屈曲约束支撑与自复位支撑-框架结构抗震韧性评估对比研究

Comparative Study on Seismic Resilience Assessment of Buckling-Restrained Braced and Self-Centering Braced Steel Frame Structures

摘要

地震灾害对城市社会经济影响显著，传统抗震设计难以满足现代建筑抗震韧性需求，因此建筑抗震韧性受到广泛关注，而自复位支撑作为一种新型抗震构件，其抗震韧性优势亟待量化研究。本文基于《建筑抗震韧性评价标准》（GB/T 38591—2020），对屈曲约束支撑（BRB）钢框架建筑和自复位支撑钢框架建筑进行抗震韧性评估及对比。结果表明，两种结构的抗震韧性评级均为一星。自复位支撑结构在控制残余位移角和最大层间位移角方面表现更优，BRB结构在控制峰值楼层加速度方面表现更佳。现行《标准》未能充分考虑残余位移对韧性的影响，建议未来标准改进时纳入相关指标。本研究为新型抗震结构体系的韧性评估提供了参考依据，对推动建筑抗震韧性标准的完善具有重要意义。

Abstract

Earthquake disasters have a significant impact on urban socioeconomic systems， and the seismic resilience of buildings has garnered widespread attention. Traditional seismic-design approaches struggle to meet the resilience demands of modern structures. As a novel seismic component， self-centering braces require quantitative investigation to characterize their resilience advantages. Based on the Standard for Seismic Resilience Evaluation of Buildings （GB/T 38591—2020）， this study conducts and compares seismic-resilience assessments of steel-frame buildings equipped with buckling-restrained braces （BRBs） and those with self-centering braces. Results indicate that both structural types receive a one-star resilience rating. The self-centering-braced structure demonstrates superior performance in controlling residual drift angle and maximum inter-story drift angle， while the BRB-braced structure excels in limiting peak floor acceleration. The current standard does not adequately account for the impact of residual displacement on resilience； it is recommended that future revisions incorporate related indexes. This study provides reference data for the resilience evaluation of novel seismic-resistant systems and carries important implications for the enhancement of building seismic-resilience standards.

Graphical abstract

关键词

抗震韧性 / 支撑-框架结构 / 屈曲约束支撑 / 自复位支撑 / 工程需求参数

Key words

seismic resilience / braced-frame structure / buckling-restrained brace / self-centering brace / engineering demand parameters

0 引 言

我国城镇化进程持续加快，城镇化水平稳步提升^［1］。地震作为一种突发性强、破坏性大的自然灾害，对人口、财富及资源高度集聚的城市会产生深远的社会经济影响。按照传统抗震规范设计的建筑虽然能够保障人们的基本生命安全，但由于地震导致的内部设施损伤、功能中断等原因引起的损失不可忽略。例如1984年美国加州Loma Prieta地震的震级为M7.1级，造成经济损失达150亿美元；1994年美国Northridge震级为M6.7级的地震造成经济损失达200亿美元。因此，建筑抗震设防要求逐步从保证基本的生命安全，向保证生命和财产双安全转变。在此背景下，抗震韧性的概念应运而生^［2］。

2012年，美国联邦应急管理局（FEMA）制定了FEMA P-58标准^［3-4］，并开发了有效的应用工具PACT，将PBEE性能评估过程集成为标准形式，通过评估建筑修复成本、修复时间以及人员伤亡情况来表征建筑抗震韧性水平。2013年，英国奥雅纳公司提出REDi韧性评估方法^［5］，在FEMA P-58评估标准基础上，引入综合恢复、功能恢复以及安全恢复三个不同恢复等级的概念，提出了白金、金、银三级制韧性评级标准，建立起一套较为完善的建筑抗震韧性评估体系。2015年，美国可恢复功能理事会USRC成立，建立起一套三维（安全、损伤、可恢复）五星制韧性评级体系^［6］，对建筑进行挂牌评估及交易评估，旨在推动建筑结构韧性评级的普及。2020年，中国国家标准GB/T 38591—2020《建筑抗震韧性评价标准》^［7］（以下简称《标准）发布，提出了适应我国建筑结构实情的韧性评估指标计算方法，并建立起三星制韧性评级体系。

