié)點時，需要根據(jù)構(gòu)件的受力情況和結(jié)構(gòu)的抗震要求，選擇合適的連接方式，如焊接、螺栓連接或銷軸連接等，并進(jìn)行詳細(xì)的節(jié)點設(shè)計和計算，確保節(jié)點的強(qiáng)度和剛度滿足要求。2.3與其他結(jié)構(gòu)體系的對比優(yōu)勢2.3.1與傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)對比在抗震性能方面，傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)主要依靠梁、柱的彎曲變形來耗能，當(dāng)遭遇強(qiáng)烈地震時，梁、柱容易進(jìn)入塑性變形階段，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度和承載力下降，甚至發(fā)生破壞。而屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)通過設(shè)置屈曲約束支撐，在地震作用下，支撐率先屈服耗能，有效地保護(hù)了梁、柱等主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，使其在地震中保持較好的彈性狀態(tài)，從而提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。以某7度抗震設(shè)防區(qū)的6層辦公樓為例，分別采用傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)和屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，并利用有限元軟件進(jìn)行地震響應(yīng)分析。在相同的地震波作用下，傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的最大層間位移角達(dá)到了1/50，部分梁、柱出現(xiàn)了明顯的塑性鉸，結(jié)構(gòu)的整體剛度下降了約30%；而屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的最大層間位移角僅為1/100，梁、柱基本處于彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的整體剛度下降不超過10%。這表明屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形更小，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更好，抗震性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)。從經(jīng)濟(jì)性角度來看，雖然屈曲約束支撐的材料成本相對較高，但由于其能夠有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，在設(shè)計中可以適當(dāng)減小梁、柱等構(gòu)件的截面尺寸，從而節(jié)省鋼材用量。同時，由于屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)在地震中的損傷較小，地震后的修復(fù)成本也相對較低。以上述6層辦公樓為例，采用屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)后，鋼材用量比傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)減少了約15%，雖然屈曲約束支撐的成本增加了一定比例，但總體的結(jié)構(gòu)造價降低了約8%。此外，屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)在地震后的修復(fù)時間更短，能夠更快地恢復(fù)使用功能，減少了因建筑停用而帶來的經(jīng)濟(jì)損失，這在一定程度上也體現(xiàn)了其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。2.3.2與其他抗震結(jié)構(gòu)體系對比與其他常見的抗震結(jié)構(gòu)體系，如偏心支撐框架結(jié)構(gòu)、粘滯阻尼墻結(jié)構(gòu)等相比，屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)也具有獨特的優(yōu)勢。偏心支撐框架結(jié)構(gòu)通過偏心梁段的屈服來耗能，在地震后偏心梁段的修復(fù)較為困難，且支撐的剛度得不到充分發(fā)揮。而屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的屈曲約束支撐在受拉和受壓時均能穩(wěn)定地耗能，滯回性能優(yōu)良，且支撐的剛度能夠有效提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力。在大震作用下，偏心支撐框架結(jié)構(gòu)的偏心梁段可能會發(fā)生嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的修復(fù)成本高昂；而屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的屈曲約束支撐即使發(fā)生較大變形，也可以方便地進(jìn)行更換，對結(jié)構(gòu)的整體影響較小。粘滯阻尼墻結(jié)構(gòu)主要通過粘滯阻尼材料的剪切變形來耗能，其耗能能力受溫度和頻率的影響較大。相比之下，屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的屈曲約束支撐是基于鋼材的塑性變形耗能，性能更加穩(wěn)定，不受溫度和頻率的影響。在不同的地震波作用下，粘滯阻尼墻的耗能性能可能會發(fā)生較大變化，而屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的抗震性能相對穩(wěn)定，能夠可靠地保護(hù)結(jié)構(gòu)。此外，粘滯阻尼墻的安裝和維護(hù)相對復(fù)雜，需要專門的技術(shù)和設(shè)備；而屈曲約束支撐的安裝和施工與傳統(tǒng)支撐類似，施工工藝較為成熟，便于工程應(yīng)用。三、多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點3.1結(jié)構(gòu)體系選擇3.1.1常見結(jié)構(gòu)體系介紹中心支撐鋼框架（CBF）是一種較為常見的結(jié)構(gòu)體系，其支撐構(gòu)件的兩端均位于梁柱節(jié)點處，或一端位于梁柱節(jié)點處，一端與其他支撐桿件相交，支撐桿件的軸線與梁柱節(jié)點的軸線相匯交于一點。這種體系的支撐形式多樣，常見的有單斜桿支撐、交叉支撐、人字形支撐、V字形支撐、K字形支撐等。中心支撐鋼框架的特點是支撐體系剛度較大，在正常受力情況下，能夠為結(jié)構(gòu)提供較高的抗側(cè)力剛度，有效減小結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的位移。它適用于抗震設(shè)防等級較低的地區(qū)，以及主要有風(fēng)荷載控制側(cè)移的多高層建筑物。在一些風(fēng)荷載較大但地震活動相對較弱的地區(qū)，采用中心支撐鋼框架可以在滿足結(jié)構(gòu)剛度要求的同時，降低結(jié)構(gòu)成本。然而，中心支撐在受壓時容易發(fā)生屈曲，導(dǎo)致支撐的承載力和耗能能力迅速下降，這是其在抗震設(shè)計中需要重點關(guān)注的問題。偏心支撐鋼框架（EBF）的主要特點是每一根支撐斜桿的兩端，至少有一端與梁不在柱節(jié)點處相連，從而在支撐斜桿和柱之間，或斜桿和斜桿之間形成一個耗能梁段。偏心支撐的形式主要有D形、K形、V形和Y形等。偏心支撐鋼框架通過耗能梁段的屈服來耗散地震能量，具有良好的抗震性能。它適用于抗震設(shè)防等級較高的地區(qū)或安全等級要求較高的建筑。由于偏心支撐能夠在地震作用下有效耗能，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，因此在地震多發(fā)地區(qū)的高層建筑中應(yīng)用較為廣泛。偏心支撐的構(gòu)造連接相對復(fù)雜，造價較高，且其提供的側(cè)向剛度相對中心支撐鋼框架較小。除了中心支撐鋼框架和偏心支撐鋼框架，還有一些其他的結(jié)構(gòu)體系，如鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系。在這種體系中，混凝土核心筒主要承擔(dān)水平荷載，鋼框架則承擔(dān)豎向荷載和部分水平荷載?；炷梁诵耐簿哂休^高的抗側(cè)力剛度和承載能力，能夠有效地抵抗地震作用和風(fēng)力。鋼框架則具有施工速度快、工業(yè)化程度高的優(yōu)點。這種結(jié)構(gòu)體系適用于高層建筑，特別是超高層建筑，能夠充分發(fā)揮混凝土和鋼材的材料性能優(yōu)勢。但該體系也存在一些缺點，如混凝土核心筒的施工難度較大，與鋼框架的協(xié)同工作性能需要進(jìn)一步研究和優(yōu)化。3.1.2體系選擇原則與影響因素建筑功能是選擇結(jié)構(gòu)體系時首先要考慮的因素之一。不同的建筑功能對結(jié)構(gòu)的空間布局、使用要求等方面有著不同的需求。