屈曲约束支撑简介及其在结构抗震加固中的应用 口上海科瑞真诚建设项目管理有限公司 张志辉 ■暖疆 屈曲约束支撑是一种新型、高效的抗侧力构件，它有效地避免普通支撑拉压承载力差异显著的缺陷，同时又与 普通钢结构支撑相同的施工工艺，具有施工进度快，质量可靠的特点，是结构抗侧力作用的有效耗能构件。工程应 用结果表明，屈曲约束支撑对结构的薄弱层能起到有效改善作用、可增加结构耗能能力，增加结构抗弯及抗扭刚 度，降低结构地震作用、降低用钢量以及总造价，在框架结构加固等方面具有较好的应用价值。 ■圜圈 屈曲约束支撑；结构抗震；结构加固 １ 屈曲约束支撑简介 结构在地震力的作用下．其受力与结构刚度有关．对质量和 结构布置相近的结构．刚度越大，所受的地震作用力也越大。支 撑的特点是在不影响建筑采光及内部空间分割的前提下，提高结 构的刚度和承载力，同时，支撑结构与剪力墙及框架等混凝土结 构相比还具有施工快捷、安装方便等优点。 由于支撑屈曲后，地震力会作用到结构框架上 对结构产生 图１ 不利影响，因此参与加固的建筑物可采用一种新型的可以避免支 撑屈曲的体系．称为屈曲约束支撑，亦称为“防屈曲支撑”（如图 １所示）．其作与传统的支撑框架相同．但其承力效果远好于一般 的支撑。 轴心受力构件拉应力作用下时．构件受力可按式１计算 ， 式１ 式中，Ｎ——轴心拉力； Ａｎ——构件净截面面积： ２、屈曲约束支撑框架特点分析 ＤＯＩ：１０．１６１１６／Ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｓｋＪ．２０１６．”．０７１ 本原则．衬砌断面和开挖面之间的间隔距离为５～１０ｍ，每一次的衬 砌长度要保持在４－６ｍ，利用曲边墙衬砌的方式进行施工，和仰拱 路、管线等建（构）筑物的使用安全。当拱顶下沉、水平收敛速 率达５ｍｍ／ｄ或位移累计达８０ｍｍ时．应暂停掘进．并及时分析原 因和采取妥善处理措施。 组成封闭环 】。衬砌断面施工时．首先要检查台车模板的标高、尺 寸、轴线偏位情况．并使用对称灌注的方法进行混凝土的浇筑施 工，整个浇筑过程中不过振、不漏振．保证振捣的密实性．超挖 部分使用相同等级的混凝土进行回填施工。 （４）在隧道开挖时．应随时核对围岩级别与地下水状态．如 发现与设计不符 应及时报请设计、监理、业主以便调整。 （５）旋喷桩加固采用寸）８００＠６００咬合旋喷桩。旋喷桩要求 采用４２．５级以上。 ５ 施工注意事项 （１）本隧浅埋暗挖段落长，变更段岩层主要为泥质砂岩／含 ６、结论 综述．在隧道施工中，经常因地形等方面的因素，需要进行 “明洞暗挖”施工。为了保证施工质量．需要对施工工艺进行不 断的完善．对施工经验不断的进行积累．保证工程的施工进度、 砾泥质砂岩．隧道顶板上方主要位于全强风化带，岩体较破碎， 岩质软 风化裂隙较发育，施工应尽量减少对围岩的扰动 尽量 采用人工开挖，当不得不爆破开挖时．应采用光面、微振微差爆 破等控制爆破技术，采取短进尺，弱爆破施工。爆破引起的地面 房屋最大振速不大于２ｃｍ／ｓ。 （２）施工过程中应高度重视初期支护刚度和施工质量，制定 施工质量以达到要求。固 参考文献： 合理的施工方案．同时加强对地表沉降、洞内沉降变形及横通道 变形的监测，避免坍方，规避施工风险．确保施工安全。 ［１】杜松．特殊地形条件下隧道明洞施工技术探讨［Ｊ】．山 西建筑，２０１３，（ｏ４）：５１－５２． ［２］何洋．映秀特长隧道单压明洞施工技术［Ｊ］．铁道建筑 技术，２０１３，（Ｏ５）：６６—６７． （３）施工中应根据地面建筑、道路、管线等对变形的敏感 性．结合洞内监控量测．有针对性的建立地表监测网．根据各结 构物的变形量测报警值采取相应的预警措施．确保地面建筑、道 Ｆ——材料抗拉强度设计值。 由上式可以看出，构件受拉时 可以充分利用材料的抗拉强 度，材料的利用率较高。 当在压应力作用下时．构件受力除应按上式计算抗压强度 服务大楼地下２层至４层建筑平面大致呈矩形，５层至１Ｏ层 建筑平面呈”凹”字形，总建筑面积约５１ １ ８２ｍ ，总高度约 ３８．８１ ｍ。该房屋采用钢筋混凝土框架结构体系 ６轴与１，６轴间设 置结构缝，将整幢房屋分为Ａ Ｂ两个结构单体。 经上海房屋质量检测站进行检测鉴定后发现，该房屋结构部 分抗震构造措施及构件承载力不满足规范要求 需进行结构加固 后方可使用。