高层混凝土基础隔震框架剪力墙结构地震反应分析

发布时间：2020-05-06 18:24

【摘要】：近年来我国城市化进程快速发展,住宅建筑以及商业办公建筑数量快速增加且结构形式愈发多样化。在我国城市规模不断扩大、城市人口逐渐增多的同时也应注意到我国许多城市处于地震带及断层附近。若于人口稠密地区发生地震,地震灾害将会对所在区域的城市基础设施产生严重破坏,造成重大人员伤亡和财产损失,产生严重的社会及经济影响。鉴于地震的严重破坏性,各国科研人员对地震的预测和防御做了大量研究。近十几年来隔震技术由于其优越的性能得到越来越广泛的应用。相较于传统抗震结构,隔震技术通过隔震装置将结构的变形与耗能集中于隔震层,有效控制地面震动向上部结构的传递,大幅降低上部结构的地震相应。随着研究与实践的不断深入,隔震技术越来越多的应用于高层建筑领域。为进一步推动高层隔震建筑的发展,本文针对高层隔震框剪结构进行了以下方面的研究。首先,本文对一栋典型高层框剪结构进行了8度设防烈度下的隔震设计,并对隔震结构在罕遇地震下的隔震层受力性能进行验算。经计算,隔震结构在设防地震作用下减震系数为0.37,在罕遇地震作用下隔震层极限水平位移及隔震层极限拉压应力均符合规范要求,隔震结构工作性能良好。其次,针对高层隔震建筑在地震作用下可能发生的倾覆问题进行了相应试验研究。根据前面所设计的高层隔震框剪结构,对原型结构进行合理简化并制作大高宽比刚体模型,进行一系列正弦波作用下的振动台试验以对原型结构的倾覆反应进行探究。研究表明,在动荷载作用下将静力倾覆临界加速度作为刚体发生倾覆的标准偏于保守;且在相同台面加速度作用下,模型的倾覆反应随台面振幅的增大而增大。第三,针对高层隔震框剪结构在罕遇乃至超烈度地震作用下隔震层上部结构有可能进入塑性状态这一特殊问题。采用有限元分析软件对原型结构建立了弹塑性分析模型并进行增量动力时程分析(IDA)。分析结果表明,在罕遇地震乃至超烈度地震作用下,结构最大弹塑性层间位移角出现在隔震层上一层。结构塑性发展顺序为上部结构连梁率先屈服其后剪力墙墙肢逐渐屈服并沿楼层向上发展。此外,随着地面峰值加速度的不断增大,结构破坏失效模式主要由隔震支座拉应力超限控制。第四,根据IDA分析结果,取非隔震和隔震原型结构中框架剪力墙一榀单元的隔震层及其上部结构底部两层建立实体子结构模型进行拟静力分析。由非隔震、隔震框剪子结构计算结果对比可以发现,两者塑性发展及损伤模式存在差异。由具有不同隔震层转换梁线刚度及纵筋配筋率的隔震子结构模型计算结果对比可以发现,提升隔震层转换梁线刚度与纵筋配筋率有利于减轻隔震子结构的破坏损伤且同时能够提升子结构极限承载能力。最后对隔震层转换梁线刚度和纵筋配筋率的合理取值提出了建议。
【图文】：

抗震结构,隔震结构,基础隔震技术

计的抗震结构与基础隔震结构在地震中的反应如图 1-1 所示。(a) 抗震结构 (b) 隔震结构图1-1 抗震结构与隔震结构地震响应对比基础隔震技术突破了延性设计方法所采用的通过结构自身的刚度、强度和延性“硬抗”式被动抗震方法，是一种主动“以柔克刚”式结构设计新方法。采用基础隔震技术的建筑不但可以在地震作用下有效降低结构自身的损坏，还可以为结构中人员、设备、财产等提供有效保护。目前，因基础隔震技术在地震作用下的优异表现，对其性能的进一步的研究和应用已越来越受到各国研究学者和工程技术人员的重视，成为当代土木结构工程领域最具前沿性的发展方向之一。1.2 国内外隔震技术应用与研究进展1.2.1 国内外隔震技术应用进展基础隔震的基本概念最早于 1881 年由日本学者河合浩藏提出[4]，他提出在地基上并排铺设多层圆木，然后它们稍许固定，之后再在圆木浇筑混凝土，建造建筑物。这是一种初级的隔震结构体系构思。1921 年，F.L.莱特设计的东京帝国饭店建成

隔震建筑,隔震技术,司法事务,基础隔震技术

“圣博娜迪诺司法事务中心”于美国加利福利亚州建成，同时这也是美国第一座隔震建筑。图1-2 建于新西兰威灵顿的威廉·克雷顿大厦在 1995 年的阪神地震中，，大量采用抗震结构的房屋受到严重破坏乃至出现倒塌，而于1994年建成的采用了隔震技术的“WEST大楼”则充分发挥了隔震结构的优良性能[11]。以此为契机，以往未得到广泛重视的隔震技术走进了社会与公众的视野，隔震建筑于日本迎来了高速发展的阶段，其隔震建筑高度和应用结构类型均不断取得突破。于 2000年竣工的东京彬并花园城采用了基础隔震技术，采用的隔震支座直径为 1100~1500mm，该建筑主体部分共计 30 层，高度为 93.1m；位于仙台市的 Santi MT 是日本第一个高度超过 60m 的大跨度高层隔震建筑，其高度为 84.9m
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.2

【参考文献】