對于商業(yè)建筑，通常需要較大的空間和靈活的平面布置，以滿足商業(yè)活動的多樣性。在這種情況下，框架結(jié)構(gòu)或框架-支撐結(jié)構(gòu)體系可能更為合適，因為它們能夠提供較大的空間，且支撐的布置相對靈活，不會對空間使用造成過多限制。而對于住宅建筑，由于房間劃分較為明確，對空間靈活性的要求相對較低，但對結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和居住的舒適性有較高要求。此時，可以根據(jù)建筑的高度和抗震要求，選擇合適的結(jié)構(gòu)體系，如多層住宅可以采用框架結(jié)構(gòu)或砌體結(jié)構(gòu)，高層住宅則可以采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)?？拐鹨笫墙Y(jié)構(gòu)體系選擇的關(guān)鍵因素。在地震多發(fā)地區(qū)，結(jié)構(gòu)需要具備良好的抗震性能，以確保在地震作用下的安全性。對于抗震設(shè)防烈度較高的地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先選擇抗震性能好的結(jié)構(gòu)體系，如偏心支撐鋼框架、屈曲約束支撐鋼框架等。這些結(jié)構(gòu)體系在地震作用下能夠通過耗能機(jī)制有效地減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。而在抗震設(shè)防烈度較低的地區(qū)，結(jié)構(gòu)體系的選擇可以相對靈活一些，但也需要滿足基本的抗震要求。在6度抗震設(shè)防區(qū)，一些簡單的框架結(jié)構(gòu)或中心支撐鋼框架在滿足規(guī)范要求的情況下也可以使用，但需要對結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施進(jìn)行合理設(shè)計。場地條件對結(jié)構(gòu)體系的選擇也有重要影響。不同的場地條件，如場地土類型、場地類別等，會對地震波的傳播和結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)產(chǎn)生不同的影響。在軟弱地基上，結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生較大的沉降和變形，因此需要選擇剛度較大、整體性好的結(jié)構(gòu)體系，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性?？梢圆捎脴痘A(chǔ)與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，利用樁基礎(chǔ)將結(jié)構(gòu)荷載傳遞到深層穩(wěn)定土層，同時通過框架-剪力墻結(jié)構(gòu)提供足夠的抗側(cè)力剛度。而在堅硬場地土上，結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)相對較小，但可能會受到地震波的高頻成分影響，需要考慮結(jié)構(gòu)的自振周期與地震波頻率的匹配問題。此時，可以通過合理設(shè)計結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布，調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振周期，避免與地震波產(chǎn)生共振。3.2構(gòu)件設(shè)計3.2.1鋼梁與鋼柱設(shè)計鋼梁的截面選型應(yīng)綜合考慮多種因素。對于跨度較小、荷載較輕的鋼梁，可選用熱軋H型鋼，其具有良好的抗彎性能和經(jīng)濟(jì)性，在常見的工業(yè)與民用建筑中應(yīng)用廣泛。當(dāng)跨度較大或荷載較大時，焊接H型鋼則更為合適，通過調(diào)整翼緣和腹板的尺寸，可以更好地滿足結(jié)構(gòu)的受力要求。在一些對建筑空間有特殊要求的場合，如大跨度的展覽館、體育館等，箱型截面鋼梁能夠提供較高的抗扭剛度和抗彎剛度，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼梁的強(qiáng)度計算需依據(jù)材料力學(xué)原理。在豎向荷載和水平荷載作用下，鋼梁會承受彎矩、剪力和扭矩等內(nèi)力。對于彎矩作用下的強(qiáng)度計算，可采用公式M\leqslant\gamma_{x}W_{nx}f，其中M為鋼梁所承受的彎矩，\gamma_{x}為截面塑性發(fā)展系數(shù)，W_{nx}為凈截面抵抗矩，f為鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計值。當(dāng)鋼梁承受剪力時，需滿足V\leqslant\frac{h_{w}t_{w}f_{v}}{\gamma_{R}}，這里V為剪力，h_{w}為腹板高度，t_{w}為腹板厚度，f_{v}為鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計值，\gamma_{R}為抗力分項系數(shù)。扭矩作用下的強(qiáng)度計算則較為復(fù)雜，需要考慮截面的抗扭特性，一般通過有限元分析等方法進(jìn)行精確計算。鋼梁的穩(wěn)定性包括整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定。整體穩(wěn)定是指鋼梁在荷載作用下不發(fā)生側(cè)向扭轉(zhuǎn)屈曲。當(dāng)鋼梁的受壓翼緣自由長度與寬度之比超過一定限值時，需進(jìn)行整體穩(wěn)定計算，可采用公式\frac{M_{x}}{\varphi_W_{x}}\leqslantf，其中\(zhòng)varphi_為鋼梁的整體穩(wěn)定系數(shù)，可通過查表或計算得到。為保證鋼梁的局部穩(wěn)定，需對腹板和翼緣的寬厚比進(jìn)行限制。對于腹板，可通過設(shè)置加勁肋來提高其局部穩(wěn)定性，如在腹板上設(shè)置橫向加勁肋、縱向加勁肋或短加勁肋等。翼緣的寬厚比應(yīng)滿足規(guī)范要求，以防止翼緣在受壓時發(fā)生局部屈曲。鋼柱的截面選型同樣要考慮結(jié)構(gòu)的受力特點和建筑要求。在多層建筑中，H型鋼柱由于其加工方便、與鋼梁連接簡單，應(yīng)用較為普遍。當(dāng)柱的受力較大且對結(jié)構(gòu)的空間性能有要求時，箱型截面柱則是較好的選擇，其具有較高的抗壓、抗彎和抗扭性能。圓形鋼管柱在一些對建筑外觀有特殊要求的項目中應(yīng)用較多，如一些標(biāo)志性建筑或景觀建筑，其外觀簡潔美觀，同時也具有良好的力學(xué)性能。鋼柱的強(qiáng)度計算主要考慮軸力、彎矩和剪力的共同作用。在偏心受壓情況下，可采用公式\frac{N}{\varphi_{x}A}+\frac{\beta_{mx}M_{x}}{\gamma_{x}W_{1x}(1-0.8\frac{N}{N_{Ex}'})}\leqslantf進(jìn)行計算，其中N為軸力，\varphi_{x}為軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)，A為柱的截面面積，\beta_{mx}為等效彎矩系數(shù)，M_{x}為彎矩，N_{Ex}'為考慮抗力分項系數(shù)的歐拉臨界力。當(dāng)鋼柱承受剪力時，需滿足抗剪強(qiáng)度要求，計算方法與鋼梁類似。鋼柱的穩(wěn)定性計算是設(shè)計的關(guān)鍵。軸心受壓鋼柱的穩(wěn)定性可通過歐拉公式計算其臨界荷載，即N_{cr}=\frac{\pi^{2}EI}{(KL)^{2}}，其中E為鋼材的彈性模量，I為截面慣性矩，K為計算長度系數(shù)，L為柱的計算長度。在實際設(shè)計中，需考慮鋼柱的長細(xì)比，長細(xì)比過大容易導(dǎo)致鋼柱失穩(wěn)，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求對長細(xì)比進(jìn)行限制。對于偏心受壓鋼柱，除了考慮整體穩(wěn)定外，還需考慮局部穩(wěn)定，通過控制柱肢的寬厚比和設(shè)置加勁肋等措施來保證局部穩(wěn)定性。3.2.2屈曲約束支撐設(shè)計屈曲約束支撐的材料選擇至關(guān)重要。芯材作為主要的受力和耗能部件，通常采用低屈服點鋼材，如LY100、LY160、LY225等。這些鋼材具有良好的延性和耗能能力，能夠在地震作用下通過塑性變形耗散大量能量。以LY160低屈服點鋼為例，其屈服強(qiáng)度為160MPa左右，伸長率可達(dá)25%以上，在循環(huán)加載下表現(xiàn)出穩(wěn)定的滯回性能。外套筒一般采用Q345等普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，其具有較高的強(qiáng)度和良好的加工性能，能夠為芯材提供有效的約束。填充材料可選用混凝土、高強(qiáng)砂漿等，這些材料具有較高的抗壓強(qiáng)度和良好的約束性能，能夠有效地限制芯材的屈曲變形。屈曲約束支撐的截面設(shè)計需綜合考慮支撐的受力需求、結(jié)構(gòu)的抗震性能以及經(jīng)濟(jì)性等因素。芯材的截面形式常見的有一字形、十字形、工字形等。一字形截面芯材加工簡單，適用于一些對支撐剛度要求相對較低的結(jié)構(gòu)。十字形截面芯材具有較好的雙向受力性能，能夠在兩個方向上有效地抵抗水平力，常用于對支撐性能要求較高的結(jié)構(gòu)中。