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框架与框撑结构由于柱网开间大,建筑空间布置灵活,在多高层建筑中具有广泛应用。但框架的抗侧刚度有限,在地震和强风荷载作用下侧向位移较大,限制了它的应用高度或者导致应用造价高。此外,在这次汶川地震中也暴露了框架结构与底框结构一道防线在罕遇地震时存在较大的倒塌与严重破坏的可能。
中心支撑与框架结合是一种高效的抗侧结构体系,可以提高框架的应用高度并有效降低结构造价,并可形成抗震的两道防线。然而在中震与大震下,中心支撑的受压屈服承载力远远小于受拉屈服承载力,支撑长度越长两者的差距越大,由于支撑屈曲后其耗能能力大大降低,所以为了保证中心支撑会受压不发生屈曲,故往往将其截面加大许多以符合设计需求,但仍不能保证强震下的屈曲。
1 屈曲约束支撑在钢芯外设置外围约束套管,受拉受压时都可以屈服,抑制了压曲现象,可获得饱满的荷载-位移滞回曲线。屈曲约束支撑构件与框架结合不仅是一种高效的抗侧结构体系,并且是一种新型的耗能减震体系,在中震与大震下具有更好的抗震耗能性能。屈曲约束支撑体系与抗弯刚框架和普通支撑框架相比有以下优点:
(1)与抗弯框架相比,小震时屈曲约束支撑体系线弹性刚度高,可以很容易地满足规范的变形要求,有效降低结构造价;与中心支撑框架相比,屈曲约束支撑可以受拉、受压时都发生屈服,消除传统中心支撑框架的支撑屈曲问题,因此在强震时有更强和稳定的能量耗散能力。
(2)因为屈曲约束支撑的刚度和强度很容易调整,所以屈曲约束支撑设计灵活,而且,在非弹性分析中可以方便地模拟屈曲约束支撑的滞回曲线;此外屈曲约束支撑构件好比结构体系中可更换的“保险丝”,可保护其他构件免遭破坏,并且大震后,可以方便地更换损坏的支撑。
屈曲约束支撑体系在国外的研究与应用日趋增多,特别是日本阪神大地震与美国北岭地震后,在日本已经在超过三百多幢建筑中应用,在美国也有三十多幢。2005 年开始,我国在台湾、北京、上海、西安与太原等地也有几十幢建筑整体或局部采用了屈曲约束支撑构件。
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