在上述抗震韧性评估标准的基础上，国内外众多学者针对各类建筑结构开展了大量工程研究。Gobbo和Williams等^［8］利用FEMA P-58标准对基于欧洲规范Eurocode8所设计的中心支撑框架建筑开展了抗震韧性评估。在此基础上，Gobbo等^［9］通过设置黏滞阻尼器对结构进行加固，并利用FEAM P-58标准探究阻尼比与建筑的修复成本之间的关系。Silva和Macedo等^［10］基于FEMA P-58方法对大量抗侧体系、平面布置、建筑高度、地震烈度区等因素差异较大的钢结构建筑开展了抗震性能评估。Jarrett等^［11］验证了采用混合屈曲约束支撑、防倒塌体系的新型结构体系及考虑重力体系建模方法对于提升建筑韧性水准的作用。在国内，吴继伟等^［12］详细阐述了FEMA P-58标准的应用原理及流程，并以一幢钢筋混凝土框剪建筑作为工程算例开展建筑抗震性能评估。任军宇等^［13］针对《标准》中的关键条文以及评估流程进行了深入解读，为后续基于《标准》开展研究提供参考。肖意等^［14］开展了国内外建筑抗震韧性评价标准的对比研究。

在面向性能及韧性的地震工程发展过程中，传统钢支撑构件在受压超过其屈服强度后易发生屈曲，刚度迅速下降，且耗能效果较差，无法起到保护结构安全和提升结构韧性的作用。自复位支撑作为一种新型抗震韧性支撑，其显著优势在于只需替换原有支撑而不改变结构主要受力构件，其变形模式与结构相协调，安装和维修方便。此外，自复位支撑将耗能和损伤集中于支撑部位，减小因塑性变形耗能引起的结构损伤，且不存在受压屈曲的问题，在地震工程领域具有广阔的发展前景和创新空间^［15-16］。Xiao等^［17-18］提出了低预应力需求自复位（LP-SCED）支撑。这种支撑通过将单向传力元件与耗能金属棒结合以作为耗能系统，消除了复位过程中耗能系统对复位系统的阻碍，确保了支撑能在较低的预应力水平下实现自复位功能。Chou等^［19］针对3层、6层和10层双核心筒式自复位支撑（DC-SCED）-框架结构，与屈曲约束支撑（BRB）-框架结构的抗震性能进行了对比分析。刘璐、吴斌^［20］则聚焦于6层全钢自复位屈曲约束支撑-框架结构，并探讨其相较于传统屈曲约束支撑-框架结构的抗震性能差异。

目前国内外针对自复位支撑的研究主要集中于通过对比分析自复位支撑结构体系与应用较为成熟的屈曲约束支撑结构体系之间各项抗震性能参数的变化情况，探究其对于建筑抗震性能的提升效果，而并未采用统一标准的韧性评估方法来量化研究这两种类型支撑对于建筑整体抗震韧性水准的影响机理。从定性角度来看，随着现代抗震及减隔震技术的快速发展，城市单体建筑的韧性水平已得到显著提升。然而，该提升的具体幅度达到何种水平才能有效满足经济发展对建筑抗震韧性的要求，仍需依赖客观、系统且统一的韧性评估标准加以量化研究。因此，本文选取屈曲约束支撑（BRB）-钢框架建筑和自复位支撑-钢框架建筑为工程算例，按照《标准》开展抗震韧性评估，并对比分析建筑的韧性评级结果、建筑修复费用指标、建筑修复时间指标及人员伤亡指标，定量研究自复位支撑相较于传统屈曲约束支撑在建筑抗震韧性评估上的差异。

1 减震结构设计及建筑性能模型

1.1　减震建筑概况

本研究以FEMA 355C^［21］中的西雅图SAC 9层钢框架结构办公室建筑模型为基础，分别采用BRB-钢框架抗侧体系以及自复位支撑-钢框架抗侧体系，按美国建筑抗震规范ASCE 7-16^［22］、AISC 341-16^［23］以及AISC 360-16^［24］进行抗震设计。建筑模型的平面图及立面图如图1所示，平面尺寸为45.7 m×45.7 m，首层层高为5.49 m，标准层层高为3.96 m，各层恒载和活载均为4.3 kPa和2.4 kPa。建筑抗震设计分组为D级，风险分级为Ⅱ级，重要系数为1.0，所在场地分组为C级，设计用加速度反应谱特征点SDS和SD1分别为1.12 g和0.488 g^［22］。结构中梁、柱构件均采用宽翼缘H型钢，钢材采用Q355。支撑采用人字形布置，耗能软钢采用Q235。结构中支撑与梁、柱的连接节点采用加固板的形式；无支撑影响的梁、柱节点采用简单的铰节点形式。由于结构在平面东西及南北方向均呈规则对称分布，可忽略其扭转效应，因此选取建筑平面的1/4区域进行结构设计及建模分析。

