基于巨型结构的横块化建筑地震倒塌与连续倒塌性能研究

发布时间：2020-07-14 06:30

【摘要】：模块化建筑能有效解决传统现浇结构施工时的种种高能耗与环境污染问题,目前国内外采用模块化建筑技术的高层和超高层建筑还较少,我国人口密集,用地紧张,把模块化建筑技术运用到高层及超高层建筑中,是未来发展和研究的趋势。本文把模块化建筑施工质量高、建造工期短、环保、低能耗等优点与巨型结构抗侧刚度巨大的优点结合起来,对巨型框架结构中的子结构采用模块化钢框架盒子结构的形式,把模块化建筑技术运用到超高层建筑中。由于模块化钢框架盒子结构具有多柱、双层梁以及特殊的连接构造等特点,其受力性能与传统结构有所不同,同时基于巨型结构的模块化子结构所处高度较高,一旦在地震中发生倒塌,或者因偶然荷载造成部分柱子失效而引起连续倒塌,必然会造成严重的社会影响和经济损失,因此本文通过有限元分析的手段,针对基于巨型框架结构的模块化钢框架子结构在长周期主余震地震动作用下的抗地震倒塌性能以及因各种偶然荷载造成局部柱构件失效时的抗连续倒塌性能进行评估。本文的主要研究内容与结论如下:(1)基于巨型结构的模块化子结构的抗震性能分析。本文选取7条长周期主余震地震动对整体结构进行弹塑性时程分析,从最大层间位移角和连接处的损伤分布情况对基于巨型结构的模块化子结构的抗震性能进行了评估。结果表明,在满足刚性楼板假定前提下,基于巨型结构的模块化子结构,在7度220gal长周期主余震作用下,最大层间位移角满足规范限值,模块化子结构首层底板标高处的连接出现损坏,在8度400gal长周期主余震作用下,最大层间位移角有28.57%的概率超过规范限值,除了模块化子结构首层底板标高处的连接出现损坏,在下部巨型区间中主—子结构间连接有28.57%的概率出现沿全楼层均发生损坏的情况。(2)基于巨型结构的模块化子结构抗地震倒塌分析。本文在楼板不满足刚性楼板假定以及主结构与子结构无约束作用的条件下,以模块化子结构为研究对象,从最大层间位移角、连接处的损坏情况、结构构件有效塑性应变的分布、钢柱是否屈曲等方面对模块化子结构在长周期主余震作用下的抗地震倒塌性能进行评估。结果表明,在7度220gal长周期主余震作用下,子结构不会发生倒塌;在8度400gal长周期主余震作用下,最大层间位移角有57.14%的概率超过规范限值,有28.57%的概率出现最大层间位移角不仅超过规范限值且首层有25%的钢柱均发生屈曲失稳的情况,子结构会发生倒塌。余震与主震的最大层间位移角之比在大部分工况下均在67%以下,在个别工况下达到80%以上。地震作用下构件的有效塑性应变集中在外侧盒子结构的底板梁两端。在8度400gal的长周期主余震作用时,余震最大可使结构有效塑性应变增加8.34%。模块化子结构首层底板标高处的连接出现损坏。(3)基于巨型结构的模块化子结构抗连续倒塌分析。对模块化子结构在不同楼层发生单柱、单簇柱失效以及首层发生双柱、双簇柱失效时分别进行了连续倒塌分析,对比了模块化子结构在连续倒塌过程中连接处是否会失效的两种结果,探讨能否通过提高连接处螺栓抗剪强度去防止连续倒塌过程中连接处的失效,从而避免连续倒塌。结果表明,当连续倒塌过程中连接处因螺栓抗剪强度不足而发生失效时,单柱或单簇柱失效的楼层越高,竖向失效位移越大,越容易发生连续倒塌。当连接处不失效时,首层和五层发生单柱或单簇柱失效时抗连续倒塌能力相差不大,且失效位移均明显低于限值,失效位移与限值的比值在41.2%—58.0%的范围内,不会发生连续倒塌。首层和五层比九层在单柱或单簇柱失效时能够更容易、更经济地提高连接处螺栓抗剪强度来避免连接处的失效,从而避免连续倒塌。首层最外侧双柱或双簇柱失效时,失效盒子结构会往失效双柱一侧倾倒,发生连续倒塌。内部双柱或双簇柱失效时,模块化子结构接近连续倒塌的状态。因此建议在模块子结构首层加设支撑提高结构抗连续倒塌能力。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU312.3
【图文】：

模块化,装配式建筑,广州大学,绪论

广州大学硕士学位论文第一章绪论速发展，建筑业正处于高速发展的时染、水资源浪费、建筑垃圾量大等日发展的理念，全面推广装配式建筑结构（图 1-1），是一种高度预制化结构，具有以下优点:（1）施工质量）对环境友好[3]。模块建筑能有效解染问题，具有重要研究意义。

布里斯托尔,港口城市,钢结构,英国

式模块化建筑的抗侧移刚度。筑的国内外工程应用里达迪斯尼世界旅馆属于非承重型盒子结构体支承盒子结构从而形成整体结构[26]。一座18层旅馆也采用了非承重型盒子结构体系子的，盒子只承担自身的恒载和活载[26]。利尔的Habital 67住宅属于承重型盒子结构，967年建成，是一个由354个盒子构件组成的, 筑，如图1-2所示。这座名为“Habital 67””作为一种结构形式和建筑造型手段的作用,

舱体,房屋

[18]。舱体楼主要包括两座混凝土楼体，各为11层和13层，并可通过预制模块单元进行连接，如图1-6所示。为适应北京市旧城改造和城市建设需要,中国建筑一局和北京市城建技术开发中心于 1990 年至 1991 年筹建了一批盒子建筑试点工程[29]。在 2008 年 11 月于北京召开的第 7 届中国国际住宅产业博览会上，浙江泰格集成房屋有限公司展出了一套 2 层的模块化建筑住宅，住宅共分四个模块，分别为 3 个房屋模块和门廊模块，采用轻钢框架与 SIP 墙板组成。该住宅号称为中国大陆设计、制造的第一套模块化住宅。在2011年上海国际冶金展上，宝钢集团展出了一套2层的钢结构模块化建筑房屋，

【参考文献】