屈曲约束支撑的应用汇报
屈曲约束耗能支撑在抗震加固项目中的应用
屈曲约束耗能支撑在抗震加固项目中的应用摘要：本文阐述了防屈曲耗能支撑的原理，介绍了其类型、性能以及应用防屈曲耗能支撑进行抗震加固的设计方法，给出了典型应用实例，提出了防屈曲耗能支撑应用于抗震工程领域中的特点及发展趋势。
关键词：屈曲约束耗能支撑；抗震；应用一．屈曲约束耗能支撑原理支撑是一种最为经济的抗侧力构件，它既能提高结构的刚度和承载力，又不影响建筑采光以及内部空间的分割，且施工方便。
传统的带支撑框架有中心支撑框架CBF(Concentrically Braced Frame)和偏心支撑框架EBF(Eccentrically Braced Frame)。
中震和强震时，CBF中的支撑会受压屈曲和受拉屈服，而屈曲会使受压承载力降低，从而限制了支撑作为抗侧力构件的耗能能力，因而大多数抗震规范都对中心支撑的抗震承载力进行调低。
EBF通过偏心梁段的屈服，限制支撑的屈曲，可是结构具有较好的耗能性能。
但是由于偏心梁段屈服，地震后结构修复较为困难，且支撑的刚度得不到完全发挥。
由于支撑屈曲不利于能量耗散，因此相对于传统CBF提出了一种新的可以避免支撑屈曲的体系，称为屈曲约束耗能支撑框架BRBF(Buckling Restrained Braced Frame)，屈曲约束耗能支撑（Buckling-restrained Brace）由芯材，外套筒以及套筒内无粘结材料组成（如图1所示）。
虽然BRB形式多样，但原理基本相似，利用刚度较大的外套筒拟制中心芯板的屈曲。
支撑的中心是芯材(Steel Core)，采用性能优越的钢材制作。
为避免芯材受压时整体屈曲，即在受拉和受压时都能达到屈服，芯材被置于一个钢套管(Steel Tube)内，然后在套管内灌注填充材料，该填充材料具有一定的强度，又有较好的密实性，且耐久性优越。
为减小或消除芯材受轴力时传给填充材料的力，而且由于泊松效应，芯材在受压情况下会膨胀，因此在芯材和填充材料之间设有一层无粘结材料，屈曲约束耗能支撑在日本应用较多，在美国、加拿大和我国台湾地区也有使用，我国大陆地区也在推广这种支撑体系，并且在北京、上海、西安等在建建筑中已经开始使用。
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 ■圜圈
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 。
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 。
施工质量以达到要求。固
参 考 文 献 ： ［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
TJ型屈曲约束支撑在国内的工程应用
更容易满足建筑的美观要求。
图 18 天津西站站房鸟瞰图
5 TJ 型屈曲约束支撑在结构抗震加固工程中的应用 5.1 上海恒丰中学加固工程
上海市恒丰中学教学楼建于十多年前，为混凝土框架结 构体系，外立面如图 19 所示。由于学校规模的发展，现有
20 We learn we go
的教室数量已不满足需求，因而需要在现有 5 层的基础上再 增加一层。汶川地震后，要求学校教学楼建筑应提高安全等 级。根据该要求，恒丰中学教学楼抗震设防烈度由 7 度 （0.10g）提高至 7 度（0.15g），框架抗震等级提高至二级。 采用屈曲约束支撑抗震加固后提高了结构的抗侧刚度、承载 力和结构耗能能力，且缩短了工期，节约了加固成本。使结 构满足了提高一级抗震设防等级的要求。屈曲约束支撑现场 安装照片如图 20 所示。
Building Structure
产品与技术