1.2　减震结构设计

在减震结构支撑设计中，考虑结构中地震侧向力只由BRB支撑构件承担。因此，本研究使用等效侧力法来计算并设计支撑的强度，并考虑延性的响应调整系数R^［22］，参考BRB建议值取为8。BRB支撑的软钢耗能段采用Q235材料，其长度与支撑总长度的比值取为0.7^［25］，BRB支撑具体设计信息如表1所示。自复位支撑采用伸缩筒式支撑^［26］，简称T-SCEDB。该支撑采用Technora型芳纶FRP筋作为预应力复位系统，使用板件摩擦作为耗能系统；通过两者的并联组合，实现旗帜形的滞回特性。相较于传统的自复位支撑，T-SCEDB采用的多伸缩筒式设计显著提升了支撑的轴向变形能力。T-SCEDB的详细构造形式和变形机理详见Erochko等的论文^［26］。本文中自复位支撑的设计基于等强度替换设计的原则，其屈服强度与BRB支撑保持一致，设计参数的选取参考肖意等^［27］关于自复位支撑变参数的研究，初始刚度k₁取为BRB支撑的3倍，λ_F取为0.03，k₂、δ_frac、A_PT等其他设计参数详见表1。

考虑到支撑在屈服后其强度进一步强化，取1.7倍的支撑强化系数，因此，受支撑影响的梁柱构件及加固板节点按照重力及1.7倍支撑屈服力组合值进行设计。由于本文考虑的支撑均不会受压屈曲，因此在加固板刚性节点的设计时只需要考虑强度要求。不受支撑影响的梁柱构件和铰接节点属于重力框架部分，只承担重力作用，其设计取值参考FEMA 355C^［21］中给出的重力框架信息，做适度调整，构件设计信息同周颖等的论文^［28］。

1.3　减震建筑性能模型

通过结构设计图初步确定BRB-钢框架建筑及自复位支撑-钢框架建筑的结构构件易损性类别及工程量；对于两幢钢框架建筑中非结构构件的修复类别、数量分布及构件造价等信息，本文主要通过结构设计图及国外FEMA P-58标准配套的非结构构件数量评估工具（Normative Quantity Estimation Tool）初步确定，并进一步结合《标准》中给出的构件易损性数据库以及市场调研从而最终确定建筑各类非结构构件的易损性类别及工程量。《标准》给出的易损性数据库中仅包含普通钢支撑构件易损性函数，而缺少BRB支撑及自复位支撑的相关定义。因此，本文分别参考AISC 341-16^［23］中给出的BRB支撑在不同损伤状态下的性能指标及方成等^［25］关于不同类型自复位支撑-钢框架结构的地震损失估计研究中给出的双核自复位支撑易损性函数。BRB-钢框架建筑及自复位支撑-钢框架建筑的结构和非结构构件信息同周颖等的论文^［28］；其中，当评估对象为自复位支撑-钢框架建筑时，支撑为T-SCEDB支撑。

人员伤亡情况的评估主要基于建筑人员密度模型。本文中BRB-钢框架建筑及自复位支撑-钢框架建筑功能用途均为办公用房。人员密度模型取《标准》中给出的建议值0.5人/m²，不考虑其随时间而变化。

2 工程需求参数计算

2.1　有限元模型

本研究采用OpenSees有限元模拟软件建立9层BRB-钢框架结构模型和自复位支撑-钢框架结构模型。参考Hsiao等^［29］、Xiao等^［27］提出的建模方法，在OpenSees中分别建立支撑跨框架模型及重力框架柱模型，并将重力框架柱模型水平向的位移度与支撑跨框架绑定，以考虑P-Δ效应和重力框架部分对于结构抗侧性能的影响。本模型中梁柱单元均采用基于力的梁柱纤维单元模型，材料为单轴各项同性的Steel02模型，每个单元设置5个积分点。两种支撑采用Truss单元进行模拟，BRB支撑材料采用单轴各向同性的Steel02模型；为模拟自复位支撑的旗帜形滞回曲线，自复位支撑材料采用SelfCentering模型。支撑与加固板端部采用铰接形式，支撑跨部分梁柱节点均为刚接形式。无支撑影响的重力框架部分梁柱节点为铰接形式，采用Pinching4材料设置非线性转动弹簧来模拟实现，计入其抗弯能力。OpenSees数值模型如图2所示。