针对鉴定结果，报告给出的加固建议为：结合新的 外 还应按下式计算构件的稳定性： ￡ｆ式２ 式中，Ａ——构件的毛截面面积 轴心受压构件的稳定系数 为小于１的正数。 使用功能布局，在基本不影响使用的前提下，新增适量混凝土剪 力墙，增加一道结构抗震防线 并解决局部楼层最大层间位移与 由上式可以看出．普通构件因为存在受压稳定性．抗压能力 小于抗拉能力，构件的长细比越大，所能承受的压力越小。 为达到设计的抗震效果，在设计时就耍加大构件截面 这导 致材料用量增加。工程造价增加．并且在强震作用下其耗能能力 和延性降低 可能导致结构失稳破坏。 ３ 屈曲约束支撑的抗震特性简介 ３．１小震经济 由于屈曲约束支撑没有受压稳定问题，在风载与多遇地震力 作用下，其承载力比普通支撑高２～１０倍。相同承载力条件下屈曲 支撑与普通支撑相比，其截面可减小许多 相应的结构的侧向刚 度变柔，结构的自振周期相应加长 地震反应减小。 ３．２中震不坏 屈曲约束支撑具有明确的屈服承载力，在中震作用作为结构 主要的抗震承载构件，在屈服耗能过程中．吸收了大部分的地震 能量，可确保梁柱等重要的结构构件在中等强度的地震作用下处 于弹性受力状态。此外，对于一般的中震情况 屈曲约束支撑产 生的塑性变形并不大．经过检查 整修后可将部分产生塑性变形 的约束支撑更换后．整个建筑物可继续使用。 ３．３大震可修 屈曲约束支撑如同一个性能优良的耗能阻尼器，在进入弹塑 性阶段的工作状态时，其变形能力强 滞回性能好，抵御大震的 能力更强，使结构在强震作用下，不仅不倒．而且真正做到了安 全可靠。 ３．４余震不倒 随着建筑物的重要性不断提高．部分建筑物不仅要实现大震 不倒的基本要求，还需要做到在余震的作用下不会倒塌。通过合 理布置屈曲约束支撑 保护了主体结构不产生过大的塑性变形 从而保证竖向承重构件不会在余震中倒塌 则建筑物就能达到余 震不倒的目标。 ４、屈曲约束支撑在工程中的应用 ４．１工程概况 松江新城综合配套服务大楼（以下简称“服务大楼”）为一幢 地下两层地上十层的钢筋混凝土框架结构房屋。该房屋始建于 ２００５年 工程建造至结构封顶后即停工．未进行装修阶段的施 工，也未投入使用。２０１４年．该房屋由上海松江国有资产投资经 营管理有限公司接管后进行续建。 平均层间位移之比过大的问题。鉴于此，本工程采用了屈曲支撑 系统对结构进行了抗震加固。 ４．２屈曲约束支撑的主要作用 （１）作为主要的抗侧力体系于新建结构的抗震体系或已有 建筑的抗震加固中。在抗侧力体系中，屈曲约束支撑以其特有的 防屈曲性能，可使构件能充分利用材料的抗压能力 减小材料用 量，改善结构抗震特性．达到较好的抗震效果。 （２）平面不规则的结构，用于抗平面扭转应用。结构设计过 程中．经常会遇到结构平面不规则的情况，如扭转位移比超过限 值、扭转周期比与平动周期比的比值不满足规范要求等。屈曲约 束支撑可替代混凝土支撑与钢支撑，提供同样的刚度，但耗能性 能与抗震稳定性却可大大提高，而且起到提高结构阻尼的效果。 （３）竖向不规则结构，用于薄弱层、加强层等应用。在建筑 抗震设计规范中规定了当侧向刚度和楼层承载力突变时应都归属 竖向不规则类型，当结构竖向不规则时，极易形成薄弱层，抗震 性能十分不利。对于这种情况，通常要设置加强层以增加结构整 体刚度。然而，当加强层中普通支撑由地震力控制时．由于其失 稳破坏特征．需要采用较大的截面，这会导致该楼层刚度过大， 从而使结构不规则性能加剧。 ５、结束语 屈曲约束支撑是一种新型、高效的抗侧力构件，它有效地避 免普通支撑拉压承载力差异显著的缺陷．可有效降低地震作用对 结构的破坏 保持结构的完整性、减小构件截面尺寸，降低总造 价、改善结构薄弱层性能。通过综合服务大楼工程增加屈曲约束 支撑后 对结构进行抗震检测结果显示，结构抗弯及抗扭刚度都 有很大的加强，从而增加了结构耗能能力。国 参考文献： ［１］ 建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００ｌ１－２０ｌ０） ［ｓ】．北 京：中国建筑工业出版社．２０１０． 【２】《钢结构设计规范 （ＧＢ５００１７－２００３）［ｓ］．北京： 中国建筑工业出版社．２００３． 【３】 混凝土结构加固设计规范》（ＧＢ５０３６７－２００６） ．北京：中国建筑工业出版社．２００６．