一种屈曲约束支撑的优化设计方法及支撑结构体系的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高层建筑中使用的一种承压设计方法及支撑结构体系，特别是一种屈曲约束支撑的优化设计方法及支撑结构体系。
【背景技术】
[0002]自2008年汶川地震以来，我国相继发生了很多地震，这些地震对人民生命财产造成了极大的损失。
[0003]传统抗震结构及其设计方法主要依靠结构构件的塑性变形来消耗地震能量，强震时结构将产生难以修复的破坏甚至倒塌。
[0004]基于此，工程减震控制技术应运而生，其中的一项应用就是屈曲约束支撑。
[0005]屈曲约束支撑的主要作用是在地震作用下，由屈曲约束支撑进行大量耗能，以保护其他主体结构尽量少的受到破坏。屈曲约束支撑受压时可屈服而不屈曲，因此克服了普通支撑易受压屈曲的缺点，在地震时有很好的耗能能力和延性。在地震作用后，只需更换已损坏的屈曲约束支撑即可，这样就大大降低了震后的维修费用。
[0006]但是，屈曲约束支撑的造价远高于普通支撑，这也大大制约了屈曲约束支撑的应用与推广。因此，本发明提出一种利用屈曲约束支撑进行优化设计的方法与结构，最大程度应用屈曲约束支撑进行耗能，以保护其他主体结构尽量少的受到破坏，但又可不全部采用屈曲约束支撑，用以降低造价，同时确保结构良好的抗震性能。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种屈曲约束支撑的优化设计方法，该屈曲约束支撑的优化设计方法不需要计算等效阻尼比，准确性高，又没有多次迭代的麻烦;还根据承担的楼层剪力来优选屈曲约束支撑的芯材截面面积，能使屈曲约束支撑能够成为主要的耗能构件，相应地确保结构其余部件的安全，提高结构的整体抗震能力；同时能节省造价，利于屈曲约束支撑的应用与推广。
[0008]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种屈曲约束支撑的优化设计方法，包括如下步骤:
步骤1，普通支撑选择:普通支撑选择时，普通支撑的刚度需满足小震、风荷载作用下的弹性设计要求。
[0009]步骤2，屈曲约束支撑选择:屈曲约束支撑选择时，需对屈曲约束支撑的刚度和芯材截面面积两个方面进行考虑;刚度方面，按照与步骤1中选择的普通支撑等刚度原则进行选择;芯材截面面积方面，按照分配承担的楼层剪力进行选择，芯材截面面积与所分配承担的楼层剪力呈正比，分配承担的楼层剪力越小，芯材截面面积也越小。
[0010]步骤3，屈曲约束支撑布置:在各个楼层中全部用屈曲约束支撑布置成呈“人”字形的屈曲约束支撑支撑结构体系。
[0011 ]步骤4，普通支撑布置:采用弹塑性时程分析法，对步骤3中的屈曲约束支撑支撑结构体系，进行中震和大震作用下弹塑性变形和消能机制的校核;并将在大震作用下不屈服的屈曲约束支撑，按照等刚度原则，替换为步骤1中选择的普通支撑。
[0012]还包括步骤5，再次进行弹塑性时程分析:对步骤4中替换为普通支撑的支撑结构体系，重新进行大震作用下弹塑性时程分析，当普通支撑无屈服时，则判定合格;否则，需重新替换为屈曲约束支撑。
[0013]所述步骤4中，普通支撑布置在0.9倍以上房屋高度处。
[0014]所述步骤2中，屈曲约束支撑在芯材截面面积选择时，需选择A、B、C、D四种规格的屈曲约束支撑，D、C、B、A的芯材截面面积逐渐递减;其中，D布置在0.3倍及以下房屋高度处；C布置在0.3倍至0.6倍房屋高度处;B布置在0.6倍至0.75倍房屋高度处;A布置在0.75倍以上房屋高度处。
[0015]D、C、B、A的芯材截面面积逐渐递减的递减比例在25-36%之间。
