屈曲约束支撑与传统加固方法加固效果分析
0 引言
近年来，减隔震技术因技术成熟、理念先进得到广泛应用。以隔震建筑为例，自1993年首栋采用夹层橡胶垫的多层隔震住宅 (汕头市陵海路8层框架结构商住楼) 建成以来，目前我国已建成隔震建筑4 000余栋。减隔震技术在新疆住宅群、四川汶川灾区重建工程、昆明新机场航站楼、上海世博会主题馆、广州新电视塔、港珠澳跨海大桥和文物保护等多个项目中得到成功应用。且在我国部分地震高烈度区减隔震工程已经受住汶川地震、芦山地震等考验，充分说明减隔震技术可有效提高结构抗震能力。
我国对于减隔震技术标准化的建设不断完善，减隔震规范体系初步形成，如颁布实施了CECS126:2001《叠层橡胶支座隔震技术规程》、JG/T209—2012《建筑消能阻尼器》等，有关减隔震设计的分析内容已纳入GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》 (2016年版) 进行规范管理。在此基础上，JGJ297—2013《建筑消能减震技术规程》于2013年6月9日颁布，2013年12月1日正式实施。相关标准规范的完善意味着减隔震技术正进入快速发展的新时机和广泛应用的新阶段。
1 屈曲约束支撑发展背景
屈曲约束支撑是集承载和耗能于一体的特殊减震构件，设计时既要保证承载要求又要保证减震耗能要求。对于日本等成熟的减隔震市场，由于屈曲约束支撑具备优良的性价比，因此在减隔震产品中的应用比例最高，一般占总量的40%左右。
我国在实际工程中采用屈曲约束支撑始于2003年，现已成功应用于北京人民日报社报刊综合业务楼、天津117大厦、上海世博中心、上海虹桥枢纽磁浮站、中国国家展览中心等，并应用于大量历史建筑加固改造、学校与医院建筑新建及抗震加固等与人民生命财产息息相关的重要工程项目中。
2 屈曲约束支撑
屈曲约束支撑利用套筒为支撑芯材提供约束，可避免支撑在受压时发生屈曲，从而在地震作用下具有饱满稳定的滞回耗能能力。屈曲支撑具有结构延性好、滞回性能好、承载力高等优点，相同刚度下承载力较普通支撑提高2～10倍。
3 加固效果对比分析
3.1 工程概况
本工程为7层 (局部4层) 工业建筑，房屋高度超过规范要求，场地类别为Ⅲ类，场地特征周期为0.45s。原结构抗震设防烈度为7度 (0.15g) ，抗震等级为二级。现将抗震设防烈度提高至8度 (0.2g) ，抗震等级提高至一级，经复核验算后发现该结构在新设防烈度下大部分梁柱构件抗震承载力不足，且箍筋间距、配箍率等抗震构造措施不满足规范要求，故需对该结构进行加固处理。
加固时传统方案一般采用增大截面、隔震、设置钢支撑等方法。本工程不涉及基础加固，生产设备已安装到位，隔震方法不再适合。传统钢支撑为刚性拉压杆件，计算需要的截面较大，设置数量较多，将传统钢支撑改为约束屈曲支撑，同时选择传统加固方案中具有代表性的增大截面法作为对比。
3.2 传统加固方案
3.2.1 模型
通过增加梁柱截面的方法进行抗震加固，因建筑物内有工业设备，部分梁柱截面无法改变，其余梁柱均增大截面尺寸，计算模型如图1所示。
3.2.2 计算结果
经计算，增大梁柱截面后仍有少量构件承载力不满足《建筑抗震设计规范》性能2的中震设计要求，部分楼层层间位移比也无法满足，需更强的构造措施和更高的技术经济投入，所有框架梁、柱均需进行加固处理。
3.3 布置屈曲约束支撑
3.3.1 模型
布置屈曲约束支撑达到加固的目的，支撑布置如图2所示，共布置49根，不改变梁、柱截面尺寸。
3.3.2 计算结果
1) 弹性计算结果
结构主要指标计算结果如表1所示，由表1可知，本结构主要指标均满足规范要求，且各项指标均远优于传统加固方案。
表1 主要指标计算结果
Table 1 Calculation results of main indicators
2) 弹塑性分析
采用佳构软件对结构进行弹塑性分析，为验证模型的准确性，采用2种软件 (佳构、盈建科) 进行建模计算，由计算结果可知，2种模型动力特性和基底剪力基本吻合，故本文计算模型可用于弹塑性分析。地震波的选择按JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.5条相关要求进行，选择2条天然波和1条人工波进行计算 (见图3) ，结果如表2所示。
表2 基底剪力计算结果
Table 2 Calculation results of base shear force
由表2可知，3条地震波基底剪力处于CQC法计算所得基底剪力的80%～120%。经计算，在结构主要周期点3条地震波反应谱平均值与规范反应谱差值均<20%，可知3条地震波满足统计意义。
图3 地震波输入
Fig.3 Earthquake waves inputted
中震作用下结构层间位移角时程曲线如图4所示，由图4可知，层间位移角均<1/500，满足相关规范要求。大震作用下结构层间位移角时程曲线如图5所示，由图5可知，层间位移角均<1/275，满足相关规范要求。
Fig.4 Time-history curves of inter-story displacement angle (under medium earthquakes)
基于上述分析，设置屈曲约束支撑满足规范要求，抗震等级可按常规设计的有关规定降低一度采用，结合地震作用下计算结果，可知增设屈曲约束支撑后仅需加固2根柱。
4 结语
1) 屈曲约束支撑用于结构加固，可有效增加结构的阻尼及延性，改善结构的抗震性能，达到良好的经济效果。
2) 在弹、塑性结构分析下，屈曲约束支撑为结构提供抗侧刚度，实现了结构抗震承载力的提高。
3) 加固后，在地震作用下结构的抗震性能指标均能较好地满足规范要求，且实现了抗震性能等级提高的目标。
Fig.5 Time-history curves of inter-story displacement angle (under strong earthquakes)
4) 屈曲约束支撑在施工时安装速度快，产生的污染较少，在作业面充足的条件下可连续施工，达到缩短工期的目的。
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