图 6 山西省中医学院模型
图 7 山西省图书馆
2.2 嘉和嘉事物流立体仓库
嘉和嘉事物流立体仓库（图 8）位于北京，平面为 L 形，
采用钢框架结构，通过设置 TJ 型屈曲约束支撑达到两个目
的：1）增大结构的抗侧刚度和耗能能力，减少主体钢结构
用量；2）增强结构的抗扭刚度，满足扭转位移比以及扭转
上海世博中心（图 1）总建筑面积 14 万 m2 左右，其中 地上建筑面积 10 万 m2，地下室建筑面积 4.2 万 m2，地上建 筑由两个单体组成，西侧为会展区，东侧为会议区。该结构 共采用 108 根 TJ 型屈曲约束支撑（图 2），作为结构主要 抗侧力体系，屈曲约束支撑的设置降低了结构所受地震作 用，节省的用钢量达到了 2000 多 t，获得了良好的经济效益。
4.2 天津西站
京沪高速铁路天津西站站房（图 18）位于天津市红桥
屈曲约束支撑(BRB)在中小学校舍抗震加固工程应用
５ ０ ０ ２ ３— ２ ０ ０ ９ ） ｒ ｆ １ 相 关规 定 ， 巾小学 教学 楼 结构 体 系 不 应采用 单跨 框 架 结 构 。 住 对 此 类 结 构 进 行 抗 震 加
固时， 为 了提 高在 大震 下结 构 的抗 倒 塌能 力传统 通 常
采 用 以下 两种 方法 进 行 』 Ｊ 【 】 。
・ ５ ９・
方 法虽 然提 高 了整体 结 构 的 刚 度 ， 但 加 固量 大 ， 不 仅
需 进行 新增 柱及 其 柱基 础等 ， 而 且 由于 结 构 刚度 的 重
计 原理 基本 相 同 。在工 程计 算 分 析 中 ， 采 用 等 截 面的 杆 单元 模 拟 Ｂ Ｒ Ｂ。本 加 固工 程 中采 用 方钢 ８ ０ Ｘ ８ ０的 矩 形方 钢 管模 拟 Ｂ Ｒ Ｂ， Ｂ Ｒ Ｂ斜 撑 布 置 平 面 如 图 ４所 示； 竖 向设 置支 撑 时 ， 采 用一 字形 斜 杆 布置 ， 考虑 到施 工 造价 的 因素 ， 针对 性地 对 薄弱 层及 位 移较 大 的节点 进 行设 置 ， 如 图 ５所 示 。
建
建
筑
纯框 架结 构特 别是 单 跨 框 架通 过增 加 钢 支 撑 或 俐筋 混凝 一 ｛ 支撑 这 两 种 传统 支撑 可以 提 高 框 架 结 构
的抗 侧 川度 和整体 稳定 性 ， 但是 【 夫 ｌ 使Ｈ ｊ 不 便 较 少 采
Ｊ ｆ Ｊ 约束支撑 （ Ｂ ｕ ｃ ｋ ｌ ｉ ｎ ｇ—ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｒ ａ ｃ ｅ ， 简 称
仪－ Ｉ ｆ 以为框 架 提 供抗 侧 刚 度 ， 提高抗震承载 力， 而 Ｉ Ｉ － ｌ ｝ 仃施 Ｉ 期短 ， 对原建筑损伤小 ， 适 合 只 有 短 期
屈曲约束支撑在抗震设计中的应用
屈曲约束支撑在抗震设计中的应用摘要：屈曲约束支撑(BRB)由受力单元、侧撑构件，无粘结材料组成。
在拉力和压力的作用下都能屈服而不屈曲，因此能达到耗能的性能。
本文主要介绍了屈曲约束支撑的要素，以及目前在日本、美国和我国的发展现状。
关键词：屈曲约束支撑；滞回性能；耗能构件；1 前言抗弯钢框架结构作为柔性结构，具有良好的抗震性能，但用于高烈度地震区承受较大地震作用时，由于对弯矩的抗力主要由其梁柱的弯矩提供，则没有足够的抗侧刚度来控制结构的层间位移和总体位移，致使非结构构件损伤严重。
对于中、高层建筑寻求抗侧刚度适中，且主要靠非结构构件来消耗地震能量载的结构形式，成为学术界和工程界所关注的课题。
通常，我们在框架体系中的部分柱之间设置支撑，形成框架——支撑体系，形成了双重抗侧力结构体系。