2.2　地震动选取

本研究以场地设计反应谱为目标谱，从PEER NGA-west2地震动数据库中选取15条地震动记录（符合《标准》要求）用于结构地震时程分析，具体信息同周颖等的论文^［28］。将15条地震动加速度反应谱分别调幅至设防地震后，与场地设计反应谱对比如图3所示。

2.3　弹塑性时程分析

在设防及罕遇地震作用下进行弹塑性时程分析，并提取建筑主要工程需求参数，如层间位移角、峰值楼层加速度、梁柱转角、残余位移角等，其均值如图4—图8所示，其中B-SF表示BRB-钢框架结构，T-SF表示自复位支撑-钢框架结构。在获取原始工程需求参数（EDP）矩阵后，为满足蒙特卡洛模拟大样本需求，采用建筑抗震韧性评估方法对其进行扩展。扩展过程确保新生成的参数与原始参数保持相同的联合分布特性，同时保持矩阵的均值和方差一致。

3 建筑抗震韧性评估

确定减震建筑性能模型并通过矩阵扩充得到建筑工程需求参数矩阵，按照《标准》划分的修复工作进一步细分为9个修复组，包括结构构件（W1）、楼梯（W2）、围护构件（W3）、隔断构件（W4）、吊顶及附属构件（W5）、管线（W6）、机械设备（W7-1）、电气设备（W7-2）及电梯（W8）。依据工程参数扩充矩阵执行1 000次蒙特卡洛模拟。每次模拟基于构件易损性数据，计算各类构件损伤状态及其对应的建筑修复费用、建筑修复时间、人员伤亡等韧性指标。最终在一定保证率下通过韧性指标给出评估建筑的韧性评级。

建筑修复费用指标采用建筑修复费用与建造成本的比值来表示，即κ=R_T/C_T，其中R_T指在设防及罕遇地震作用下，所评估建筑通过抗震韧性评估计算得到的建筑修复费用；C_T指按照现行定额计算得到的建筑各类构件建造成本总和。取κ具有84%保证率的对数正态分布拟合值用作修复费用评估指标的计算。建筑修复时间指标是指在设防地震及罕遇地震作用下，按照《标准》规定的建筑修复策略及工人数量完成所有震损构件功能性恢复所需要的修复时间，并取其具有84%保证率的对数正态分布拟合值作为建筑修复时间评估指标。建筑人员伤亡指标是指在设防地震及罕遇地震作用下，建筑中伤亡人数占全部人数的比例，主要基于国内震害调查统计的楼层破坏等级^［30］、楼层名义伤亡率以及建筑人员密度模型来计算，以确定建筑各楼层的名义伤亡率。建筑人员密度模型已在1.3节中取定为办公类建筑模型（0.5人/m²）。

3.1　屈曲约束支撑-钢框架建筑韧性评估

在建筑修复费用方面，BRB-钢框架建筑建造成本总和C_T为36 251 791元。BRB-钢框架建筑在设防及罕遇地震作用下具有84%保证率的修复费用R_T分别为3 037 600、5 308 500元。因此，BRB-钢框架建筑在设防和罕遇地震作用下，建筑修复费用评估指标分别8.38%和14.64%。

在建筑修复时间方面，基于《标准》规定的建筑修复策略，在设防和罕遇地震作用下，建筑总修复时间分别为16 d和20 d。

在人员伤亡方面，同样采用具有84%保证率的对数正态分布拟合值作为BRB-钢框架建筑人员伤亡评估指标。设防地震下，γ_H=1.10×10^-4、γ_D=9.95×10^-6；罕遇地震作用下，γ_H=5.02×10^-4、γ_D=6.72×10^-5。

依据设防地震及罕遇地震作用下，BRB-钢框架建筑的三项韧性评估指标以及《标准》中给出的三星制评级表，确定建筑修复费用评估指标等级为一星，建筑修复时间评估指标等级为二星，建筑人员伤亡评估指标等级为二星。因此，BRB-钢框架建筑抗震韧性评级为一星。

3.2　自复位支撑-钢框架建筑韧性评估

在建筑修复费用方面，自复位支撑-钢框架建筑建造成本总和C_T为37 757 679元。自复位支撑-钢框架建筑在设防及罕遇地震作用下具有84%保证率的修复费用R_T分别为2 861 900、5 559 500元。因此，BRB-钢框架建筑在设防和罕遇地震作用下，建筑修复费用评估指标分别为7.58%和14.72%。