工字形截面芯材則在抗彎性能方面表現(xiàn)出色，適用于承受較大彎矩的支撐。在確定芯材截面尺寸時，需根據(jù)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計要求，通過計算支撐的屈服力和耗能能力來確定。一般可根據(jù)公式A_{c}=\frac{F_{y}}{\sigma_{y}}計算芯材的截面面積，其中A_{c}為芯材截面面積，F(xiàn)_{y}為支撐的屈服力，\sigma_{y}為芯材的屈服強(qiáng)度。外套筒的截面尺寸應(yīng)根據(jù)芯材的尺寸和約束要求進(jìn)行設(shè)計，保證外套筒能夠提供足夠的約束剛度，同時避免外套筒受力過大。預(yù)應(yīng)力施加是屈曲約束支撐設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。通過施加預(yù)應(yīng)力，可以提高支撐的初始剛度，改善支撐的工作性能，使其在小震作用下就能發(fā)揮作用，減小結(jié)構(gòu)的彈性變形。預(yù)應(yīng)力的施加方法有多種，常見的有機(jī)械張拉法和電熱張拉法。機(jī)械張拉法是通過千斤頂?shù)仍O(shè)備對支撐進(jìn)行張拉，使芯材產(chǎn)生預(yù)拉應(yīng)力。電熱張拉法是利用電流通過芯材產(chǎn)生熱量，使芯材受熱膨脹，然后在冷卻過程中產(chǎn)生預(yù)拉應(yīng)力。在施加預(yù)應(yīng)力時，需精確控制預(yù)應(yīng)力的大小，預(yù)應(yīng)力過大可能導(dǎo)致支撐在使用過程中提前屈服，預(yù)應(yīng)力過小則無法達(dá)到預(yù)期的效果。一般可根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和支撐的力學(xué)性能，通過計算確定預(yù)應(yīng)力的大小。屈曲約束支撐的滯回性能設(shè)計要點在于保證支撐在反復(fù)加載下具有穩(wěn)定的耗能能力和良好的變形性能。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，需合理設(shè)計支撐的構(gòu)造細(xì)節(jié)。在芯材與外套筒之間設(shè)置滑動層或無粘結(jié)材料，以減小芯材與外套筒之間的摩擦力，使支撐在受拉和受壓時的力學(xué)性能更加一致。優(yōu)化填充材料的性能和填充方式，確保填充材料能夠有效地約束芯材的屈曲變形。在支撐的兩端設(shè)置合理的連接節(jié)點，保證支撐與主體結(jié)構(gòu)之間的可靠連接，使支撐能夠充分發(fā)揮其耗能作用。此外，還可通過試驗研究和數(shù)值模擬等方法，對支撐的滯回性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高支撐的抗震性能。3.3節(jié)點設(shè)計3.3.1連接方式選擇焊接連接是將屈曲約束支撐與鋼梁、鋼柱通過焊縫連接在一起。這種連接方式的優(yōu)點是連接強(qiáng)度高，能夠使支撐與主體結(jié)構(gòu)形成一個整體，有利于力的傳遞和分散，提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。在工廠預(yù)制階段，熟練的焊工能夠高效地完成焊接工作，確保連接的可靠性。焊接連接也存在一些缺點。焊接質(zhì)量受焊工技術(shù)水平、焊接工藝、環(huán)境條件等因素影響較大。如果焊接質(zhì)量不佳，可能會出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，影響連接的強(qiáng)度和可靠性。焊接過程中會產(chǎn)生熱影響區(qū)，可能會導(dǎo)致鋼材的性能發(fā)生變化，降低鋼材的強(qiáng)度和韌性。一旦焊接完成，連接就很難拆卸和更換，如果在后期需要對屈曲約束支撐進(jìn)行維護(hù)或更換，焊接連接會帶來較大的困難。因此，焊接連接適用于對連接強(qiáng)度要求高、結(jié)構(gòu)整體性要求好且后期維護(hù)需求較小的部位。螺栓連接是通過螺栓、螺母和墊圈將屈曲約束支撐與主體結(jié)構(gòu)連接起來。其優(yōu)點是可拆卸性好，便于后期對屈曲約束支撐進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。通過調(diào)整螺栓的擰緊力矩，可以精確地控制連接的剛度和預(yù)緊力，確保連接的可靠性。螺栓連接不需要進(jìn)行高溫焊接，不會對鋼材造成熱影響，減少了對構(gòu)件性能的損傷。然而，螺栓連接也有不足之處。相比于焊接連接，螺栓連接的強(qiáng)度相對較低，特別是在承受較大的動力荷載時，可能會出現(xiàn)螺栓松動或滑移的情況。螺栓連接需要一定的安裝空間，對于一些空間有限的結(jié)構(gòu)部位，可能會受到限制。此外，螺栓連接需要使用大量的螺栓、螺母、墊圈等連接件，成本相對較高。螺栓連接適用于需要頻繁拆卸或?qū)?gòu)件損傷要求較小的部位，如一些試驗結(jié)構(gòu)或臨時結(jié)構(gòu)。銷軸連接是通過銷軸將屈曲約束支撐與主體結(jié)構(gòu)連接，這種連接方式可以實現(xiàn)一定程度的轉(zhuǎn)動，能夠適應(yīng)結(jié)構(gòu)在地震等作用下的變形需求，減少結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。銷軸連接的安裝相對簡單，不需要進(jìn)行復(fù)雜的焊接或螺栓擰緊操作，施工速度快。對構(gòu)件的尺寸要求相對較低，可以適應(yīng)不同尺寸的屈曲約束支撐和主體結(jié)構(gòu)。銷軸連接也存在一些缺點，其承載能力相對較低，主要適用于承受較小的拉力和剪力。在長期使用過程中，銷軸與孔壁之間可能會出現(xiàn)磨損，影響連接的可靠性，需要定期進(jìn)行檢查和維護(hù)。銷軸連接的設(shè)計和加工精度要求較高，需要確保銷軸與孔的配合精度，以保證連接的性能。銷軸連接一般適用于對轉(zhuǎn)動性能有要求且受力較小的部位。3.3.2節(jié)點構(gòu)造設(shè)計節(jié)點構(gòu)造設(shè)計應(yīng)遵循傳力明確的原則，確保屈曲約束支撐與鋼梁、鋼柱之間的力能夠順利傳遞。在節(jié)點設(shè)計中，應(yīng)合理確定節(jié)點的幾何形狀和尺寸，使力的傳遞路徑清晰，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。在支撐與鋼梁的連接節(jié)點處，可采用節(jié)點板進(jìn)行連接，節(jié)點板的形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)支撐和鋼梁的受力情況進(jìn)行設(shè)計，確保節(jié)點板能夠有效地傳遞支撐的拉力和壓力。為了減小應(yīng)力集中，節(jié)點板的邊緣應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡菇翘幚恚苊獬霈F(xiàn)尖銳的邊角。在節(jié)點設(shè)計中，還應(yīng)考慮焊縫的布置和尺寸，焊縫應(yīng)均勻分布，避免出現(xiàn)焊縫過于集中或過長的情況，以保證焊縫的受力均勻。變形協(xié)調(diào)是節(jié)點構(gòu)造設(shè)計的另一個重要原則。在地震等荷載作用下，結(jié)構(gòu)會發(fā)生變形，節(jié)點應(yīng)能夠適應(yīng)這種變形，確保支撐與主體結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同工作。為了實現(xiàn)變形協(xié)調(diào)，可在節(jié)點處設(shè)置一些柔性連接構(gòu)造，如在支撐與節(jié)點板之間設(shè)置橡膠墊或彈簧等，這些柔性連接可以在一定程度上緩沖結(jié)構(gòu)的變形，使支撐與主體結(jié)構(gòu)之間的變形差異得到協(xié)調(diào)。合理設(shè)計節(jié)點的連接方式和連接部位的剛度也能實現(xiàn)變形協(xié)調(diào)。采用螺栓連接時，可通過調(diào)整螺栓的擰緊程度來控制節(jié)點的剛度，使其在不同的荷載工況下都能滿足變形協(xié)調(diào)的要求。在節(jié)點處設(shè)置加勁肋等加強(qiáng)措施時，應(yīng)注意加勁肋的布置和尺寸，避免因加勁肋設(shè)置不當(dāng)而導(dǎo)致節(jié)點剛度過大，影響變形協(xié)調(diào)。節(jié)點構(gòu)造設(shè)計還需考慮施工的可行性和便利性。節(jié)點的構(gòu)造應(yīng)便于施工人員進(jìn)行操作，減少施工難度和施工時間。在設(shè)計節(jié)點時，應(yīng)考慮施工工具的使用空間和操作條件，避免出現(xiàn)施工空間狹窄或操作不便的情況。對于焊接節(jié)點，應(yīng)合理設(shè)計焊縫的位置和角度，便于焊工進(jìn)行焊接操作。對于螺栓連接節(jié)點，應(yīng)確保螺栓的安裝和擰緊方便，預(yù)留足夠的操作空間。此外，節(jié)點構(gòu)造還應(yīng)考慮材料的采購和加工難度，選擇常見的材料和易于加工的構(gòu)造形式，降低施工成本。3.3.3節(jié)點抗震性能評估節(jié)點抗震性能評估的方法主要包括試驗研究和數(shù)值模擬分析。