传统的带支撑框架如中心支撑框架(CBF)在中震和强震中会出现受压屈曲和受拉屈服，而屈曲约束支撑BRB(Buckling-Restrained Braced)能克服该缺点，屈曲约束框架（BRBF）概念被提出来，它克服了传统中心支撑框架易屈曲及在延性、耗能上的局限性，拓展了建筑抗震设计的应用范围。
2 屈曲约束支撑(BRB)的工作原理2.1 BRB的基本构造屈曲约束支撑的基本构造是：受力单元及侧撑构件之间涂上无粘结可膨胀材料或者不使用任何无粘结材料，并在受力单元及侧撑构件间预留一定的空隙，以便形成滑移界面，同时为了保证轴力只沿受力单元传递，只有受力单元与框架结构连接 (如图1) 。
通常用的受力单元是钢板，而侧撑构件是钢管。
图2给出了目前使用的几种屈曲约束支撑的截面形式。
2.2 BRB工作原理滑移界面允许受力单元和侧撑构件之间发生相对滑动。
侧撑构件约束了受力单元的横向变形，同时也防止了受力单元受压时的整体屈曲，即在受拉和受压时都达到了屈服。
这样使受力单元达到非常高的应力水平，超过了受力单元材料的屈服强下具有良好的滞回耗能性能。
图1 BRB的基本构造图2 屈曲约束支撑的截面形式3 BRB的发展历史及应用3.1日本日本的Wakabayashi等学者率先开始了对屈曲约束支撑的研究。
屈曲约束支撑实例
屈曲约束支撑实例介绍屈曲约束支撑是一种结构设计中常用的技术，用于限制物体的弯曲或扭转。
这种支撑结构能有效增加物体的稳定性和承载能力，广泛应用于建筑、桥梁、航空航天等领域。
本文将详细探讨屈曲约束支撑实例以及其在不同行业中的应用和优势。
建筑领域多层建筑大跨度屋面支撑在建筑领域，屈曲约束支撑被广泛应用于多层建筑的大跨度屋面支撑。
通过设置屈曲约束支撑结构，可以有效增加屋面的稳定性。
常见的示例是高层办公楼的大跨度屋面支撑结构，通过屈曲约束支撑支撑屋面结构，增加了建筑的抗风、抗震能力，使建筑更加稳固可靠。
悬臂梁屈曲约束支撑悬臂梁是建筑中常见的结构形式，为了增加悬臂梁的稳定性，可以采用屈曲约束支撑。
屈曲约束支撑在悬臂梁的不同部位设置，可以有效减小悬臂梁的挠度，增加其承载能力。
这种支撑方式常见于桥梁、体育馆和展览馆等建筑物中，通过利用屈曲约束支撑，能够实现悬臂梁的轻量化设计和最优化结构布置。
桥梁工程斜拉桥屈曲约束支撑斜拉桥作为一种现代化的桥梁结构形式，采用屈曲约束支撑可以增加其稳定性和承载能力。
斜拉桥的斜索在受力过程中可能会产生屈曲变形，通过采用屈曲约束支撑，可以限制斜索产生的屈曲变形，增加桥梁的刚度和稳定性。
这种支撑方式在海峡大桥、江河大桥等工程中得到了广泛应用。
桥梁主梁屈曲约束支撑桥梁主梁承担着整个桥梁的承载任务，为了增加主梁的稳定性和抗震性能，常常采用屈曲约束支撑。
通过在主梁的不同部位设置屈曲约束支撑，可以有效减小主梁的挠度和变形，提高桥梁的整体稳定性。
这种支撑方式在高速公路桥梁、铁路桥梁中得到了广泛应用，有效提升了桥梁的安全性和承载能力。
航空航天工程空间结构屈曲约束支撑在航空航天工程中，屈曲约束支撑被广泛应用于空间结构的设计中。
空间结构多为薄壳结构，受外力作用时容易发生屈曲变形。
通过设置屈曲约束支撑，可以限制空间结构发生屈曲变形，提高结构的稳定性和安全性。
这种支撑方式在卫星、飞船、航天器等航空航天工程中得到了广泛应用，保证了航空器在复杂环境中的工作稳定性。
屈曲约束支撑在高烈度区商住楼中的应用
屈曲约束支撑在高烈度区商住楼中的应用邢健总工程师上海中建建筑设计院有限公司新疆分公司目录•工程概况•屈曲约束支撑介绍•TJ型屈曲约束支撑在本工程中工程应用•屈曲约束支撑图纸及节点•总结新疆喀什海景华庭商住综合楼项目什商楼项—工程概况1.基本概况：喀什市地震设防烈度为8度，第二组，加速度0.3g，基本风压0.55。
工程位1度第二组加速度03g基本风压055工程位于喀什市解放中路东侧，人民公园西南角，房屋总长114米，宽20米，底部四层为商业，五层以上为住宅。
