【项目概况】
本工程为超限高层结构，位于8度区（0.20g），II类场地，采用框架-核心筒结构体系，主楼54层，结构高度208.40m。在27、42层设置两个加强层，由伸臂桁架和带状桁架组成。属于超过B级高度的超限高层。
【设计思路】
初步方案加强层采用了普通钢支撑，按照中震不屈服设计。首先根据小震下的位移要求或刚度要求确定支撑截面，在中震验算时发现支撑应力比仍然较低，可满足中震不屈服的要求，小震、中震的其它结构指标均正常，符合规范要求。
在进行大震复核时发现很多支撑仍未屈服，最大支撑内力达到了32650KN，导致了相连外围框架柱受拉，外围框架柱及支撑节点设计困难。同时支撑内力过大也造成了结构整体的抗震性能下降，过大的支撑截面反而使得大震弹塑性分析结果不理想。
分析上述问题时发现，由于支撑截面是小震下的位移控制的，因此属于刚度控制而不是强度控制，中震计算下支撑的应力比仍然较低也反应了这一点，同时为了防止支撑屈曲，应力比也不可能过高。这就导致了支撑进入屈服较晚，大震下支撑的内力相比较中震内力仍然有很大的增加，引起了上述问题。 对于普通钢支撑而言，解决这一问题是很困难的，因为它是等截面构件，刚度和屈服力是一一对应的，受到屈曲问题的制约，满足刚度要求加大截面必然导致屈服力过高。
【减震方案及效果】
而采用了BRB代替了普通支撑确可以很好的解决这个问题。首先BRB会屈服而不会屈曲，其次由于BRB是一种变截面而非等截面构件，刚度和屈服力无一一对应关系，因此在刚度确定的情况下，可以在一定范围内对屈服力进行调节。最后BRB是通过试验直接保证大震下的性能的，大震下的工作性能完全有保障。
根据本工程的特点，在BRB产品设计时，首先按照小震下的结构刚度要求确定其刚度，即不改变原有设计中的刚度，然后根据中震不屈服的抗震性能目标设定其屈服位移，取为稍大于中震下BRB的位移为最终产品设计时的屈服位移，这样就可以控制伸臂支撑大震下的出力，且进入屈服后BRB还将提供一定的耗能作用，为主体结构提供附加阻尼比，提高结构大震下的抗震性能。
本工程根据我司建议，最终采用了BRB代替了普通支撑的方案，取得了如下的效果：
- 在保证小震时与普通支撑刚度相同的前提下，控制BRB屈服力，使其在中震后进入屈服耗能，控制其内力不至过大。最终大震下伸臂内力减小了60%，与周围连接的可靠性大为增强，同时作为关键构件的伸臂抗震性能水准显著提高；
- 改善了加强层刚度突变带来的不利影响，大震下与伸臂相连的外围框架柱未出现拉力，减小了与其相连的构件及自身节点的设计难度；
- 外围框架柱截面减小20%，墙体厚度减小10%~20%，有效降低了结构自重；
- 大震下支撑型抗震消能器提供了1.85%的附加阻尼；
- 减少型钢用量400吨，混凝土用量2300m3，增加建筑使用面积636m2；
- 使用减震方案后，在土建造价降低的情况下，大震下结构层间位移角减小了5%~13%，大震下的抗震性能有所提高。
【案例提示】
超高层中设置加强层是一种控制结构位移的有效手段，但其也有带来结构整体刚度突变的不利影响，在大震下可能表现的尤其明显。而伸臂桁架作为关键构件，往往内力巨大，造成了与其相连的结构构件和自身节点设计难度较大。
BRB代替伸臂中的普通支撑可有效改变这一状况，BRB可灵活控制刚度、屈服力，且不会发生屈曲，既可以方便实现构件本身作为关键构件的抗震性能目标，又可以控制大震下支撑内力的增长，改善加强层引起结构的刚度突变在大震下的不利影响，提升整个结构的抗震性能。BRB屈服后还可以为主体结构提供一定的附加阻尼比，提高结构大震下的抗震性能，值得在此类项目中推广。 |
