屈曲约束支撑在上海地铁17号线赵巷站的应用

摘要：介绍屈曲约束支撑在地铁高架站中的应用，阐述了屈曲约束支撑的受力原理及优势。

作者：唐辉姣

一、引言

        屈曲约束支撑又称防屈曲支撑或BRB(Buckling restrained brace),产品技术最早发展于1973年的日本，当时的一批日本学者成功研发了最早的墙板式防屈曲耗能支撑，并对其进行了加入不同无粘结材料的拉压试验；1994年北岭地震后，美国也开始对防屈曲支撑体系进行相应的设计研究和大比例试验，同时结合理论计算分析了该支撑体系较其他支撑体系的优点。

国内具有代表性的建筑有上海国家会展中心、北京建筑大学图书馆等等。

        本文作者有幸参与了上海轨道交通17号线赵巷站站台顶棚的设计，本文仅针对此项目进行屈曲约束支撑的分析。

二、项目简介

        本工程为上海地铁17号线赵巷站，本工程下部为混凝土结构，站台层顶棚采用拱形钢结构，结构总长157米，总宽29.44米，结构标高14.28m~25.48m。顶棚结构V形钢柱支撑在混凝土框架梁的顶面，为刚接柱脚；装饰性拱柱支撑在混凝土框架梁的侧面，为铰接柱脚。

        由于下部混凝土结构整体分割成三部分，在两部分交接处设立双柱，双柱间设置150mm的抗震缝。为了协调顶棚钢结构与主体混凝土的变形，也为了增强钢结构本身及整体结构的抗震性能，顶棚钢结构跨缝设置耗能型屈曲约束支撑。

        本项目钢结构斜柱截面为矩形管400*450*16*20，而屈曲支撑的芯材为20*250的一字型材，在芯材外包400*450*12的矩形管套筒，刚好与斜柱外观一致，整体看起来毫无违和感。

三、屈曲约束支撑的设计

        与普通支撑相比，屈曲约束支撑具有以下优点：承载力高，延性与滞回性能好，保护主体结构，减小相邻构件受力。

        屈曲约束支撑与普通支撑框架结构设计特点比较如下表所示：

        本项目采用屈曲约束支撑型号为RB-BRB IA-400，材料性质如下： 屈服承载力：400kN 设计承载力：357.2kN 极限承载力：1094.4kN 芯材截面积：2857.2mm² 支撑长度：7.322m，与水平方向夹角39.52度 屈服位移：1.0-9.0mm 极限位移：12mm-150mm

        1、根据电算结果，屈曲约束支撑非地震组合下最大轴力为304.73kN，地震组合下最大轴力为268.03kN非地震组合:304.73kN<357.2kN；地震组合268.03kN<357.2/0.75=476.27kN； 相邻杆件为Q345矩形管400*450*20*16，A=31120mm²；fy=295Mpa；σ=15.3Mpa«295Mpa。综上，屈曲约束支撑初步验算满足要求。

        2、屈曲约束支撑屈服承载力Nby=400 kN，等效截面面积Ae=2857.2/0.875=3265mm²，支撑长度l=7322mm，E=2.06x105N/mm²支撑刚度k=0.92x105 N/mm²根据双折线滞回模型，求出支撑拉伸长度为Δy=4.35mm，1.0mm<4.35mm<9.0mm,满足要求。

        3、顶棚钢结构大震作用下X向最大位移29.5mm，下部结构大震作用下X向最大位移163.3mm，叠加后位移Δy =192.8mm，支撑轴向变形Db=192.8xcos39.52=148.7mm，支撑内力N=207.1x105N。根据双折线滞回模型，求出支撑拉伸长度为Δy =148.7mm<150mm（极限位移），满足变形要求。

四、结语

        结构抗震设防的三原则：“小震不坏、中震可修、大震不倒”。采用屈曲约束支撑后，可以使建筑结构实现：小震经济、中震不坏、大震易修、余震不倒。本工程使屈曲约束支撑在轨道交通结构中得到了充分而有效的应用，为屈曲约束支撑的使用提供了新的领域，也为轨道交通结构设计提供了新的抗震渠道。