高层建筑钢筋混凝土框架—核心筒结构楼层层高变化对结构抗震性能的影响研究

发布时间：2019-01-15 23:59

【摘要】：近二十年来,我国已经成为世界上兴建高层建筑的主要区域。伴随着数量的快速增长,高层建筑的体型与建筑功能也日趋复杂和多样化,即使在同一座高层建筑中,楼层高度沿建筑高度方向也因建筑功能布置的要求而多有变化,高层建筑结构因局部楼层层高突变造成的结构侧向刚度不规则现象也较为普遍和突出。本文研究围绕我国高层建筑应用最为普遍的结构形式—框架-核心筒结构,针对局部楼层层高变化对其抗震性能的影响展开,重点就框架-核心筒结构侧向刚度规则性控制方法及其控制指标、层高变化对结构变形形态、受力模式以及强烈地震作用下的屈服机制与破坏模式的影响等问题进行研究与探讨。主要研究工作及成果如下： 1)局部楼层层高的明显增大会减弱相应楼层以及整体结构的刚度,引起结构局部楼层受力与变形的放大与集中,改变构件的受力模式、屈服机制乃至破坏模式,对结构抗震不利。数值分析以及大比例振动台试验研究均表明：局部楼层层高越大、突变越严重,其造成相应楼层位移、层间位移角、楼层剪力及倾覆力矩的放大、集中及突变现象越显著,而且随着地震动强度的增大,上述放大与集中现象均呈非线性关系增大,对结构抗震不利。此外,局部楼层层高的增大会减小楼层框架部分的抗侧刚度及其与核心筒抗侧刚度的相对比例,降低框架地震作用分担比例和构件的承载力能力冗余程度,造成构件屈服机制乃至破坏模式的转变。 2)控制结构侧向刚度的规则性是保障结构抗震安全性的关键措施之一。基于本文的研究,对于框架-核心筒结构建议采用楼层剪力与层间位移角比方法来衡量结构侧向刚度的规则性,给出不同部位的限值指标为：底层不宜小于1.5、不应小于1.4；其他楼层不宜小于0.9,当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时,不宜小于1.1。 3)当采用相邻楼层剪力与层间位移角比方法及本文上述建议限值进行结构侧向刚度规则性判定时,对于不满足规则性要求的楼层应采用1.25的系数放大其地震作用以提高其承载能力；当放大地震作用不能实现构件配筋及承载力的有效提高时,应直接就其构件配筋进行适当放大。 4)计算分析及振动台试验均表明：高层建筑钢筋混凝土框架-核心筒结构在强烈地震作用下,结构底部尤其是核心筒受拉效应显著。底层层高的加大会造成上述受拉效应的进一步加剧,底层核心筒墙体更趋于发生拉弯的破坏模式,应引起设计的重视。 5)本文提出的构件正截面承载力冗余系数分析方法给出了结构楼层刚度、构件受力及构件屈服机制(破坏模式)三者之间内在联系的显式表达,揭示了框架-核心筒结构局部楼层层高增大对构件屈服机制、破坏模式以及整体结构抗震性能影响的实质。 6)时程分析表明,结构上部楼层层高增大时会使得结构高振型(或顶部鞭梢效应)的影响增大,地震作用下层高变化楼层的剪力、倾覆力矩以及层间位移角均较反应谱分析大,因此仅采用反应谱分析存在不足,应补充进行弹性时程分析。
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【学位授予单位】：中国建筑科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU973.31

【参考文献】