試驗研究是評估節(jié)點抗震性能的最直接方法，通過對節(jié)點試件進(jìn)行低周反復(fù)加載試驗，能夠獲取節(jié)點在不同加載條件下的滯回曲線、骨架曲線、耗能能力等關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo)。在試驗過程中，可模擬不同的地震作用工況，如不同的地震波輸入、不同的加載幅值和加載頻率等，研究節(jié)點在各種情況下的抗震性能。通過試驗結(jié)果，可以直觀地觀察節(jié)點的破壞模式，如焊縫開裂、螺栓松動、構(gòu)件屈服等，分析節(jié)點的破壞原因和破壞機(jī)理。數(shù)值模擬分析則是利用有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS等，對節(jié)點進(jìn)行建模分析。在建立有限元模型時，需準(zhǔn)確模擬節(jié)點的幾何形狀、材料性能、連接方式等因素。通過施加不同的荷載工況，模擬節(jié)點在地震作用下的力學(xué)行為，得到節(jié)點的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況以及變形情況。數(shù)值模擬分析具有成本低、效率高、可重復(fù)性好等優(yōu)點，可以對不同設(shè)計參數(shù)的節(jié)點進(jìn)行大量的分析計算，快速評估節(jié)點的抗震性能。通過數(shù)值模擬分析，還可以深入研究節(jié)點內(nèi)部的受力機(jī)理，為節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。節(jié)點抗震性能評估的指標(biāo)主要包括節(jié)點的承載力、變形能力、耗能能力和延性等。節(jié)點的承載力是指節(jié)點在地震作用下能夠承受的最大荷載，應(yīng)滿足設(shè)計要求，確保節(jié)點在地震中不會發(fā)生破壞。變形能力是指節(jié)點在地震作用下能夠產(chǎn)生的最大變形，節(jié)點應(yīng)具有足夠的變形能力，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)的變形需求，避免因節(jié)點變形不足而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。耗能能力是節(jié)點抗震性能的重要指標(biāo)之一，通過滯回曲線所包圍的面積來衡量，耗能能力越強(qiáng)，節(jié)點在地震中消耗的能量就越多，對結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用就越好。延性是指節(jié)點在破壞前能夠承受的非彈性變形能力，延性好的節(jié)點在地震作用下能夠發(fā)生較大的塑性變形而不發(fā)生突然破壞，從而保證結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。在評估節(jié)點的抗震性能時，需綜合考慮這些指標(biāo)，確保節(jié)點滿足抗震要求。3.4結(jié)構(gòu)布置3.4.1支撐布置原則屈曲約束支撐在結(jié)構(gòu)中的布置位置和數(shù)量對結(jié)構(gòu)的抗震性能有著至關(guān)重要的影響。在確定支撐布置位置時，首先要考慮結(jié)構(gòu)的受力特點。結(jié)構(gòu)的角部和周邊區(qū)域在地震作用下往往承受較大的水平力，是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵受力部位。在這些位置布置屈曲約束支撐，可以有效地提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度和整體穩(wěn)定性，減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。對于平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，在凹角、凸角等應(yīng)力集中部位設(shè)置屈曲約束支撐，能夠增強(qiáng)這些薄弱部位的承載能力，避免在地震作用下過早出現(xiàn)破壞。在結(jié)構(gòu)的底部樓層，由于地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力較大，也應(yīng)適當(dāng)增加支撐的布置數(shù)量，以提高結(jié)構(gòu)底部的抗側(cè)力能力。從結(jié)構(gòu)的變形角度來看，屈曲約束支撐應(yīng)布置在結(jié)構(gòu)變形較大的部位。在地震作用下，結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生層間位移，層間位移較大的樓層是結(jié)構(gòu)抗震的薄弱環(huán)節(jié)。通過在這些樓層布置屈曲約束支撐，可以有效地減小層間位移，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。在高層建筑中，結(jié)構(gòu)的頂部和底部樓層往往具有較大的層間位移，因此在這些樓層布置屈曲約束支撐可以取得較好的效果。根據(jù)結(jié)構(gòu)的振型分析結(jié)果，確定結(jié)構(gòu)在不同振型下的變形分布情況，將屈曲約束支撐布置在變形較大的振型參與系數(shù)較大的部位，能夠更好地發(fā)揮支撐的耗能作用，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。確定屈曲約束支撐的數(shù)量需要綜合考慮多個因素。結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)是確定支撐數(shù)量的重要依據(jù)。如果結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)較高，如要求在大震作用下結(jié)構(gòu)仍能保持較好的完整性，那么就需要布置較多的屈曲約束支撐，以提供足夠的耗能能力和抗側(cè)力剛度。結(jié)構(gòu)的高度和層數(shù)也會影響支撐的數(shù)量。一般來說，結(jié)構(gòu)高度越高、層數(shù)越多，地震作用下的內(nèi)力和變形就越大，需要布置更多的支撐來滿足抗震要求。建筑的使用功能也會對支撐數(shù)量產(chǎn)生影響。如果建筑內(nèi)部空間要求較高，不希望過多的支撐影響空間使用，那么在滿足抗震要求的前提下，應(yīng)盡量減少支撐的數(shù)量?？梢酝ㄟ^結(jié)構(gòu)計算和優(yōu)化分析，結(jié)合上述因素，確定合理的屈曲約束支撐數(shù)量，使結(jié)構(gòu)在滿足抗震性能要求的同時，達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的。3.4.2平面與豎向布置要求結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)遵循規(guī)則性原則。在平面形狀上，應(yīng)盡量采用簡單、規(guī)則的形狀，如矩形、正方形等，避免采用過于復(fù)雜的平面形狀，如L形、T形、Y形等。復(fù)雜的平面形狀容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在地震作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)的某些部位受力過大，從而降低結(jié)構(gòu)的抗震性能。對于無法避免的不規(guī)則平面，應(yīng)采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，如設(shè)置抗震縫將結(jié)構(gòu)劃分為多個規(guī)則的單元，或在不規(guī)則部位增加支撐和加強(qiáng)構(gòu)件，以提高結(jié)構(gòu)的抗扭能力。在結(jié)構(gòu)平面內(nèi)，屈曲約束支撐應(yīng)均勻布置，使結(jié)構(gòu)的剛度分布均勻。不均勻的支撐布置會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度分布不均，在地震作用下容易產(chǎn)生應(yīng)力集中和薄弱部位。在框架結(jié)構(gòu)中，支撐應(yīng)盡量在各榀框架中均勻布置，避免出現(xiàn)某一榀框架支撐過多或過少的情況。支撐的布置還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的對稱性，盡量使結(jié)構(gòu)的質(zhì)心和剛心重合，減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。如果質(zhì)心和剛心不重合，在地震作用下結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生扭矩，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的某些部位受力增大，增加結(jié)構(gòu)破壞的風(fēng)險。結(jié)構(gòu)豎向布置同樣要保證規(guī)則性。豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度應(yīng)自下而上逐漸減小，避免出現(xiàn)突變。如果豎向構(gòu)件的截面尺寸或材料強(qiáng)度在某一層突然變化，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度和承載力在該層發(fā)生突變，形成薄弱層。