大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构的抗震性能研究

论文摘要

随着科学技术水准的进步和生产力水平的不断提高,建筑设计从功能单一化逐渐向多功能、多用途、综合性方向发展。随着高层建筑使用功能要求的日趋复杂化、高层建筑的数量日渐增多、高度不断提升的同时,新型建筑结构形式也在不断出现。大底盘多塔连体带转换层复杂高层结构便是顺应这种发展变化而出现的一种新型结构形式,对其进行理论分析和研究具有重要的工程实际意义。大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构是将两个塔楼布置在一个大底盘上,通过架空连体将两个塔楼连成一个整体,同时由于下部大底盘内需要大空间,需要在底盘内设置转换层以实现建筑功能转换的一种复杂结构形式。现行《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002（以下简称《高规》）和《建筑抗震设计规范》GB5001-2010（以下简称《抗规》）分别对大底盘多塔楼、连体和带转换层的结构设计进行了一部分的相关规定,但还未涉及到此类复杂高层结构设计的具体相关内容。此类复杂高层结构超出了现行《高规》和《抗规》的规定限制范围,属于超限高层建筑,根据建设部的规定,超限高层建筑结构在施工图设计前,都应进行超限高层建筑工程抗震设防专项审查。结构工程师在进行超限高层建筑结构设计时常常会遇到意想不到的难题和挑战。本文正是以此种复杂高层结构形式作为研究对象,综述了已有的研究成果,同时通过大量的有限元分析模型对其动力特性和地震反应进行分析,总结出此类复杂高层结构的一般动力特性和地震反应规律,得出非常有意义的结论并对实际工程设计提出建议,可供科研工作者和工程设计师们参考。本文研究工作分为以下几个方面:①第一章系统地对大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构体系进行了介绍,总结了此类复杂高层结构的工程应用、特点和研究现状。并根据历次地震灾害的经验总结对此类复杂高层结构的震害进行了分析,指出了此类复杂高层结构主要存在的问题。②第二章对大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构的常用分析方法和计算模型进行了讨论。同时对国内外现有的计算机分析软件进行了对比分析,并从中选取适合本文研究的此类复杂高层结构设计的计算机分析软件。③第三章系统介绍了现行设计规范对大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构抗震设计的相关规定:《抗规》对结构抗震设计的要求;《高规》对转换层、多塔楼、连体结构设计的相关规定。讨论了大底盘多塔连体带转换层复杂高层结构的振动特性,振型数的选取以及振型组合方法。④第四章利用ETABS有限元分析软件分别建立23种分析模型,采用振型分解反应谱法对大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构的工程算例进行地震反应分析,分别讨论:1)大底盘等高双塔连体带转换层复杂高层结构（有连体）和大底盘等高双塔带转换层复杂高层结构（无连体）的地震反应分析;2)大底盘等高、不等高双塔连体带转换层复杂高层结构的地震反应对比分析;3)裙房层数对大底盘等高双塔连体带转换层复杂高层结构的抗震性能影响;4)转换层对大底盘等高双塔连体带转换层复杂高层结构的抗震性能影响;5)连体（连体位置变化、连体层数变化、连体连接方式变化）对大底盘等高双塔连体带转换层复杂高层结构的抗震性能影响;6)连体自身受力分析。总结出不同情况下的地震反应规律,并对实际工程设计提出分析方法和设计建议。⑤第五章采用时程分析法进一步对大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构进行了补充分析,防止振型分解反应谱法的计算结果不安全,进一步保证结构设计的安全性和合理性。⑥第六章主要讨论的是基于性能的结构抗震设计,利用静力弹塑性pushover分析方法对大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构进行静力弹塑性分析,揭示了结构产生塑性铰的顺序、塑性铰的分布以及结构薄弱层（部位）等一般规律,利用能力谱法进一步对此类复杂高层结构的抗震性能进行了评价。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及问题的提出
• 1.2 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构分类
• 1.2.1 按照塔楼数量分类
• 1.2.2 根据塔楼的结构布置分类
• 1.2.3 根据连接体的连接方式分类
• 1.2.4 根据转换层转换形式分类
• 1.3 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构体系的工程应用、特点和研究现状
• 1.3.1 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构体系的工程应用
• 1.3.2 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构体系的特点
