附加隔震支座的巨子结构抗震性能分析

发布时间：2020-10-15 04:49

　　 众所周知,建筑成本较高的高层与超高层建筑,其建筑功能多样,同时人员与财产高度密集;故灾害发生之时较于普通建筑物来讲,其存在的风险较大。毫无疑问,在高层和超高层建筑结构的发展中,开发出安全系数更高、经济适用并能够符合建筑功能要求的新体系迫在眉睫。至今,计算机软件结构分析技术的空前发展和通用有限元软件的日趋成熟不仅为众多大型复杂结构工程的抗震有限元分析提供了更有效的条件,而且加速了大型高层建筑结构分析与设计的发展。巨子结构是一种新型的减震结构体系,为了充分发挥其减震隔震性能,本文应用大型通用有限元软件ANSYS建立隔震支座单元,均匀布置于子结构柱柱底,形成了新型巨子减震结构体系-附加隔震支座的巨子结构。为了分析巨子结构的隔震效果,本文建立了巨子结构三维空间有限元简化模型,并对比分析了巨子结构与传统巨型框架结构的抗震性能。首先,通过模态分析,讨论了两种结构的自振频率和周期;其次,对两种结构体系进行多遇地震响应条件下的弹性时程分析以及罕遇地震响应作用下的弹塑性时程分析,探讨了两种结构的位移、加速度等响应值。结果显示,较之于传统巨型框架结构,巨子结构周期延长,频率减小;主结构和子结构顶层的位移、加速度等响应值均有所减小。因此,采用隔震支座的巨子结构具备良好的减震隔震效果。与此同时,巨子结构上部地震作用的减小,致使结构自身的抗震措施也相应减少,从而获得结构造价降低与房屋使用功能改善的效果。最后,论文对巨子结构的隔震支座参数影响进行分析,通过其在EL-CENTRO地震波激励作用下的动力响应分析,得出巨子结构采用隔震支座的最优参数。研究发现,采用隔震支座的巨子结构能够大幅度削弱结构体系的水平地震作用,隔震支座参数变化对巨子结构抗震性能有重要影响,但随着隔震支座的阻尼系数和水平刚度的增加,巨子结构的隔震效果并非越来越好,而是存在一个优化值。因此,仅通过增大隔震支座水平刚度和阻尼系数并非能改善巨子结构的隔震效果,其隔震影响效果仍需进一步研究。本文通过探究巨子结构的隔震效果及减震隔震性能特点,希望为此后超高层建筑工程的结构设计提供全面可靠的理论数据支撑。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU352.11
【部分图文】：

化的建筑风格，与传统建筑结构相比，在灾害的来袭之际高层和超高层建筑将会承担更严峻的风险。因此，在高层与超高层建筑体系的发展进程中，探究出安全性能更高、既经济又可靠、且符合建筑功能要求的新型结构成为亟待解决的关键问题之一。越发繁荣的世界各国经济与突飞猛进的科技水平成就了大批高层和超高层建筑结构[1]-[5]。早期于 19 世纪末，较为发达的欧美国家就已经出现了高层建筑结构。1885 年，美国芝加哥国内保险公司大楼(共 10 层，高 42m，如图 1-1)—世界第一幢利用现代钢框架结构原理建造的近代高层建筑的完工，标志着一种具有新形式的结构体系的诞生。20世纪初，正是由于钢结构技术的改进和电梯的出现，高层建筑结构开始走进大众的视野中，且其层数不断增加，如：同时期建造的帝国大厦（共 103 层，高 381m，如图 1-2），就是保持世界最高建筑地位最久的摩天大楼。紧接着二战后，世界各国经济逐渐复苏，使得建筑行业得以恢复并取得空前发展。起初是在美国，高层建筑结构的数量与日俱增，并沿超高层建筑结构方向发展，例如完工于 1974 年的西尔斯大厦（共 110 层，高 442m，如图 1-3）。后来，亚洲、澳洲、欧美等洲也陆陆续续地开始建造各种高层和超高层，如位于马来西亚的吉隆坡石油双塔（共 88 层，高达 452m），我国现今最高、排名世界第二的上海中心大厦（共 118 层，总高达 632m，如图 1-4 所示）。

化的建筑风格，与传统建筑结构相比，在灾害的来袭之际高层和超高层建筑将会承担更严峻的风险。因此，在高层与超高层建筑体系的发展进程中，探究出安全性能更高、既经济又可靠、且符合建筑功能要求的新型结构成为亟待解决的关键问题之一。越发繁荣的世界各国经济与突飞猛进的科技水平成就了大批高层和超高层建筑结构[1]-[5]。早期于 19 世纪末，较为发达的欧美国家就已经出现了高层建筑结构。1885 年，美国芝加哥国内保险公司大楼(共 10 层，高 42m，如图 1-1)—世界第一幢利用现代钢框架结构原理建造的近代高层建筑的完工，标志着一种具有新形式的结构体系的诞生。20世纪初，正是由于钢结构技术的改进和电梯的出现，高层建筑结构开始走进大众的视野中，且其层数不断增加，如：同时期建造的帝国大厦（共 103 层，高 381m，如图 1-2），就是保持世界最高建筑地位最久的摩天大楼。紧接着二战后，世界各国经济逐渐复苏，使得建筑行业得以恢复并取得空前发展。起初是在美国，高层建筑结构的数量与日俱增，并沿超高层建筑结构方向发展，例如完工于 1974 年的西尔斯大厦（共 110 层，高 442m，如图 1-3）。后来，亚洲、澳洲、欧美等洲也陆陆续续地开始建造各种高层和超高层，如位于马来西亚的吉隆坡石油双塔（共 88 层，高达 452m），我国现今最高、排名世界第二的上海中心大厦（共 118 层，总高达 632m，如图 1-4 所示）。

图 1-3 西尔斯大厦Fig. 1-3 Sears Tower图 1-4 上海中心大厦Fig. 1-4 Shanghai Tower伴随着建筑结构的高度与规模日益更新，越来越多在建筑结构形式方面的设计思路与理念得以产出并被大量采用，达到了安全系数更高、更加经济美观的效果。近二十年以来，新型超高层建筑结构体系出现了巨型结构组合体系、悬挂结构体系、刚臂支撑体系、筒体结构体系等结构形式。同时科学技术的飞速发展也使得高层建筑结构更多地采用各种新型材料、新型结构体系和减震隔震控制技术；当然高层建筑结构高度也不断突破创新。现如今高度大于 500 米、层数超过 100 层的超高层建筑结构预案已成为发展趋势，甚至有的已超过 1000 米。无疑，巨型结构混合体系是一种超高层建筑结构体系中技术效益最佳的结构混合体系；在一个建筑结构中巨型结构混合体系由若干大型结构构件组成的主结构与其它结构构件组成的子结构共同组成，这种组合形式可显著增强并提高其稳定性，如位于香港的中银大厦高 367 米共 70 层。1.1.2 巨子结构的简介
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本文编号：2841717