在地震作用下，薄弱層容易產(chǎn)生較大的變形和破壞，危及結(jié)構(gòu)的整體安全。在高層建筑中，鋼柱的截面尺寸應(yīng)隨著樓層的升高逐漸減小，鋼材的強(qiáng)度等級也可相應(yīng)降低，但要保證結(jié)構(gòu)的豎向剛度和承載力滿足要求。屈曲約束支撐在豎向應(yīng)連續(xù)布置，形成有效的抗側(cè)力體系。不連續(xù)的支撐布置會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在豎向出現(xiàn)剛度突變，影響結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。在多層建筑中，支撐應(yīng)從底層一直布置到頂層，確保結(jié)構(gòu)在豎向的各個樓層都能得到有效的支撐。在某些特殊情況下，如建筑功能要求或結(jié)構(gòu)布置限制，無法實現(xiàn)支撐的連續(xù)布置時，應(yīng)采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，如設(shè)置轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換桁架等，將支撐的力可靠地傳遞到下部結(jié)構(gòu)。同時，還應(yīng)加強(qiáng)不連續(xù)支撐部位的節(jié)點連接和構(gòu)件強(qiáng)度，以保證結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。四、基于性能的設(shè)計方法研究4.1性能目標(biāo)設(shè)定4.1.1不同性能水平劃分我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范提出了“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，這一目標(biāo)體現(xiàn)了不同性能水平的劃分，是基于性能設(shè)計方法的重要基礎(chǔ)。小震，即多遇地震，是指在50年設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，超越概率為63.3%的地震烈度，其地震影響系數(shù)最大值為多遇地震的地震影響系數(shù)最大值，比基本烈度約低1.55度。在小震作用下，結(jié)構(gòu)處于彈性階段，主要通過彈性變形來抵抗地震作用。結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形較小，構(gòu)件的應(yīng)力水平低于材料的屈服強(qiáng)度。此時，結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求是一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用。例如，對于一般的多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)，在小震作用下，框架梁、柱和屈曲約束支撐均處于彈性工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的層間位移角應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定的彈性層間位移角限值，如鋼結(jié)構(gòu)框架的彈性層間位移角限值一般為1/250。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)件截面選擇，確保結(jié)構(gòu)在小震作用下具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠有效地抵抗小震的影響。中震，即設(shè)防地震，是在50年設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，超越概率為10%~13%的地震烈度。在中震作用下，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，部分構(gòu)件開始屈服，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布現(xiàn)象較為明顯。屈曲約束支撐的芯材可能會率先屈服進(jìn)入塑性變形階段，通過塑性鉸的形成和發(fā)展來耗散能量。此時，結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求是可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。對于屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)，在中震作用下，雖然部分構(gòu)件進(jìn)入塑性狀態(tài)，但結(jié)構(gòu)的整體承載力和穩(wěn)定性仍需得到保證。結(jié)構(gòu)的層間位移角會有所增大，但應(yīng)控制在可接受的范圍內(nèi)，一般要求結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角不超過規(guī)范規(guī)定的限值，如鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角限值一般為1/50。同時，結(jié)構(gòu)的損傷應(yīng)是可修復(fù)的，通過適當(dāng)?shù)男迯?fù)措施，結(jié)構(gòu)能夠恢復(fù)正常使用功能。大震，即罕遇地震，是在50年設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，超越概率為2%~3%的地震烈度，比基本烈度大1度左右。在大震作用下，結(jié)構(gòu)進(jìn)入嚴(yán)重的彈塑性階段，大量構(gòu)件屈服，結(jié)構(gòu)的剛度和承載力顯著下降。屈曲約束支撐會充分發(fā)揮其耗能能力，通過塑性變形消耗大量的地震能量，以保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。此時，結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求是不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。對于屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)，在大震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的變形能力和耗能能力，以防止結(jié)構(gòu)倒塌。結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角應(yīng)嚴(yán)格控制在規(guī)范規(guī)定的限值內(nèi)，如鋼結(jié)構(gòu)框架在大震作用下的彈塑性層間位移角限值一般為1/50。通過合理的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計、支撐布置和構(gòu)件設(shè)計，確保結(jié)構(gòu)在大震作用下仍能保持一定的整體性和穩(wěn)定性，為人員疏散和救援提供足夠的時間和條件。4.1.2根據(jù)建筑功能確定性能目標(biāo)不同建筑功能對結(jié)構(gòu)的性能要求存在顯著差異，因此在基于性能的設(shè)計方法中，需要根據(jù)建筑功能合理確定性能目標(biāo)。對于普通住宅建筑，由于其主要功能是提供居住空間，人員居住相對集中，對結(jié)構(gòu)的安全性和居住舒適性有較高要求。在地震作用下，應(yīng)確保結(jié)構(gòu)在小震和中震作用下能夠滿足正常使用要求，大震作用下不發(fā)生倒塌，保障居民的生命安全。在小震作用下，結(jié)構(gòu)的彈性變形應(yīng)控制在較小范圍內(nèi)，避免因結(jié)構(gòu)變形過大而影響居民的正常生活，如房屋出現(xiàn)裂縫、門窗變形等情況。在中震作用下，結(jié)構(gòu)允許出現(xiàn)一定程度的損傷，但損傷應(yīng)是可修復(fù)的，不影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和居住功能。在大震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)具備足夠的耗能能力和變形能力，防止倒塌，為居民提供安全的避難空間。商業(yè)建筑通常具有較大的空間和復(fù)雜的功能分區(qū)，人員流動量大，對結(jié)構(gòu)的使用功能和商業(yè)運營的連續(xù)性要求較高。除了滿足基本的抗震安全要求外，還需要考慮地震對商業(yè)活動的影響。在小震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)保持良好的使用狀態(tài)，不影響商業(yè)活動的正常進(jìn)行。在中震作用下，結(jié)構(gòu)的損傷應(yīng)控制在可接受范圍內(nèi)，通過快速修復(fù)能夠盡快恢復(fù)商業(yè)運營。對于一些大型商業(yè)綜合體，可能還需要考慮設(shè)置備用電源、應(yīng)急照明等設(shè)施，以確保在地震后能夠維持基本的商業(yè)運營條件。