在建筑修复时间方面，采用《标准》规定的建筑修复策略和修复工人数量。在设防和罕遇地震作用下，建筑总修复时间分别为14 d和20 d。

在人员伤亡方面，同样采用具有84%保证率的对数正态分布拟合值作为自复位支撑-钢框架建筑人员伤亡评估指标。设防地震作用下，γ_H=1.21×10^-4、γ_D=1.10×10^-5；罕遇地震作用下，γ_H=9.42×10^-4、γ_D=1.41×10^-4。

依据《标准》中给出的三星制评级表，自复位支撑-钢框架建筑修复费用评估指标等级为一星，建筑修复时间评估指标等级为二星，建筑人员伤亡评估指标等级为一星。因此，自复位支撑-钢框架结构抗震韧性评级为一星。

4 建筑抗震韧性评估结果对比

4.1　建筑韧性评级对比

两幢建筑按《标准》开展抗震韧性评估的对比如表2所示。

两幢建筑按《标准》开展抗震韧性评估时，在设防地震作用下，自复位支撑-钢框架建筑相比BRB-钢框架建筑的修复费用、修复时间及人员伤亡三项韧性评估指标均略有降低，而罕遇地震作用下自复位支撑-钢框架建筑相比BRB-钢框架建筑的修复时间评估指标大致相当，修复费用、人员伤亡评估指标略微增加。这说明这两幢建筑按《标准》开展抗震韧性评估时，在设防及罕遇地震作用下，其韧性水准大致相当。

值得说明的是，《标准》由于建筑修复性判定流程设置问题难以充分表征残余位移角对于建筑韧性评估指标的影响，因此，现行《标准》中均不能充分考虑残余位移角降低对于建筑韧性水准的影响，不利于自复位支撑-钢框架建筑的韧性评估。如何纳入残余位移对建筑韧性的影响，是建筑抗震韧性评估方法未来改进的重要发展方向之一。

4.2　建筑修复费用指标对比

为对比分析BRB-钢框架建筑与自复位支撑-钢框架建筑按《标准》计算得到的各修复组修复费用情况，图9、图10分别给出设防及罕遇地震作用下两幢建筑中各层各修复组修复费用情况，其中B表示BRB-钢框架建筑，T表示T型自复位支撑-钢框架建筑。

BRB-钢框架建筑的W1修复组修复费用在两种地震动强度下均显著高于自复位支撑-钢框架建筑。这主要归因于结构构件的损伤程度受梁、柱构件转角及支撑易损性函数的影响。设防地震作用下，BRB-钢框架建筑的构件转角明显大于自复位支撑-钢框架建筑，且BRB支撑发生损伤，而T型自复位支撑未受损。在罕遇地震下，尽管两类建筑的构件转角差异较小，但BRB支撑的损伤程度更为严重，导致其W1修复组修复费用较高。自复位支撑钢框架建筑中W5—W7-1修复组修复费用明显大于BRB-钢框架建筑。由于W5—W7-1修复组属于加速度敏感型非结构构件，自复位支撑-钢框架建筑在两种地震动强度下的峰值楼层加速度均高于BRB-钢框架建筑。

W2—W4修复组包含的非结构构件对层间位移角较为敏感。设防地震作用下，BRB-钢框架建筑的最大层间位移角明显大于自复位支撑-钢框架建筑，而罕遇地震下，除3、4层外，两者层间位移角差异较小，导致修复费用趋于一致。

此外，W8修复组在两种地震动强度下的修复费用在两类建筑中均基本一致。这是由于电梯构件仅存在单一损伤状态，且损伤限值较低，因此在设防和罕遇地震作用下，两类建筑中的电梯构件均达到相同的损伤状态，导致修复费用无显著差异。

4.3　建筑修复时间指标对比

为对比分析BRB-钢框架建筑与自复位支撑-钢框架建筑按《标准》计算得到的各修复组修复时间情况，图11、图12分别给出设防及罕遇地震作用下两幢建筑中各层各修复组修复时间情况，其中B表示BRB-钢框架建筑，T表示T型自复位支撑-钢框架建筑。