全地下室为车库及设备用房，东西向外扩5米和6米做停车位。
喀什海景华庭项目—工程概况2.结构概念设计和结构选型比较在高烈度区高层结构设计中主要的控制指标有2项，一是周期比，相对比较容易控制；二项是周期比相对比较容易控制是位移角控制，要求结构具有足够的抗侧刚度。
本工程通过设缝处理将结构分为左、中、右三个单元，并与建筑单元划分一致，使每个单元的高宽比、长宽比都比较合理，可很好的利用体形尺寸，控制结构的扭转效应，同时小体型也使用PKPM程序计算效益提高。
方便进行方案比选。
首次结构选型是采用普通框架剪力墙结构；由于地下车库通道的原因，横向剪力墙不能落地，结构抗侧刚度不够，局部用框肢剪力墙补充，建筑功能不允许，利用屈曲约束支撑做补充后效果很好，因此决定利用BRB支撑。
通过BRB节点设计引入型钢砼概念，通过模型分析比较，型钢砼框架比普通砼框架截面尺寸减少30%，混凝土总用量减少了7000方。
模型分析比较型钢砼框架比普通砼框架截面尺寸减少混凝土总用量减少了方为此结构体系确定为型钢砼框架-普通砼剪力墙加BRB屈曲约束支撑。
3.本工程抗震设计指导思想对高烈度区结构刚度分配砼加框架剪力墙部分抗侧刚度可以按降低一度要求设置。
做到中小震作用下结构自身的基本抗震能力，用BRB支撑补充抗侧刚度同时起到消能减震作用。
44.经济分析砼用量24000方钢筋用量3900吨型钢用量3800吨BRB用量262根喀什海景华庭项目—工程概况混凝土框架-屈曲约束支撑结构体系概述新版《建筑抗震设计规范》（）在附录中引入了混凝土框架新版《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）在附录G中引入了混凝土框架－钢支撑这一全新的结构体系。
屈曲约束支撑应用分析精品资料
2.1台湾台北的陈正诚对低屈服点钢材制成的BRB的恢复力特性进行了研究和分析。蔡克铨等人研究了10种不同无粘结材料对BRB滞回反应的影响。1999年9月，台湾集集地震（台湾921地震）之后，对即将完成的台北县政府行政大楼进行了重新的抗震验算，发现其抗震能力不足，通过多方案优选比较，最终选择加装BRB来增加结构的抗侧刚度及耗能能力，同时，提高结构的抗震等级。台湾文化大学体育馆也是使用BRB的工程之一，安装了96个BRB来提高结构的抗震性能。2000年后，采用了BRB的工程较多，新建工程有台大医院儿童医疗大楼、台湾科技大学国际大楼等；加固工程有基隆某住宅大楼抗震加固、台积电晶圈长八号厂等。
1.2美国1995年，美国的Northridge地震以后，学者们对BRB的钢结构体系进行了研究和应用。1999年，加州大学伯克利分校做了3个足尺BRB在地震荷载下的试验研究。美国CoreBrace公司做了40多个约束屈曲支撑试验，对约束屈曲支撑做了进一步的研究和发展，并在多个项目中应用了屈曲约束支撑，如California’sOfficeofStatewideHealthPlanning（OSHPD）项目。2000年，美国第一栋使用BRB的结构――美国加州大学Davis分校植物与环境科学大楼，采用了132根BRB作为抗侧力构件。之后，美国的StarSeismic，Inc，CoreBrace，AssociatedBracing等公司都相继研究和发展BRB构件。鉴于BRB钢结构体系的快速发展，在新修订的《钢结构建筑抗震设计规程》中增加BRB钢结构设计的内容，对于BRB的设计、计算、试验方法、连接的做法等作了较详细的规定。通过对十多种方案的比较，盐城的标志性建筑――钢筋混凝土结构的联邦大楼，最终决定采用钢制的BRB进行抗震加固改造。该加固工程使用了344根BRB。经比较分析，采用普通轴心支撑，原有建筑的桩基础必须经过很大的改造；采用BRB，不仅可节省基础改造费用，而且可缩短两个月工期，综合效益显著提高。