在大震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)確保人員的安全疏散，避免因結(jié)構(gòu)倒塌造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。醫(yī)院、學(xué)校、消防指揮中心等重要公共建筑，在地震等災(zāi)害發(fā)生時，承擔(dān)著救治傷員、保障教育和公共安全等重要社會責(zé)任，對結(jié)構(gòu)的抗震性能要求更為嚴(yán)格。在小震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)保持完好，不影響正常的醫(yī)療、教學(xué)和公共服務(wù)功能。在中震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)具備較高的可靠性，確保關(guān)鍵設(shè)施和設(shè)備的正常運行，如醫(yī)院的手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室等區(qū)域應(yīng)不受影響。在大震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有極高的抗震能力，防止倒塌，為救援和恢復(fù)工作提供保障。醫(yī)院建筑在設(shè)計時應(yīng)考慮設(shè)置抗震縫，將不同功能區(qū)域分隔開，避免因結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致醫(yī)療設(shè)施的損壞；學(xué)校建筑應(yīng)加強(qiáng)樓梯間、走廊等人員疏散通道的抗震設(shè)計，確保在地震時人員能夠安全疏散。工業(yè)建筑的功能多樣，包括生產(chǎn)車間、倉庫等，其性能目標(biāo)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝和設(shè)備的要求來確定。對于一些對生產(chǎn)連續(xù)性要求較高的工業(yè)建筑，如電子芯片生產(chǎn)車間，在地震作用下應(yīng)確保生產(chǎn)設(shè)備的正常運行，避免因結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致設(shè)備損壞和生產(chǎn)中斷。在小震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)保持穩(wěn)定，不影響生產(chǎn)設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。在中震作用下，結(jié)構(gòu)的變形應(yīng)控制在設(shè)備允許的范圍內(nèi)，通過適當(dāng)?shù)募庸毯驼{(diào)整措施，確保生產(chǎn)能夠繼續(xù)進(jìn)行。在大震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備和人員的安全，防止因結(jié)構(gòu)倒塌造成設(shè)備損壞和人員傷亡。對于一些儲存易燃、易爆物品的倉庫，還需要考慮地震可能引發(fā)的次生災(zāi)害，如火災(zāi)、爆炸等，采取相應(yīng)的抗震和防火、防爆措施。4.2抗震性能分析方法4.2.1彈性分析方法彈性分析方法是基于線彈性理論的結(jié)構(gòu)抗震性能分析方法，其核心假設(shè)是結(jié)構(gòu)在受力過程中始終保持彈性狀態(tài)，即應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，符合廣義胡克定律。在這種方法中，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形計算可依據(jù)經(jīng)典的結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)原理進(jìn)行。對于多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)，在小震作用下，由于地震作用相對較小，結(jié)構(gòu)基本處于彈性階段，此時采用彈性分析方法具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。通過建立結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，將結(jié)構(gòu)簡化為梁、柱等基本構(gòu)件的組合，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的位移法、力法或矩陣位移法等方法求解結(jié)構(gòu)在水平和豎向荷載作用下的內(nèi)力和變形。在計算過程中，可根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)件的截面特性和材料的彈性模量等參數(shù)，確定結(jié)構(gòu)的剛度矩陣，進(jìn)而求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移。彈性分析方法的適用范圍主要包括小震作用下的結(jié)構(gòu)分析，以及結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下的性能評估。在小震作用下，結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)較小，構(gòu)件的應(yīng)力水平較低，尚未進(jìn)入塑性階段，彈性分析方法能夠準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。對于一些對結(jié)構(gòu)變形要求嚴(yán)格的建筑，如精密儀器廠房、醫(yī)院手術(shù)室等，在正常使用荷載作用下也常采用彈性分析方法來確保結(jié)構(gòu)的變形滿足要求。彈性分析方法也存在一定的局限性。它無法考慮結(jié)構(gòu)在大震作用下的非線性行為和塑性變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇大震時，部分構(gòu)件會進(jìn)入塑性階段，材料的力學(xué)性能發(fā)生變化，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不再呈線性，此時彈性分析方法的計算結(jié)果與實際情況會存在較大偏差。彈性分析方法不能反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的能量耗散機(jī)制，無法準(zhǔn)確評估結(jié)構(gòu)的抗震性能。在實際地震中，結(jié)構(gòu)通過塑性變形和耗能構(gòu)件的作用來耗散地震能量，而彈性分析方法忽略了這些重要因素。此外，彈性分析方法對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析也存在一定困難，如體型不規(guī)則、存在局部薄弱部位的結(jié)構(gòu)，彈性分析方法可能無法準(zhǔn)確捕捉結(jié)構(gòu)的受力特點和薄弱環(huán)節(jié)。4.2.2彈塑性分析方法彈塑性分析方法是考慮結(jié)構(gòu)非線性行為和塑性變形的抗震性能分析方法，它能夠更真實地反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的力學(xué)行為。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇中震或大震時，部分構(gòu)件會進(jìn)入塑性階段，材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)非線性，結(jié)構(gòu)的剛度和承載力會發(fā)生變化。彈塑性分析方法通過考慮這些非線性因素，能夠準(zhǔn)確地評估結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形、內(nèi)力分布以及構(gòu)件的損傷情況。靜力彈塑性分析（PushoverAnalysis）是一種常用的彈塑性分析方法，也稱為推覆法。它基于美國的FEMA-273抗震評估方法和ATC-40報告，其理論核心是“目標(biāo)位移法”和“承載力譜法”。在進(jìn)行靜力彈塑性分析時，首先建立結(jié)構(gòu)的計算模型，確定構(gòu)件的物理參數(shù)和恢復(fù)力模型。計算結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力，然后建立側(cè)向荷載作用下的荷載分布形式，通常將地震力等效為倒三角或與第一振型等效的水平荷載模式。在結(jié)構(gòu)各層的質(zhì)心處，沿高度施加以上形式的水平荷載，確定其大小的原則是：水平力產(chǎn)生的內(nèi)力與前一步計算的內(nèi)力疊加后，恰好使一個或一批桿件開裂或屈服。對于開裂或屈服的桿件，對其剛度進(jìn)行修改后，再增加一級荷載，又使得一個或一批桿件開裂或屈服。不斷重復(fù)上述步驟，直至結(jié)構(gòu)達(dá)到某一目標(biāo)位移或發(fā)生破壞。通過將此時的結(jié)構(gòu)的變形和承載力與允許值比較，以此來判斷是否滿足“大震不倒”的要求。