北京通用国际商务中心防屈曲耗能支撑设计.doc

北京通用国际商务中心防屈曲耗能支撑设计
许秀珍 李云鹏 崔鸿超
（中巍结构工程设计顾问事务所）

一、建筑与结构
本工程座落于北京建国门外国贸中心对面，是一栋现代化写字楼，建筑面积63521M2，地下三层，层高从3.4~4.3米，地上二十二层与二十七层各半，除一层为5.1米外，其余各层均为3.6米，建筑物总高103.8M，建筑外立面与结构框筒形式相结合，采用密柱竖线条，并在四个角部设置跨层支撑，外墙全部为玻璃幕墙。

二、结构特点
由于北京为八度设防，综合考虑结构的延性，自重减轻，施工速度及使用面积的比率，地上部分内外框筒均采用钢结构，地下二、三层为钢筋混凝土框架-剪力墙，地下一层为钢骨混凝土框架-剪力墙。
地上的钢结构部分由内外框组成，内框为钢框架-支撑，外框一、二层为钢框架-支撑，三层为转换层，三层以上即为密柱，形成框筒。内框的支撑由于建筑布局等因素，又分成中心支撑和偏心支撑二种；外框四个角部的跨层单斜杆支撑既能降低地震位移，又丰富了建筑立面要求。
原方案曾为混凝土结构，内外筒之间为10m，并多一排柱，外框柱距为8.1m，后改为钢结构，内外筒之间去一排柱，柱网为14m，发挥了钢结构的优势，外框8.1m柱距改为3X2.7m，加强了侧向刚度，建筑立面的竖线条一致，用钢量与大柱网差不多，减小了内外筒间梁的高度（间距小，荷载小）。

1、 偏心支撑的使用
本工程偏心支撑耗能梁段全部设置在内框有走道穿过处，以适应建筑使用要求，偏心支撑形式为V字形，截面采用轧制H型钢。
2、 防屈曲耗能支撑的使用
内框的中心支撑及外框角部的跨层支撑在转换层以上均采用防屈曲耗能支撑。内框的中心支撑形式为V字形，截面采用焊接十字形钢，上部八层采用一字形钢；外框四个角部的跨层支撑为单斜杆形式，在转换层以下截面采用焊接H形钢，转换层以上截面采用焊接十字形钢。

三、防屈曲耗能支撑的工作原理：
防屈曲耗能支撑（BRB）即无粘结耗能支撑，是通过改善支撑构件的受压性能来减少结构在地震和风荷载等动力反复作用下的振动反应；BRB的变形能力不小于支撑框架层间位移的1.5倍。防屈曲耗能支撑设计承载力公式表达为：
Pd≤min{Pysc,Po}
这里，Pd是无粘结耗能支撑的设计荷载，Pysc是内核屈服荷载（Pysc=φfyAsc，φ=0.9折减系数），Asc面积（面积Aera，钢内核Steel core），Po为无粘结耗能支撑的整体失稳荷载，针对不同的截面形式，在考虑外筒约束的条件下，由有限元分析或试验确定。
防屈曲耗能支撑区别于普通支撑的最大特点是解决了钢结构支撑杆件的受压屈曲问题，其受压表现与受拉基本一致；
防屈曲耗能支撑与钢框架结合构成防屈曲支撑框架体系，该体系的受力特点是：（1）在风载或小震作用下，整个结构处于弹性状态，支撑提供足够的抗侧刚度，满足结构的使用要求；（2）在大震作用下，主体框架可保持在弹性状态（也可部分进入弹塑性，视不同的设防功能目标而定），由支撑发生塑性变形，大量耗散地震输入结构的能量。这个阶段的计算在于控制地震输入结构总能量的分配，使耗能构件通过滞回吸收消耗尽可能多的地震能量，避免主体框架结构进入明显的非弹性状态，实现保护主体结构的目的。

四、防屈曲耗能支撑的构成
国外常用的无粘结支撑（例如日本）是将十字形钢构件或一字形钢构件作为受力的钢骨芯外包壁厚很小的矩形钢管砼，二者之间有无粘结隔离材料。见图1。

图1 无粘结支撑构造

为了更好地适应工程实践的需要，加快施工进度，降低成本，本工程对上述构件进行了改进，见图2。

五、结构分析
1、结构分析使用SATWE（中国建研院编）。
2、计算模型：按框架-支撑结构空间模型，地震力按X、Y两个方向计算，并考虑藕联，共取15个振型的结果。
3、计算主要参数：结构阻尼比0.02，地震剪力系数不小于规范限值。
风荷载的基本风压0.50KN/m2,地面粗糙度C类。
按照《高层民用建筑钢结构技术规程》第6.3.2条二款，钢柱计算长度取1.0。
4、主要计算结果（见表1）：
表 1
名 称
SATWE
周 期
T1：3.2024s

风荷载
相对位移最大值 X向：1/621
Y向：1/802

地震作用
相对位移最大值 X向：1/359
Y向：1/535
最小剪重比 X向：3.20 ％
Y向：3.20 ％

5、有关抗震验算
（1）对本工程用纯框架的模型进行计算，得到X、Y二个方向地震作用下底部总剪力分别为X、Y二个方向地震底部总剪力的68%、71%均大于25%。
（2）强柱弱梁验算：
取计算地上二层1轴线25号柱（口500X400X60X60）计算，抗规第8.2.5
条强柱弱梁应符合式（8.2.5-1）要求，当柱作为轴心受压构件在2倍地震力作用下稳定性得到保证时，可不按该式验算。
本柱作为轴心受压构件在2倍地震力作用下的内力为：
N=1.2x(10194.7+3370.5x0.5)+9.6x1.4x0.2+1.3x366.0 x2=15210.2KN，
轴心受压构件稳定计算为：N/(ΦA)≤f,
Φ的取值：c类,λy=5100/145=35.2, Φ=0.82,
N/(ΦA)=198N/mm2<f=250N/mm2
即在2倍地震力作用下稳定性能得到保证，强柱弱梁已满足设计要求。
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