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矩形钢管 300×300×12×12 250×250×10×10
H500×350×12×18 H300×300×6×12 H250×250×6×10
用钢量 13.8
(t)
13
13.1
屈曲约束支撑与普通支撑方案对比
屈曲约束支撑结构与普通支撑结构的比较
参数
屈曲约束支撑 矩形钢管支撑 H型钢支撑
屈曲约束支撑与普通支撑方案对比
屈曲约束支撑结构与普通支撑结构的比较
参数
屈曲约束支撑
矩形钢管支撑
H型钢支撑
首层支 撑
矩形钢管 200×300×10×10
矩形钢管 400×400×14×14 （为避免首层竖向承载力
突变）
H500×400×18×20 （为避免首层竖向承
载力突变）
屈曲约束支撑 上部支 245×245×220×220×40
BRB2
等效截面面积（mm2） 设计承载力（KN）
SATWE结果 10000 1635 3400 573
设计手册 9474 1829.8 3310 640.4
T1
结构自振周期
（s）
T2
T3
1.7554（Y） 1.1739（X） 0.9552（T）
1.7545（Y） 1.1316（（Y） 1.1264（X） 0.9101（T）
X 基底剪力
Y
3350.97 2514.25
3554.83 2515.91
3531.77 2512.24
目录
一、广州北京东商业广场工程概况 二、屈曲约束支撑在本工程中的应用 三、屈曲约束支撑在pkpm中的设计过程
工程概况
1、本工程位于广州市文明路，总建筑面积10883m2， 其中地上6796m2，地下4087m2;
2、本工程为钢框架结构，地上7层，地下3层（局部4 层），房屋高度29m，主要层高4.5，2.9m；采用钢管 混凝土柱； 3、建筑物外围尺寸为17×69m,长宽比为4.1，高宽比 为1.7。
1、普通支撑X向周期短，刚度较大，吸收的地震力增大； 2、普通支撑为了保证设防烈度地震下不失稳，需加大尺寸； 3、屈曲约束支撑等效截面小，不会加剧竖向承载力的突变； 4、在中震和大震时相对于普通支撑优势较为明显。
屈曲约束支撑的布置
OK
NO
普通支撑 屈曲约束支撑
屈曲约束支撑布置
屈曲约束支撑结构模型
承载力突变） D800×20
（首层~3层）
屈曲约束支撑与无支撑方案对比
1、通过增强结构抗扭刚度，满足了扭转位移比要求； 2、在提供了同样抗扭刚度的前提下，减小了柱截面尺寸， 更好的满足了建筑要求； 3、在提供了同样抗扭刚度的前提下，耗能性能与抗震稳定 性大大提高，而且起到提高结构阻尼的效果； 4、通过增大结构抗侧刚度和耗能能力，减少了主体钢结构 用量； 5、由于屈曲约束支撑不受稳定控制，可以任意调节刚度， 使结果性能达到最优化。
4、共采用28根Q235系列TJⅡ型屈曲约束支撑，全部 沿X向布置。
屈曲约束支撑与无支撑方案对比
屈曲约束支撑结构与无支撑结构的比较
参数 最大扭转 位移比
首层支撑
最大 柱截面
屈曲约束支撑 1.39（X向）
矩形钢管 200×300×10×10
D600×20
无支撑
1.63（X向）
矩形钢管 200×300×10×10 （为避免首层竖向
杆件截面种类 斜杆参数输入对话框
屈曲约束支撑在pkpm中的设计过程
1、等效箱形截面 2、两端铰接 3、弹性计算参数设置与常规结构相同 4、可不满足pkpm稳定验算
等效截面面积
荷载组合下的最 大内力与支撑的 设计承载力比较
屈曲约束支撑在pkpm中的设计过程
BRB1
型号 等效截面面积（mm2）
设计承载力（KN）