• 1.3.3 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构体系的研究现状
• 1.4 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构体系的震害和主要存在的问题
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构的地震反应分析方法研究
• 2.1 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构的分析方法
• 2.1.1 反应谱分析方法
• 2.1.2 时程分析方法
• 2.1.3 基于性能的抗震分析方法
• 2.2 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构的计算模型
• 2.2.1 层分析模型
• 2.2.2 基于解析法的分段连续化的串并联分析模型
• 2.2.3 串并联多质点分析模型
• 2.2.4 三维空间动力分析模型
• 2.3 计算机程序的选择
• 2.3.1 常用计算机分析软件
• 2.3.2 本文选用的有限元分析软件
• 2.4 本章小结
• 3 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构的抗震设计方法
• 3.1 现行规范对大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构抗震设计的规定
• 3.1.1 《抗规》对结构抗震设计的要求
• 3.1.2 《高规》对大底盘双塔连体带转换层的复杂高层结构设计的相关规定
• 3.2 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构的动力特性
• 3.2.1 动力特性分析
• 3.2.2 振型数的选取
• 3.2.3 扭转作用效应的计算
• 3.2.4 振型组合方法
• 3.3 本章小结
• 4 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构的抗震性能分析
• 4.1 工程算例和结构方案的选择
• 4.1.1 工程算例
• 4.1.2 结构方案的选择
• 4.2 大底盘等高双塔连体带转换层结构和大底盘等高双塔非连体带转换层结构的地震反应分析
• 4.3 大底盘不等高双塔连体带转换层结构的地震反应分析
• 4.4 裙房层数对大底盘等高双塔连体带转换层结构抗震性能影响
• 4.5 转换层对大底盘等高双塔连体带转换层结构的抗震性能影响
• 4.6 连体对大底盘等高双塔连体带转换层结构的抗震性能影响
• 4.6.1 连体位置变化对大底盘等高双塔连体带转换层结构的抗震性能影响
• 4.6.2 连体层数变化对大底盘等高双塔连体带转换层结构的抗震性能影响
• 4.6.3 连体连接方式变化对大底盘等高双塔连体带转换层结构的抗震性能影响
• 4.7 连体自身受力分析
• 4.7.1 连体的结构形式
• 4.7.2 连体结构形式方案比较实例
• 4.8 本章小结
• 5 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构的地震反应时程分析
• 5.1 时程分析方法理论
• 5.2 地震波的选取
• 5.3 工程算例
• 5.3.1 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构的地震反应时程分析
• 5.3.2 地震波双向输入与单向输入对大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构的地震反应的影响
• 5.4 本章小结
• 6 大底盘双塔连体带转换层复杂高层结构基于性能的抗震分析
• 6.1 工程概况和分析模型
• 6.2.弹塑性静力分析 Pushover 方法简介
• 6.3 EPDA 中Pushover 分析基本思路和计算步骤
• 6.3.1 建立Pushover 曲线
• 6.3.2 建立结构模型
• 6.3.3 确定侧向荷载分布模式
• 6.3.4 Pushover 分析控制
• 6.3.5 能力谱方法
• 6.4 Pushover 分析结果
• 6.4.1 X 向Pushover 分析结果
• 6.4.2 Y 向Pushover 分析结果
• 6.5 P-△效应对分析结果的影响
• 6.5.1 X 向Pushover 分析结果
• 6.5.2 Y 向Pushover 分析结果
• 6.6 加载方式对分析结果的影响
• 6.6.1 矩形加载X 向Pushover 分析结果
• 6.6.2 矩形加载Y 向Pushover 分析结果
• 6.6.3 振型分解SRSS 分布加载X 向Pushover 分析结果
• 6.6.4 振型分解SRSS 分布加载Y 向Pushover 分析结果
• 6.7 抗震措施对分析结果的影响
• 6.7.1 X 向Pushover 分析结果
• 6.7.2 Y 向Pushover 分析结果
• 6.8 罕遇地震下结构性能评估
• 6.8.1 弹塑性位移角控制
• 6.8.2 结构薄弱部位的判断
• 6.9 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 本文主要结论及设计建议
• 7.2 后续研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录