動力彈塑性分析則是直接對結(jié)構(gòu)的動力平衡方程進(jìn)行積分求解，考慮了地震作用的動力特性和結(jié)構(gòu)的非線性行為。在動力彈塑性分析中，需要輸入實際的地震動加速度時程曲線作為結(jié)構(gòu)的動力荷載。通過采用結(jié)構(gòu)彈塑性全過程恢復(fù)力特性曲線來表征結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)，能夠比較確切地、具體地和細(xì)致地給出結(jié)構(gòu)的彈塑性地震反應(yīng)。動力彈塑性分析可以計算結(jié)構(gòu)在地震作用下每個時刻的位移、速度和加速度反應(yīng)，以及結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件和桿件出現(xiàn)塑性鉸的時刻和順序，從而判明結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制。對于非等強(qiáng)結(jié)構(gòu)，還能找出結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，并計算出柔弱樓層的塑性變形集中效應(yīng)。彈塑性分析方法能夠更準(zhǔn)確地評估結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能，為結(jié)構(gòu)設(shè)計和抗震加固提供更可靠的依據(jù)。通過靜力彈塑性分析，可以從整體上把握結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力性能，找到結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，從而為設(shè)計改進(jìn)提供參考。動力彈塑性分析則能全面考慮地震動的特性和結(jié)構(gòu)的非線性行為，更真實地反映結(jié)構(gòu)在地震中的反應(yīng)。然而，彈塑性分析方法也存在一些缺點。靜力彈塑性分析將地震的動力效應(yīng)近似等效為靜態(tài)荷載，只能給出結(jié)構(gòu)在某種荷載作用下的性能，無法反映結(jié)構(gòu)在某一特定地震作用下的表現(xiàn)，以及由于地震的瞬時變化在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的剛度退化和內(nèi)力重分布等非線性動力反應(yīng)。動力彈塑性分析的計算工作十分繁重，需要借助高性能計算機(jī)才能完成，且計算結(jié)果對地震動輸入的選取較為敏感，不同的地震波輸入可能導(dǎo)致結(jié)果差異較大。4.2.3動力時程分析方法動力時程分析方法是基于結(jié)構(gòu)動力方程的抗震性能分析方法，它能夠考慮結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應(yīng)和復(fù)雜因素。在地震作用下，結(jié)構(gòu)會受到地面運動的激勵而產(chǎn)生振動，動力時程分析方法通過建立結(jié)構(gòu)的動力平衡方程，對結(jié)構(gòu)在地震過程中的運動狀態(tài)進(jìn)行求解。結(jié)構(gòu)的動力平衡方程一般可表示為：M\ddot{u}(t)+C\dot{u}(t)+Ku(t)=-MI\ddot{u}_{g}(t)其中，M為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣，C為阻尼矩陣，K為剛度矩陣，\ddot{u}(t)、\dot{u}(t)和u(t)分別為結(jié)構(gòu)的加速度、速度和位移響應(yīng)向量，\ddot{u}_{g}(t)為地面運動加速度時程，I為單位向量。在進(jìn)行動力時程分析時，首先需要確定結(jié)構(gòu)的計算模型，包括結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)件的截面特性、材料的力學(xué)性能等。然后，根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點和地震環(huán)境，選擇合適的地震動加速度時程曲線作為輸入。地震動時程曲線應(yīng)具有代表性，能夠反映當(dāng)?shù)氐牡卣鹛匦院蛨龅貤l件。一般可從地震記錄數(shù)據(jù)庫中選取符合要求的地震波，或者根據(jù)地震危險性分析結(jié)果人工合成地震波。在確定地震波后，采用逐步積分的方法對動力方程進(jìn)行直接積分，從而求得結(jié)構(gòu)在地震過程中每一瞬時的位移、速度和加速度反應(yīng)。常用的積分方法有中心差分法、Wilson-\theta法、Newmark法等。這些方法通過將地震過程劃分為一系列微小的時間步長，在每個時間步長內(nèi)對動力方程進(jìn)行近似求解，逐步計算出結(jié)構(gòu)在整個地震過程中的響應(yīng)。動力時程分析方法能夠考慮多種復(fù)雜因素對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。它可以考慮地震波的頻譜特性、持時和幅值等因素對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。不同的地震波具有不同的頻譜組成，會對結(jié)構(gòu)的不同振型產(chǎn)生不同程度的激勵，從而影響結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。地震波的持時和幅值也會直接影響結(jié)構(gòu)的累積損傷和破壞程度。動力時程分析方法還能考慮結(jié)構(gòu)的非線性行為，如材料的非線性、幾何非線性和接觸非線性等。在地震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能會進(jìn)入塑性階段，材料的力學(xué)性能發(fā)生變化，同時結(jié)構(gòu)的幾何形狀也可能發(fā)生較大改變，這些非線性因素都會對結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)產(chǎn)生重要影響。通過在動力方程中引入相應(yīng)的非線性模型，動力時程分析方法能夠準(zhǔn)確地模擬這些非線性行為。動力時程分析方法在實際工程中得到了廣泛應(yīng)用。對于高層建筑、復(fù)雜結(jié)構(gòu)和重要建筑等，動力時程分析方法能夠提供更準(zhǔn)確的抗震性能評估。在高層建筑設(shè)計中，由于結(jié)構(gòu)的高度和復(fù)雜性，地震作用下的動力響應(yīng)較為顯著，采用動力時程分析方法可以更全面地了解結(jié)構(gòu)的抗震性能，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供更可靠的依據(jù)。對于一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如大跨度空間結(jié)構(gòu)、不規(guī)則結(jié)構(gòu)等，動力時程分析方法能夠考慮結(jié)構(gòu)的特殊受力特點和復(fù)雜的地震響應(yīng)，幫助設(shè)計人員更好地掌握結(jié)構(gòu)的性能，采取有效的抗震措施。動力時程分析方法還可用于對既有建筑進(jìn)行抗震鑒定和加固設(shè)計，通過分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)，評估結(jié)構(gòu)的抗震能力，確定結(jié)構(gòu)的薄弱部位，為加固設(shè)計提供指導(dǎo)。4.3設(shè)計流程與方法4.3.1基于性能的設(shè)計步驟基于性能的設(shè)計方法旨在根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的功能需求和預(yù)期的性能目標(biāo)，通過科學(xué)合理的設(shè)計流程，使結(jié)構(gòu)在不同地震作用下達(dá)到預(yù)定的性能水平。其具體步驟如下：在結(jié)構(gòu)選型階段，需要綜合考慮建筑功能、抗震要求、場地條件等多方面因素。對于多層建筑，若建筑功能要求大空間且抗震設(shè)防烈度較低，可考慮采用中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)，其支撐體系剛度較大，能有效抵抗水平荷載，且施工相對簡便，成本較低。若建筑處于地震高發(fā)區(qū)且對結(jié)構(gòu)抗震性能要求較高，則偏心支撐鋼框架或屈曲約束支撐鋼框架結(jié)構(gòu)更為合適。屈曲約束支撐鋼框架結(jié)構(gòu)憑借其良好的耗能能力和穩(wěn)定的力學(xué)性能，能夠在地震中有效保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，減小結(jié)構(gòu)的損傷。還需考慮場地條件對結(jié)構(gòu)選型的影響，如在軟弱地基上，應(yīng)選擇剛度較大、整體性好的結(jié)構(gòu)體系，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。構(gòu)件設(shè)計是基于性能設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于鋼梁和鋼柱，需根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點和內(nèi)力計算結(jié)果，合理選擇截面形式和尺寸。