[0016]本发明还提供一种屈曲约束支撑的优化设计结构，该屈曲约束支撑的优化设计结构能根据承担的楼层剪力来优选屈曲约束支撑的芯材截面面积，能使屈曲约束支撑能够成为主要的耗能构件，相应地确保结构其余部件的安全，提高结构的整体抗震能力；同时能节省造价，利于屈曲约束支撑的应用与推广。
[0017]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种屈曲约束支撑的的支撑结构体系，包括设置在高层建筑中且均呈“人”字形的屈曲约束支撑和普通支撑，在0.9倍及以下房屋高度处全部设置为屈曲约束支撑，在0.9倍以上房屋高度处全部设置为普通支撑;其中，屈曲约束支撑在0.75倍至0.9倍房屋高度处的芯材截面积均为A，屈曲约束支撑在0.6倍至0.75倍房屋高度处的芯材截面积均为B，则A比B小28-36%ο
[0018]所述普通支撑为圆钢管。
[0019]位于0.9倍以上房屋高度处普通支撑的截面积均为Ε，且Ε=Α。
[0020]所述屈曲约束支撑在0.3倍至0.6倍房屋高度处的芯材截面积均为C，在0.3倍及以下房屋高度处的芯材截面积均为D，则D、C和Β逐渐递减，递减的比例在25-35%之间。
[0021]本发明采用上述方法与结构后，具有如下有益效果:
1、在弹性和弹塑性分析阶段均不需要计算等效阻尼比，既准确性高，又没有多次迭代的麻烦。
[0022]2、根据承担的楼层剪力来优选屈曲约束支撑的芯材截面面积，可以使屈曲约束支撑能够成为主要的耗能构件，相应地确保结构其余部件的安全，提高结构的整体抗震能力。
[0023]3、通过罕遇地震作用下的弹塑性时程分析将未屈服的屈曲约束支撑替换为普通支撑，这样既可以节省造价，又能确保对结构没有不良影响。
[0024]4、方法与结构简便，也更利于屈曲约束支撑的应用与推广。
【附图说明】
[0025]图1是本发明一种屈曲约束支撑的优化设计方法及支撑结构体系的结构示意图。
[0026]其中有:1.屈曲约束支撑;2.钢柱;3.钢梁;4.普通支撑。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0028]如图1所示，以一个楼层层数为34层，总高为153米的高层建筑为例，进行说明。
[0029]上述高层建筑，跨度取4.0米，层高Η取4.5米，共34层，总高153米。屈曲约束支撑1或普通支撑4布置在钢柱2和钢梁3之间，且均呈“人”字形。
[0030]上述钢柱采用600x600x34方钢管，钢梁采用Η900χ400χ14χ30，普通支撑均优选为圆钢管。
[0031 ] 一种屈曲约束支撑的优化设计方法，包括如下步骤:
步骤1，普通支撑选择:普通支撑选择时，普通支撑的刚度需满足小震、风荷载作用下的弹性设计要求。
[0032]经计算设计，1?10层，也即0.3倍及以下房屋高度处，普通支撑采用400x16圆钢管，其截面面积19302mm2; 10?23层，0.3倍至0.6倍房屋高度处，普通支撑采用350x12圆钢管，其截面面积12742mm2;23?34层，也即0.6倍以上房屋高度处，普通支撑采用300x10圆钢管，其截面面积9111mm2。
[0033]步骤2，屈曲约束支撑选择:屈曲约束支撑选择时，需对屈曲约束支撑的刚度和芯材截面面积两个方面进行考虑。
[0034]刚度方面，按照与步骤1中选择的普通支撑等刚度原则进行选择。
[0035]芯材截面面积方面，按照分配承担的楼层剪力进行选择。芯材截面面积与所分配承担的楼层剪力呈正比，分配承担的楼层剪力越小，芯材截面面积也越小。
[0036]在步骤中，削减剪力较小处，也即0.75倍以上房屋高度处屈曲约束支撑的芯材截面面积。具体为:选择A、B、C、D四种规格的屈曲约束支撑，D、C、B、A的芯材截面面积逐渐递减;其中，D布置在0.3倍及以下房屋高度处;C布置在0.3倍至0.6倍房屋高度处;B布置在0.6倍至0.75倍房屋高度处;A布置在0.75倍以上房屋高度处。D、C、B、A的芯材截面面积逐渐递减的