0 引言

　　近年来，我国积极探索发展不同结构形式的装配式建筑，装配式建筑代表新一轮建筑业科技革命和产业变革方向。这既是建造方式的重大变革，也是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措。装配式钢-混组合主次结构建筑体系是由大型结构构件(大跨度钢梁、钢管混凝土柱、钢支撑和大跨度楼盖)组成的主结构与标准化和模块化程度高的次结构共同工作的一种装配式结构体系^[1]。其中主结构由大型结构构件组成，具有强大的抗侧刚度和良好的整体工作性能，还可充分发挥建筑材料受力特点^[2];次结构由常规或较小构件组成，只需承担自身荷载，可节约材料和降低造价^[3]。由于主、次结构布置灵活，具有良好的建筑适用性，日益受到人们的关注和欢迎^[4]。

　　随着主结构高度和体量增加，其所承受的地震作用必然增大，因此，在建筑物中考虑减震控制措施是对结构发展的必然要求^[5]。屈曲约束支撑和防屈曲钢板剪力墙是一种既不易屈服又具有良好耗能能力的支撑形式，小震时可为结构提供足够刚度，在中震和大震中又可通过受拉压屈服而耗散能量^[6]。在多遇地震下，设置屈曲约束支撑的结构侧向位移比设置普通支撑的结构明显减小^[7]。在罕遇地震下，最大层间位移角明显减小，且层间位移角变化更均匀，提高了结构安全储备^[5]。为降低地震作用对主结构构件产生的损伤、减小构件截面尺寸、降低工程成本、增加结构安全储备，本工程将主结构中部分钢支撑替换为屈曲约束支撑和防屈曲钢板剪力墙。

　　1 工程概况

　　深圳长圳公共住房及附属工程项目6号楼采用装配式钢-混组合主次结构体系。其中主结构采用框架-中心支撑结构，竖向承重构件采用钢管混凝土柱和钢柱，水平楼盖由钢梁和叠合楼板组成，在结构外围和电梯处设置钢支撑。主结构共12层，标准层层高9.3m，结构总高度为94.9m。次结构采用钢框架结构，层高分别为3,3,3.3m，每个主结构内含3个次结构单元，全楼共27个。次结构梁与主结构采用铰接连接，次结构柱坐落于主结构层，顶端与主结构层滑动连接^[8]。为加强结构在大震下的耗能能力，在主结构层间变形最大的第6层设置屈曲约束支撑(BRB)和防屈曲钢板剪力墙(BRW)，实现装配式框架-支撑结构与减震技术的融合^[9]。整体结构构成如图1所示，主结构标准层布置如图2所示，次结构标准层布置如图3所示。

　　

　　图1 结构计算模型  

　　 

　　

　　图2 主结构标准层平面布置  

　　 

　　2 罕遇地震下消能减震构件布置对结构性能的影响

　　

　　图3 次结构标准层平面布置  

　　 

　　2.1 BRB和BRW布置方案与性能参数

　　采用有限元软件佳构STRAT分析消能减震构件布置在不同位置时对结构抗震性能的影响，布置方案如表1所示，消能减震构件技术参数如表2所示。

　　  

　　表1 消能减震构件布置方案  

　　 

　　 

　　

　　  

　　表2 消能减震构件技术参数 

　　 

　　 

　　

　　2.2 地震波选择

　　根据JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》对地震波频谱特性要求，选取3条地震波进行分析，3条地震波结果相近，本文仅列出地震波主方向为x向的计算结果。主次双方向地震波加速度峰值比为1∶0.85，持续时间均>30s。主方向地震波有效峰值按规范要求调整为220cm/s^2[10]，调整后3条地震波加速度时程曲线如图4～6所示。

　　

　　图4 天然波1加速度时程曲线  

　　 

　　2.3 罕遇地震作用下的结构响应

　　1)位移角对比

　　

　　图5 天然波2加速度时程曲线 

　　 

　　

　　图6 人工波1加速度时程曲线  

　　 

　　采用天然波1对结构进行分析，分别将消能减震构件布置在主结构层第3,6,9,(5+9),(6+7)层。在大震作用下的最大层间位移角如表3所示。

　　  

　　表3 不同楼层设置消能减震构件位移角  

　　 

　　 

　　

　　设置BRB,BRW时的位移角小于无BRB,BRW的情况。当BRB,BRW布置在第3层时，由于3层剪力大，BRB,BRW构件屈服，刚度减小，第3层出现位移角较大。设置消能减震构件越多、位移角减小效果越明显;若设置单层耗能构件，设置在第9层时效果最明显。

