Z形平面筒体抗震性能及减震优化研究

发布时间：2020-08-07 19:33

【摘要】：核心筒作为框架-核心筒结构主要的抗侧力构件和第一条抗震防线,其性能直接反映了结构整体的抗震性能,因此,充分研究核心筒的抗震性能对掌握结构的抗震能力是很有意义的。然而,目前对筒体的研究主要集中在方形平面形式,其他平面形式的研究暂空白。“Z”字形平面建筑具有南北通透、采光好等优点,在南方颇受市场欢迎。为满足建筑消防要求,其核心筒平面也为Z形,因此,深入研究Z形核心筒的抗震性能,对Z形平面建筑的推广使用和结构设计有着意义。因此,以深圳某Z形平面建筑的工程为例,采用静力弹塑性分析法、增量动力分析法(Incremental Dynamic Analysis,IDA)和地震易损性分析方法等方法对Z形核心筒进行了相关研究:(1)为研究不同凸出比例的Z形核心筒在不同荷载角度下的抗震性能情况,设计了5个凸出比例的Z形核心筒,采用PEROFRM-3D结构分析软件沿12个荷载角度分别对其进行静力弹塑性分析,从而确定了各筒体的强轴、弱轴和不利荷载范围。结果表明:(1)Z形核心筒的弱轴与凸出比例无关,均在0°方向;(2)Z形核心筒的强轴则与凸出比例有关,凸出比例在区间(0,1/9]和(1/4,1/3]的Z形核心筒的强轴在60°方向,凸出比例在区间(1/9,1/4]的Z形核心筒的强轴在105°方向;(3)各凸出比例的Z形核心筒均在一定的荷载角度区间内性能较差,该区间与筒体的凸出比例相关,各不相同。(2)旨在探究X向和Y向连梁跨高比对Z形核心筒性能的影响规律,分别对连梁跨高比不同的Z形核心筒施加0°和90°方向的水平荷载,对比了其性能差异,并给出了连梁跨高比的设计建议值。结果表明:(1)与荷载角度平行方向上的连梁跨高比对筒体性能有较大影响,随着跨高比的减小,筒体极限承载力明显提升,但延性下降;(2)与荷载角度垂直方向上的连梁跨高比对筒体性能没有影响,但会出现垂直连梁长度方向的横向剪切力;(3)建议Z形核心筒在结构设计时,Y向连梁跨高比取1.3~2.0,凸出比例在区间(1/4,1/3]、(1/5,1/4]、(1/6,1/5]、(0,1/6]的Z形核心筒的X向连梁跨高比分别建议取1.0~2.0、1.3~1.5、1.5~2.0和2.0。(3)为研究Z形核心筒的动力性能并对静力性能进行验证,采用ATC-63推荐的22条地震动记录分别对各筒体进行了增量动力分析和易损性分析,以地震动最大峰值加速度(Peak Ground Acceleration,PGA)作为IM参数,以最大层间位移角(θ)为DM参数,进行多次调幅,分别得到其IDA曲线簇、IDA分位曲线和易损性曲线。结果表明:(1)以θ-PGA为DM-IM参数得到的IDA曲线簇的离散性较小;(2)凸出比例在(0,1/4]之间的Z形核心筒刚度退化程度相近,8度(0.3g)大震作用下的倒塌失效概率均小于20%;(3)凸出比例在区间(1/4,1/3]的Z形核心筒在地震动作用下刚度退化最快,8度(0.3g)大震作用下的倒塌失效概率高达92%。(4)通过静力与动力分析方法对Z形核心筒进行研究得到的性能情况大致相同,即:(1)凸出比例在区间(1/4,1/3]的Z形核心筒扭转效应较大,底部连梁易出现破坏,倒塌概率较高;(2)凸出比例在区间(1/9,1/4]的Z形核心筒延性较差,筒体刚度退化较快,但倒塌概率相对较低;(3)凸出比例在区间(0,1/9]的Z形核心筒的极限承载力和延性较好,倒塌概率最低。采用功能自恢复连梁阻尼器对Z形核心筒进行减震优化,利用ETABS软件对减震结构进行多遇地震作用下的时程分析,结果表明,功能自恢复连梁阻尼器能够有效的减小结构的扭转效应和增强结构的延性。(5)通过研究,得到了Z形核心筒的设计建议:(1)凸出比例在区间(0,1/9]的Z形核心筒建议优先采用,且按常规结构设计进行即可;(2)凸出比例在区间(1/9,1/4]的Z形核心筒在使用时宜采用较小的连梁跨高比;(3)凸出比例在区间(1/4,1/3]的Z形核心筒应采用消能减震装置(如功能自恢复连梁阻尼器等)来提高核心筒的抗震性能,降低筒体倒塌失效的概率。
【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】：TU352.11
【图文】：

Z 形平面筒体抗震性能及减震优化研究（3）Z 形核心筒的疏散单元是分别布置在上下两部分，其灾后疏散是分开的，在疏散的便利性和安全性方面也存在其自身的优势。

图 1-2 Z 形核心筒收进前后对比图文研究目的、内容与意义的研究目的在于以该工程的 Z 形核心筒为基础，研究该平面不规则筒体的过基于性能设计的三维结构非线性分析软件与理论分析相结合的方法，对的核心筒在地震作用下的各项抗震性能做出评估，探究其与传统方形平面之间的性能优劣，明确 Z 形核心筒的各个参数对其抗震性能的影响规律和究功能自恢复型连梁阻尼器对 Z 形核心筒的减震效果并给出减震优化设计究内容如下：Z 形核心筒在地震作用下的抗震性能研究

并给出 PERFORM-3D 中对其作出的简化和定义方法。计算模型行非线性分析的单元主要有微观和宏观模型。微观模型利用，其特点是原理简明易懂，但运算量较大，且不一定收敛；线性弹簧对剪力墙进行模拟，具有运算量较小，易于与校对分析时使用较为合适。[32]。模型中的实体单元，其单元划分较多和方程式复杂，因此不壳体单元的计算效率和收敛性则相对良好，陆新征等[33,34]在的基础上研发了分层壳单元，相当于一个分了几层的厚单元互独立，如图 2-1。该单元考虑了面内、面外的弯曲和面外体的空间特性。

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本文编号：2784428