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       支撑是一种最为经济的抗侧力构件，它既能提高结构的刚度和承载力，又不影响建筑采光以及内部空间的分割，且施工方便。传统的带支撑框架有中心支撑框架CBF(Concentrically Braced Frame)和偏心支撑框架EBF(Eccentrically Braced Frame)。常遇地震和强震时，CBF中的支撑会受压屈曲和受拉屈服，而屈曲会使受压承载力降低，从而限制了支撑作为抗侧力构件的耗能能力，因而大多数抗震规范都对中心支撑的抗震承载力进行调低。EBF通过偏心梁段的屈服，限制支撑的屈曲，可使结构具有较好的耗能性能。但是由于偏心梁段屈服，地震后结构修复较为困难，且支撑的刚度得不到完全发挥。

       由于支撑屈曲不利于能量耗散，因此相对于传统CBF提出了一种新的可以避免支撑屈曲的体系，称为屈曲约束支撑钢框架BRBF(Buckling Restrained Braced Frame)，屈曲约束支撑（Buckling-restrained Brace）由芯板材料，外套筒以及套筒内无粘结材料组成（如图1所示）。虽然BRB形式多样，但原理基本相似，利用刚度较大的外套筒抑制中心芯板的屈曲。支撑的中心是芯板材料(Steel Core)，为避免芯板材料受压时整体屈曲，即在受拉和受压时都能达到屈服，芯板材料被置于一个钢套管(Steel Tube)内，然后在套管内灌注填充材料，该填充材料具有一定的强度，又有较好的密实性，且耐久性优越。为减小或消除芯板材料受轴力时传给填充材料的力，而且由于泊松效应，芯板材料在受压情况下会膨胀，因此在芯板材料和砂浆之间设有一层无粘结材料或非常狭小的空气层(Gap)。屈曲约束支撑在日本应用较多，在美国、加拿大和我国台湾地区也有使用，我国大陆地区也在推广这种支撑体系，并且在北京、上海、西安等在建建筑中已经开始使用。

       屈曲约束支撑的发明解决了普通钢支撑的失稳破坏的问题，使钢结构支撑在受拉和受压时候性能一致（如图2所示），从而大大提高了钢材的利用率。屈曲约束支撑成为了结构的耗能元件，起到结构“保险丝”的作用。屈曲约束支撑结构延性性能好，耗能能力增强，且屈曲约束支撑施工方法与普通钢结构支撑相同，施工进度快，质量可靠。

 

图 1  屈曲约束支撑的基本构成图

 

 

  

图2  普通支撑与屈曲约束支撑试验滞回曲线

 

       当结构采用屈曲约束支撑后，建筑物经强烈地震后，主体结构将不会破坏，从而保护建筑物内人员安全和财产安全。

       结构设计中，为便于计算分析，常采用等截面的杆单元模拟屈曲约束支撑，而屈曲约束支撑受力芯板截面沿长度方向变化，如图3所示。因而需要将芯板等效为一根刚度与芯板刚度相同的等截面杆件，使单元的轴向刚度与屈曲约束支撑的轴向刚度相等。屈曲约束支撑的轴向刚度可采用串联弹簧的刚度计算方法得到。得到屈曲约束支撑弹性轴向刚度后，根据支撑长度能得到等截面直杆的截面面积，即等效截面面积。

 

       屈曲约束支撑主要通过芯板的轴向变形来提供抗侧力。一般屈曲约束支撑由三段组成，分别为连接段，转换段和约束屈曲段，如图3所示。设连接段，转换段以及屈曲约束段长度和截面面积分别为：，和。由材料力学可以求得各段轴向变形和轴向力之间的关系：

连接段：；

转换段：；

屈曲约束段：。

屈曲约束支撑为整体变形，其弹性轴向刚度为：

其中，分别为支撑三段的轴向刚度。

等效截面面积计算公式为：

 

       芯板为屈曲约束支撑的核心受力元件，对其钢材的性能要求应从严规定。根据抗震设计要求的不同，耗能型屈曲约束支撑、屈曲约束支撑型阻尼器、承载型屈曲约束支撑分别满足不同的设防目标。

       耗能型屈曲约束支撑应满足三点基本要求：一、多遇地震下保持弹性，二、在达到设计屈服承载力时能保证支撑屈服，三、一次强震下不破坏。因而对钢材的延性和屈服强度应具有比现行建筑抗震设计规范中更高要求。根据宝钢生产的低屈服点钢材性能，160MPa和225MPa钢材的屈服强度波动范围为，本规程采纳了宝钢低屈服点钢材的性能标准。根据大量的试验研究，采用普通低碳钢（Q235）制作的耗能型屈曲约束支撑也能满足要求，但对其钢材的性能应具有更为严格要求。由于我国建筑钢材市场中普通低碳钢是按照满足最低屈服强度要求进行生产、销售（即，Q235钢材屈服强度大于235MPa，即为合格），但屈曲约束支撑应在达到设计屈服承载力时保证屈服，如果钢材的超强系数过高，则该性能难以保证。因而对用于屈曲约束支撑芯板的Q235钢材规定了其屈服强度的上限值。选择20mm~60mm厚的钢板，进行7次检验，其性能结果见下表1所示，其屈服强度统计值约为275MPa，则其超强系数取值为1.15较为适宜。

 

表1  Q235钢材强度统计

Q235B	板厚	不同检验批次							平均值
		1	2	3	4	5	6	7
屈服强度	20	300	270	280	275	260	265		275
	25	270	270						270
	30	280	275	275	260	265	260	245	269
	40	285	275	275	270				276
	50	275	270	265					270
	60	290	270	240	250	270			264

 

       屈曲约束支撑型阻尼器有严格的地震下低周疲劳要求，且其屈服位移、屈服承载力、极限变形能力也是工程设计中的重要指标，为满足该要求，本规程规定用于屈曲约束支撑型阻尼器芯板的钢材仅允许采用低屈服点钢材，低屈服点钢材的伸长率应大于40%，且具有0℃下冲击功韧性的性能保证。

       承载型屈曲约束支撑主要作为承载力构件使用，对其强度的要求高于其延性的要求，因而芯板可以采用高强度钢材。我国钢结构设计规范中的高强度钢有Q345、Q390和Q420三种，都可以应用于承载型屈曲约束支撑芯板。