　　2)耗能对比

　　采用天然波1对结构进行分析，6种方案在大震作用下的结构耗能如表4所示。

　　  

　　表4 不同楼层设置消能减震构件能量统计  

　　 

　　 

　　

　　单层布置方案:BRB布置于第3层时，耗能明显大于布置于第6,9层时，主要由于第3层剪力大于第6,9层，BRB均处于屈服耗能状态。BRW布置于第9层时，耗能最大占比为19%，其次布置于第6层为17%。多层布置方案耗能效果优于单层设置，设置于(6+7)层时耗能效果更明显。

　　3)对主结构柱损伤的影响

　　采用天然波1对结构进行分析，6种方案在大震作用下对主结构柱的损伤如表5所示。

　　  

　　表5 不同楼层设置消能减震构件主结构柱最终损伤  

　　 

　　 

　　

　　布置构件BRB,BRW时，主结构柱损伤明显小于无BRB,BRW时的结果，布置于第6,9层时柱损伤较少。布置多层消能减震构件时，主结构柱损伤更少。单层设置时，布置于9层时效果最好。

　　4)对主结构梁损伤的影响

　　在罕遇地震作用下，6种方案的主结构梁损伤如表6所示。

　　  

　　表6 不同楼层设置消能减震构件主结构梁最终损伤  

　　 

　　 

　　

　　布置构件BRB,BRW时，主结构梁损伤明显小于无BRB,BRW时的结果。布置多层消能减震构件时，主结构梁损伤更少。单层设置时，布置于9层时效果最好。

　　5)对BRB损伤的影响

　　采用天然波1对结构进行分析，6种方案在罕遇地震作用下的BRB损伤如表7所示。

　　  

　　表7 不同楼层设置消能减震构件BRB最终损伤 

　　 

　　 

　　

　　布置多层消能减震构件时，BRB损伤较明显。单层结构设置时，布置于9层时效果最好。

　　6)对BRW损伤的影响

　　罕遇地震作用下的BRW损伤如表8所示。

　　  

　　表8 不同楼层设置消能减震构件BRW最终损伤  

　　 

　　 

　　

　　无论将消能减震构件布置于哪层，均全部损伤。

　　7)小结

　　通过分析可以看出，罕遇地震作用下消能减震构件布置于多层结构时耗能效果优于布置于单层结构时。考虑到造价，当布置于单层结构且设置于中间楼层时效果更明显。

　　3 极罕遇地震作用下的结构响应

　　为在高烈度地区推广本结构体系，分析7度区极罕遇地震作用下消能减震构件设置于主结构6层和无设置消能减震构件2个模型的地震响应。主方向地震波有效峰值按规范的要求调整为350cm/s²。

　　1)位移角对比

　　在极罕遇地震作用下，位移角如图7所示。

　　

　　图7 极罕遇地震作用下位移角对比  

　　 

　　由图7可知，在极罕遇地震作用下，第6层设置BRB,BRW时，位移角小于无BRB,BRW时的结果。

　　2)主结构柱最终损伤

　　在极罕遇地震作用下，主结构柱最终损伤如表9 所示。由表9可知，第6层设置BRB,BRW时，柱损伤小于无BRB,BRW时的结果。

　　  

　　表9 主结构柱最终损伤  

　　 

　　 

　　

　　3)主结构梁最终损伤

　　在极罕遇地震作用下，主结构梁最终损伤如表1 0 所示。由表1 0可知，第6层设置BRB,BRW时，梁损伤小于无BRB,BRW时的结果。

　　  

　　表1 0 主结构梁最终损伤  

　　 

　　 

　　

　　4结语

　　本文研究一种新型装配式钢-混组合主次结构体系，在结构中设置屈曲约束支撑(BRB)和防屈曲钢板剪力墙(BRW)作为消能减震构件，为得到消能减震构件最优设置位置，采用有限元软件佳构STRAT分别建立了消能减震构件布置于主结构3,6,9,(5+9),(6+7)层和不设置消能减震构件的6个模型，分别分析6种不同消能减震构件设置方式在罕遇地震作用下结构地震响应。另外为在高烈度地区推广本结构体系，分析极罕遇地震作用下消能减震构件设置于主结构6层和无设置消能减震构件2个模型的地震响应。分析结果表明:消能减震构件设置越多，耗能效果越好，结构构件损伤越少;消能减震构件设置于主结构第6层时，结构构件损伤最少，结构位移角减小最明显;本结构体系在极罕遇地震下仍然屹立不倒，设置消能减震构件效果更加明显。