在两种地震动强度下，BRB-钢框架建筑的W1修复时间明显长于自复位支撑-钢框架建筑，后者几乎无需修复。这是由于修复目标要求完成所有震损构件的功能性恢复，而梁、柱构件仅存在轻微损伤，不计入修复时间统计。因此，BRB-钢框架建筑的结构修复时间主要由BRB支撑损伤主导，而自复位支撑建筑中T型支撑几乎无损伤，导致其结构构件修复时间接近于零。BRB-钢框架建筑中W5—W7-1修复时间均小于自复位支撑-钢框架建筑，这是由于W5—W7-1均为加速度敏感型非结构构件，在两种地震动强度下，自复位耗能支撑-钢框架建筑中结构峰值楼层加速度均远大于BRB-钢框架建筑。此外，两幢建筑中W₈修复组修复时间基本一致。这是由于电梯构件只有一种损伤状态且损伤限值相对较低，在两种地震动强度下均能达到其唯一的损伤状态。

设防地震作用下，BRB-钢框架建筑中W2—W4修复时间均大于自复位支撑-钢框架建筑，而罕遇地震作用下，由于其底部两层中W2—W4修复时间均明显小于自复位支撑-钢框架建筑，导致其W2—W4整体修复时间小于自复位支撑-钢框架建筑。这是由于W2—W4均为位移敏感型非结构构件，其修复时间随结构最大层间位移角参数而变化，设防地震下，BRB-钢框架建筑中各层层间位移角均明显大于自复位支撑-钢框架建筑，而罕遇地震作用下，其底层层间位移角则明显小于自复位支撑-钢框架建筑。

自复位支撑-钢框架建筑在罕遇地震作用下，W5修复时间均远大于其他各修复组，而BRB-钢框架建筑中W5未出现此情况。这说明建筑各类构件中W5修复组构件受峰值楼层加速度影响最为显著，罕遇地震作用下，其修复时间随自复位支撑-钢框架建筑峰值楼层加速度参数的增加而显著增加，应进一步加强其基于性能的抗震设计研究。

在两种地震动强度下，自复位支撑-钢框架建筑中W1—W8总修复时间均大于BRB-钢框架建筑，但由于建筑各修复组修复次序安排不同，设防地震作用下，自复位支撑-钢框架建筑修复时间评估指标反而略低于BRB-钢框架建筑。这说明目前《标准》中针对建筑修复时间评估指标的定义较为单一，仅通过不同建筑总修复时间差异来评估其修复时间维度的韧性水准，而未考虑到不同建筑第一、二修复阶段中不对总修复时间起控制作用的各修复组修复时间情况。

4.4　建筑人员伤亡指标对比

为对比分析BRB-钢框架建筑与自复位支撑-钢框架建筑按《标准》计算建筑人员伤亡情况，图13—图16分别给出设防地震及罕遇地震作用下两幢建筑中结构构件及易造成人员伤亡的非结构构件（隔墙、吊顶）损伤占比情况，其中B表示BRB-钢框架建筑，T表示T型自复位支撑-钢框架建筑。

两种地震动强度下，相比于BRB-钢框架建筑而言，自复位支撑-钢框架建筑中结构构件损伤情况较轻。设防地震作用下，两幢建筑中易造成人员伤亡的非结构构件损伤情况相近，这是由于隔墙构件为位移敏感型非结构构件，而吊顶为加速度敏感型非结构构件，在设防地震作用下，BRB-钢框架建筑中结构最大层间位移角参数大于自复位支撑-钢框架建筑，而峰值楼层加速度参数小于自复位支撑-钢框架建筑，综上，两幢建筑中非结构构件的损伤情况基本一致。罕遇地震作用下，自复位支撑-钢框架建筑中易造成人员伤亡的非结构构件损伤情况显著严重于BRB-钢框架建筑。这是由于大震下两幢建筑中结构最大层间位移角参数基本一致，而自复位支撑-钢框架建筑中峰值楼层加速度参数仍明显大于BRB-钢框架建筑。综上，自复位支撑-钢框架建筑中非结构构件的损伤情况更加严重，相应的人员伤亡情况也更加严重。

5 结 论

本研究对比分析了BRB-钢框架建筑与自复位支撑-钢框架建筑按《标准》得到的建筑抗震韧性评级、建筑修复费用指标、建筑修复时间指标以及人员伤亡指标，定量研究了不同类型支撑对于建筑抗震韧性水准的影响机理，研究表明：

（1） 自复位支撑-钢框架建筑和BRB-钢框架建筑按《标准》评估得到的韧性等级均为一星。

（2） 两种类型支撑对于建筑抗震韧性水准影响机理的不同之处在于：自复位支撑相比于BRB能够显著降低建筑震后残余位移角，有效约束结构最大层间位移角，从而减少建筑不可修复情况及位移敏感型非结构构件损伤对于其韧性水准的影响；BRB相比于自复位支撑，楼层加速度响应更小，从而可降低加速度敏感型非结构构件损伤对于其韧性水准的影响。