鋼梁的截面形式有H型鋼、工字鋼等，H型鋼具有較好的抗彎性能和穩(wěn)定性，適用于跨度較大的梁；工字鋼則在單向彎曲時表現(xiàn)出較高的承載能力。在確定鋼梁截面尺寸時，要進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計算，確保鋼梁在正常使用和地震作用下都能滿足要求。鋼柱的截面形式常見的有圓形、方形、矩形鋼管以及H型鋼等，不同截面形式具有不同的力學(xué)性能和適用范圍。鋼柱的設(shè)計需考慮軸力、彎矩、剪力等多種內(nèi)力組合，通過合理的截面設(shè)計和構(gòu)造措施，保證鋼柱在各種受力情況下的安全性和穩(wěn)定性。屈曲約束支撐的設(shè)計同樣重要。要根據(jù)結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)和受力需求，選擇合適的材料和截面形式。芯材通常采用低屈服點鋼材，如LY100、LY160、LY225等，這些鋼材具有良好的延性和耗能能力。芯材的截面形式有一字形、十字形、工字形等，一字形截面芯材加工簡單，適用于對支撐剛度要求相對較低的結(jié)構(gòu)；十字形截面芯材具有較好的雙向受力性能，常用于對支撐性能要求較高的結(jié)構(gòu)中。確定支撐的截面尺寸和布置方式時，需通過詳細(xì)的計算和分析，使支撐能夠充分發(fā)揮其耗能和抗側(cè)力作用。性能分析是評估結(jié)構(gòu)是否滿足預(yù)定性能目標(biāo)的重要手段。采用彈性分析方法對結(jié)構(gòu)在小震作用下的性能進(jìn)行分析，通過建立結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。在小震作用下，結(jié)構(gòu)基本處于彈性階段，彈性分析方法能夠準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇中震或大震時，需采用彈塑性分析方法，如靜力彈塑性分析或動力彈塑性分析。靜力彈塑性分析通過將地震力等效為靜態(tài)荷載，逐步加載使結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，分析結(jié)構(gòu)的變形和承載力；動力彈塑性分析則直接對結(jié)構(gòu)的動力平衡方程進(jìn)行積分求解，考慮了地震作用的動力特性和結(jié)構(gòu)的非線性行為。通過性能分析，可得到結(jié)構(gòu)在不同地震作用下的位移、內(nèi)力、構(gòu)件損傷等信息，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。根據(jù)性能分析的結(jié)果，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。若分析結(jié)果表明結(jié)構(gòu)在某些部位的變形過大或承載力不足，可通過調(diào)整構(gòu)件的截面尺寸、增加支撐數(shù)量或改變支撐布置方式等措施進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化過程中，要綜合考慮結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和施工可行性等因素，確保優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)既能滿足預(yù)定的性能目標(biāo)，又具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和施工便利性。可能需要多次調(diào)整和分析，直到結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)的性能狀態(tài)。4.3.2設(shè)計方法的應(yīng)用與實例分析以某實際多層商業(yè)建筑為例，該建筑地上6層，總高度為24m，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度為0.20g，場地類別為Ⅱ類。建筑功能要求大空間，內(nèi)部布局較為靈活，因此結(jié)構(gòu)選型采用屈曲約束支撐鋼框架結(jié)構(gòu)。在構(gòu)件設(shè)計階段，鋼梁選用熱軋H型鋼，根據(jù)內(nèi)力計算結(jié)果，不同跨度和荷載工況下的鋼梁截面尺寸分別為HN500×200×10×16、HN600×250×12×20等。鋼柱采用箱型截面，如□600×600×16、□700×700×20等，以滿足結(jié)構(gòu)的豎向承載和抗側(cè)力要求。屈曲約束支撐的芯材選用LY160低屈服點鋼，截面形式為十字形，根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力分析，確定支撐的截面尺寸和布置位置。在結(jié)構(gòu)的角部、周邊以及層間位移較大的樓層布置了較多的屈曲約束支撐，以提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度和整體穩(wěn)定性。采用有限元軟件對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能分析。首先進(jìn)行彈性分析，計算結(jié)構(gòu)在小震作用下的內(nèi)力和變形。結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)的層間位移角滿足規(guī)范規(guī)定的彈性層間位移角限值1/250，各構(gòu)件的應(yīng)力水平均在材料的屈服強(qiáng)度以下，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。接著進(jìn)行靜力彈塑性分析，將地震力等效為倒三角分布的水平荷載，逐步加載使結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段。分析結(jié)果顯示，在中震作用下，結(jié)構(gòu)的部分屈曲約束支撐率先屈服進(jìn)入塑性變形階段，通過塑性鉸的形成和發(fā)展來耗散能量。結(jié)構(gòu)的層間位移角有所增大，但仍控制在可接受的范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)的整體承載力和穩(wěn)定性得到了保證。在大震作用下，結(jié)構(gòu)的塑性變形進(jìn)一步發(fā)展，但通過屈曲約束支撐的耗能作用，結(jié)構(gòu)未發(fā)生倒塌，滿足“大震不倒”的設(shè)計要求。根據(jù)性能分析結(jié)果，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。對于層間位移較大的樓層，適當(dāng)增加了屈曲約束支撐的數(shù)量和截面尺寸，以減小層間位移。對部分鋼梁和鋼柱的截面尺寸進(jìn)行了微調(diào)，使其受力更加合理。經(jīng)過優(yōu)化后，結(jié)構(gòu)的抗震性能得到了進(jìn)一步提高，同時也保證了結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。通過該實際工程案例可以看出，基于性能的設(shè)計方法能夠有效地應(yīng)用于多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計中。通過合理的結(jié)構(gòu)選型、構(gòu)件設(shè)計、性能分析和優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)在滿足建筑功能需求的前提下，達(dá)到了預(yù)定的抗震性能目標(biāo)。這種設(shè)計方法能夠充分發(fā)揮屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，為類似工程的設(shè)計提供了有益的參考。五、多層屈曲約束支撐框架結(jié)構(gòu)設(shè)計案例分析5.1工程概況5.1.1建筑設(shè)計要求本案例為一座位于城市中心區(qū)域的多層商業(yè)綜合體，其功能定位為集購物、餐飲、娛樂為一體的綜合性建筑，旨在滿足周邊居民和辦公人群的多樣化消費需求。建筑占地面積為5000平方米，總建筑面積達(dá)到30000平方米，地上6層，地下2層。地下部分主要作為停車場和設(shè)備用房，地上各層功能布局如下：首層為大型超市和零售店鋪；二層至四層為各類品牌專賣店和時尚服裝店；五層為餐飲區(qū)，匯聚了各地特色美食；六層為電影院和娛樂場所，設(shè)有多個影廳和KTV包間。建筑高度為24米，按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2014，2018年版）的規(guī)定，該建筑屬于多層公共建筑。建筑平面形狀為矩形，長80米，寬60米，這種規(guī)則的平面形狀有利于結(jié)構(gòu)的受力分析和設(shè)計，能夠減少結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在建筑空間設(shè)計上，為了滿足商業(yè)功能的靈活性需求，采用了大空間設(shè)計理念，內(nèi)部柱網(wǎng)尺寸為8米×8米，使得商業(yè)空間能夠根據(jù)不同的業(yè)態(tài)需求進(jìn)行自由分割和組合。同