結(jié)構(gòu)所-陳朝云、鄧茂廣

中山醫(yī)院醫(yī)療科研綜合樓集醫(yī)療與科研功能為一體，采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。大樓南北向布置，東西方向總長(zhǎng)度為115.5 米，南北方向總寬度為66.5 米。地上20 層，裙房7 層，建筑高度87.950 米。裙房平面呈鉆石形，裙房以上主樓呈V形展開(kāi)，夾角成132°。1～7層包含外科手術(shù)室、ICU、病理科等功能，8層以上為婦產(chǎn)科、外科、臨床驗(yàn)證平臺(tái)病房等功能。裙房以下和以上房間布置差異大，從基礎(chǔ)通至主樓頂?shù)募袅H有北側(cè)樓電梯間和山墻局部部位可以布置，八層以上主樓沿橫向剛度偏弱，結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)能力欠缺。需要適當(dāng)調(diào)整上部樓層的剛度分布，改善建筑抗震性能。

醫(yī)療科研綜合樓立面效果圖

一層平面圖

八－十三層平面圖

上部樓層房間分隔固定，在A-3、5、7軸和B-3、5、7軸框架填充墻位置增設(shè)支撐能有效增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)性能。但新的問(wèn)題產(chǎn)生了，增設(shè)支撐后，剛度適合時(shí)，支撐構(gòu)件承受的軸壓力超出支撐的承載能力。為滿足承載力要求，增大支撐構(gòu)件尺寸，支撐的剛度增大，支撐受到的力也進(jìn)一步增大。支撐剛度過(guò)大，使上部樓層剛度突變，反而影響結(jié)構(gòu)整體性能。就普通支撐而言，足夠的承載能力和適宜的剛度，如熊掌與魚(yú)，不可兼得。

支撐布置平面圖

為此，我們?cè)谙鄳?yīng)位置設(shè)置屈曲約束支撐（BRB）。BRB是由芯材、約束芯材屈曲的套筒和位于芯材與套筒間的無(wú)粘結(jié)材料及填充材料組成的一種支撐構(gòu)件。BRB僅芯板與主體框架連接，所受荷載完全由芯板承擔(dān)，外套筒和填充材料約束芯板受壓屈曲。因此BRB沒(méi)有受壓穩(wěn)定問(wèn)題，其在風(fēng)載與小震下構(gòu)件承載能力比普通支撐提高 2-10 倍。BRB在滿足承載力的情況下，其截面大大減小，同時(shí)滿足剛度適宜的要求。屈曲約束支撐從裙房最上一層開(kāi)始設(shè)置，部位為7-19層。考慮到7層通道的通行要求，局部人型支撐形式調(diào)整為單斜桿支撐形式。

屈曲約束支撐布置立面圖

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)為兩階段設(shè)計(jì)方法，在小震階段屈曲約束支撐保持彈性，其結(jié)構(gòu)延性系數(shù)、阻尼比按照普通混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)定選取。定義屈曲約束支撐的方法與定義普通鋼支撐方法類似。不同之處在于以屈曲約束支撐的等效截面面積來(lái)定義支撐。
屈曲約束支撐芯板截面沿長(zhǎng)度方向變化，計(jì)算時(shí)將芯板等效為一根與屈曲約束支撐軸向剛度相同的等截面桿件。
屈曲約束支撐的軸向剛度ke采用串聯(lián)彈簧的剛度計(jì)算方法得到，
ke=k1k2k3 ∕（k2k3+2k1k2+2k1k3）其中k1、k2、k3為芯板各段的軸向剛度
等截面直桿截面面積即等效截面面積Ae根據(jù)ke和支撐長(zhǎng)度由下式得到。
Ae=ke（l1+2l2+2l3）∕E

屈曲約束支撐芯板示意圖

用等效截面進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)總體指標(biāo)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力滿足要求，求得屈曲約束支撐在小震下最不利組合軸力值如下：

根據(jù)每根支撐的等效截面面積、擬采用的芯板鋼材等級(jí)及支撐預(yù)估實(shí)際長(zhǎng)度，計(jì)算每根屈曲約束支撐的設(shè)計(jì)承載力。得到屈曲約束支撐的設(shè)計(jì)承載力后，提取支撐在各荷載組合下的最大內(nèi)力，并與支撐設(shè)計(jì)承載力進(jìn)行對(duì)比，如各荷載組合下最大內(nèi)力小于支撐設(shè)計(jì)承載力，則滿足要求。
本工程屈曲約束支撐的選型為：JG-BRB-C-1800-4000，JG-BRB-C-1350-6000，JG-BRB-C-1350-4000，參數(shù)如下：

本項(xiàng)目設(shè)置屈曲約束支撐目的為改善整體抗扭性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)剛度分布，布置數(shù)量較少，因此未考慮增加結(jié)構(gòu)附加阻尼。

為進(jìn)一步了解屈曲約束支撐在各階段進(jìn)入屈曲的情況，采用PROFORM-3D軟件補(bǔ)充罕遇地震作用下屈曲支撐的彈塑性計(jì)算分析。屈曲支撐在多遇地震狀態(tài)下彈性，調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形；在設(shè)防地震和罕遇地震下部分支撐進(jìn)入屈服，但未破壞，仍有剛度和承載力。由于屈曲約束支撐具有明確的屈服承載力，在大震下可起到“保險(xiǎn)絲”的作用，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)在大震下不屈服或者不嚴(yán)重破壞。大震后，可以方便地更換損壞的支撐，恢復(fù)結(jié)構(gòu)抗震性能。

[ OP ≤ 青< IO ≤ 綠 < LS ≤ 橙

屈曲約束支撐連接節(jié)點(diǎn)依據(jù)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)承載力應(yīng)大于屈曲約束支撐的極限承載力。屈曲約束支撐的連接方式有三種方式：焊接、螺栓連接和銷軸連接。本工程從施工便利程度和經(jīng)濟(jì)性考慮，采用焊接連接。

屈曲約束支撐與梁、柱連接節(jié)點(diǎn)

連接節(jié)點(diǎn)預(yù)埋件

屈曲約束支撐在滿足構(gòu)件承載力的同時(shí)，提供適宜的結(jié)構(gòu)剛度，“熊掌與魚(yú)”，兼而得之。中山醫(yī)院醫(yī)療科研綜合樓通過(guò)合理應(yīng)用屈曲約束支撐，達(dá)到降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)、改善整體剛度、提高抗震性能的良好效果。