（3） 两幢钢框架建筑按《标准》进行韧性评估时，人员伤亡情况均主要由非结构构件损伤引起。虽然自复位支撑-钢框架建筑中结构构件损伤情况轻于BRB-钢框架建筑，但其非结构构件损伤情况则重于BRB-钢框架建筑，因此其人员伤亡评估指标大于BRB-钢框架建筑。

（4） 虽然残余位移控制是现有自复位可恢复功能防震结构提升建筑韧性的关键方面，但本研究表明《标准》未能充分考虑残余位移对于建筑韧性水准的影响。后续应改进标准中针对建筑残余位移的相关规定或纳入易损性数据库中，从而为新型自复位结构体系的抗震韧性研究提供有效参考。

参考文献

[1] 国家统计局.中国统计年鉴2024［M］.北京：中国统计出版社，2024.

[2] 王啸霆，潘鹏，王涛，基于《建筑抗震韧性评价标准》的算例分析［J］.建筑结构，2020，50（16）：57-63.

[3] WANG Xiaoting，PAN Peng，WANG Tao，et al.Case study based on standard for seismic resilience assessment of buildings［J］.Building Structure，2020，50（16）：57-63.（in Chinese）

[4] FEMA.Seismic performance assessment of buildings，Volume 1，Methodology：FEMA P-58-2［S］.Washington DC：Federal Emergency Management Agency，2012.

[5] FEMA.Seismic performance assessment of buildings Volume 2，Implementation Guide：FEMA P-58-2［S］.Washington DC：Federal Emergency Management Agency，2012.

[6] ALMUFTI I，WILLFORD M.REDi^TM Rating System：Resilience-based earthquake design initiative for the next generation of buildings［S］.London：Up Group，2013.

[7] US.Resiliency Council.USRC Rating System-US Resiliency Council［EB/OL］.2020.https：//www.usrc.org/usrc-rating-system/.

[8] 中华人民共和国国家市场监督管理总局，中华人民共和国国家标准化管理委员会.建筑抗震韧性评价标准：GB/T 38591—2020［S］.北京：中国标准出版社，2020.

[9] State Administration for Market Regulation of China，Standardization Administration of China.Standard for seismic resilience assessment of buildings：GB/T 38591—2020［S］.Beijing：Standards Press of China，2020. （in Chinese）

[10] DEL GOBBO G M，WILLIAMS M S，BLAKEBOROUGH A.Seismic performance assessment of eurocode 8-compliant concentric braced frame buildings using FEMA P-58［J］.Engineering Structures，2018，155：192-208.

[11] DEL GOBBO G M，BLAKEBOROUGH A，WILLIAMS M S.Improving total-building seismic performance using linear fluid viscous dampers［J］.Bulletin of Earthquake Engineering，2018，16（9）：4249-4272.

[12] SILVA A，MACEDO L，MONTEIRO R，et al.Earthquake-induced loss assessment of steel buildings designed to eurocode 8［J］.Engineering Structures，2020，208：110244-110259.

[13] JARRETT J A，JUDD J P，CHARNEY F A.Comparative evaluation of innovative and traditional seismic-resisting systems using the FEMA P-58 procedure［J］.Journal of Constructional Steel Research，2015，105：107-118.

[14] 吴继伟，梁兴文，朱汉波.FEMA P-58新一代建筑抗震性能评估方法［J］.地震工程与工程振动，2015，35（3）：37-43.

[15] WU Jiwei，LIANG Xingwen，ZHU Hanbo.FEMA P-58-next-generation performance assessment of buildings［J］.Earthquake Engineering and Engineering Dynamics，2015，35（3）：37-43.（in Chinese）

[16] 任军宇，潘鹏，王涛，GB/T 38591—2020《建筑抗震韧性评价标准》解读［J］.建筑结构学报，2021，42（1）：48-56.

[17] REN Junyu，PAN Peng，WANG Tao，et al.Interpretation of GB/T 38591—2020 ‘Standard for seismic resilience assessment of buildings’［J］.Journal of Building Structures，2021，42（1）：48-56.（in Chinese）

[18] 肖意，周颖，吴浩，GB/T 38591—2020《建筑抗震韧性评价标准》与国际相关标准对比研究［J］.建筑结构学报，2021，42（7）：194-202.

[19] XIAO Yi，ZHOU Ying，WU Hao，et al.Comparative study on GB/T 38591—2020 ‘Standard for seismic resilience assessment of buildings’and relevant international standards［J］.Journal of Building Structures，2021，42（7）：194-202. （in Chinese）

[20] 周颖，申杰豪，肖意.自复位耗能支撑研究综述与展望［J］.建筑结构学报，2021，42（10）：1-13.

[21] ZHOU Ying，SHEN Jiehao，XIAO Yi.State-of-the-art on self-centering energy dissipative braces［J］.Journal of Building Structures，2021，42（10）：1-13.（in Chinese）

[22] 郭彦林，童精中，周鹏.防屈曲支撑的型式、设计理论与应用研究进展［J］.工程力学，2016，33（9）：1-14.

[23] GUO Yanlin，TONG Jingzhong，ZHOU Peng.Research progress of buckling restrained braces：types，design methods and applications［J］.Engineering Mechanics，2016，33（9）：1-14.（in Chinese）

[24] XIAO Y，EBERHARD M O，ZHOU Y，et al.Low-prestressing，self-centering energy dissipative brace［J］.Earthquake Engineering and Structural Dynamics，2022，51（12）：2837-2857.

[25] XIAO Y，EBERHARD M O，ZHOU Y，et al.Experimental investigation of a low‐prestressed self‐centering energy dissipative brace［J］.Earthquake Engineering and Structural Dynamics，2022，51（6）：1457-1476.

[26] CHOU C C，CHEN Y C，PHAM D H，et al.Steel braced frames with dual-core SCBs and sandwiched BRBs：Mechanics，modeling and seismic demands［J］.Engineering Structures，2014，72：26-40.

[27] 刘璐，吴斌.自复位防屈曲支撑钢框架减振效果分析［J］.建筑结构学报，2016，37（4）：93-101.

[28] LIU Lu，WU Bin.Seismic response of steel frames with self-centering buckling-restrained braces［J］.Journal of Building Structures，2016，37（4）：93-101.（in Chinese）

[29] FEMA.State of the art report on systems performance of steel moment frames subject to earthquake ground shaking：FEMA 355C［S］.Washington DC：Federal Emergency Management Agency，2000.

[30] ASCE.Minimum design loads and associated criteria for buildings and other structures：ASCE 7-16［S］.Reston，VA：American Society of Civil Engineers，2016.

[31] AISC.Seismic provisions for structural steel buildings：ANSI/AISC 341-16［S］.Chicago：American Institute of Steel Construction，2016.

[32] AISC.Specification for structural steel buildings：ANSI/AISC 360-16［S］.Chicago：American Institute of Steel Construction，2016.

[33] JONES P，ZAREIAN F.Seismic response of a 40-storey buckling-restrained braced frame designed for the los angeles region［J］.Structural Design of Tall and Special Buildings，2013，22（3）：291-299.

[34] EROCHKO J，CHRISTOPOULOS C，TREMBLAY R.Design and testing of an enhanced-elongation telescoping self-centering energy-dissipative brace［J］.Journal of Structural Engineering，2015，141（6）：4014163.

[35] XIAO Y，EBERHARD M O，ZHOU Y，et al.Proportioning of self‐centering energy dissipative braces［J］.Earthquake Engineering and Structural Dynamics，2021，50（10）：2613-2633.

[36] 周颖，赵佳美，肖意.基于不同评价标准的屈曲约束支撑-钢框架建筑抗震韧性评价研究［J］.建筑结构学报，2023，44（4）：204-215.

[37] ZHOU Ying，ZHAO Jiamei，XIAO Yi.Study on seismic resilience assessment of BＲB-steel frame building based on various assessment standards［J］.Journal of Building Structures，2023，44（4）：204-215.（in Chinese）

[38] HSIAO P C，LEHMAN D E，ROEDER C W.A model to simulate special concentrically braced frames beyond brace fracture［J］.Earthquake Engineering and Structural Dynamics，2013，42（2）：183-200.

[39] 尹之潜，杨淑文.震害与地震损失的估计方法［J］.地震工程与工程振动，1990（1）：99-108.

[40] YIN Zhiqian，LI Shuzhen，YANG Shuwen，ZHAO Zhi. Estimation Methods of Earthquake Damage and Losses ［J］.Earthquake Engineering and Engineering Vibration，1990（1）：99-108. （in Chinese）

基金资助

国家重点研发计划项目(2023YFC3805000)

国家自然科学基金项目(52208501)