基于最佳侧移刚度分布的多高层钢框架结构抗震设计方法

论文摘要

结构的抗震设计应全面注重结构的性能、安全及经济等诸多方面。而传统的结构设计方法往往偏于保守和安全,材料性能没有得到充分的发挥。本文研究的目的就是在保证结构抗震性能的前提下,降低建造的费用,提高设计质量和水平。本文从能量的角度,通过优化布置结构侧移刚度研究结构构件截面分布规律,避免结构损伤集中,从而使结构达到最佳的抗震性能。目前国内外关于这方面的研究还非常少。地震响应分析是结构抗震性能分析与设计的基础。目前,时程分析法对于重要建筑物的抗震分析已成为一种重要方法。我国现行《建筑抗震设计规范（GB50011-2001）》规定,时程分析法用于结构在地震作用下的破坏机理和改进抗震设计方法的研究。另外,推覆分析法和日本著名学者秋山宏提出的基于能量平衡的设计法也是获得必要地震响应值的有效方法。基于上述背景,本文采用时程分析法结合SAP2000有限元分析软件,研究多高层钢框架结构的最佳侧移刚度和最佳截面惯性矩的分布规律,提出设计方法。并利用推覆分析法和能量预测法验算结果的合理性。首先,建立多高层钢框架算例模型,以罕遇地震作用下结构各层累计塑性变形倍率相等为目标,利用地震响应弹塑性时程方法研究结构模型最佳侧移刚度和最佳截面惯性矩的分布规律,提出多高层钢结构的最佳侧移刚度和最佳截面惯性矩的分布式。其次,建立不同侧移刚度分布的算例模型,对本文所揭示的最佳侧移刚度和截面惯性矩分布规律进行验证,提出基于最佳侧移刚度分布的多高层钢框架结构的抗震设计方法。最后,以12层设计模型为例,利用推覆分析法和基于能量平衡的设计方法计算设计算例的地震响应值并进行分析比较,考察本文提出的抗震设计方法的可靠性以及在罕遇地震作用下结构的地震响应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构抗震设计课题的国内外研究现状
• 1.2.1 结构抗震设计思想发展
• 1.2.2 多高层建筑结构地震作用计算方法
• 1.3 大型有限元软件SAP2000 简介
• 1.4 本文的研究目的和意义以及主要工作内容
• 第2章 推覆分析法
• 2.1 推覆分析法基本思路
• 2.2 推覆分析法基本过程
• 2.2.1 损伤极限强度的验证
• 2.2.2 安全极限强度的验证
• 2.2.3 罕遇地震时结构真实响应值的计算
• 2.3 本章小结
• 第3章 能量预测法
• 3.1 能量平衡的基本方程
• 3.2 设计用能量谱
• 3.3 抗震结构的地震反应预测式
• 3.4 本章小结
• 第4章 静力弹塑性分析
• 4.1 静力弹塑性分析方法
• 4.1.1 静力弹塑性分析方法原理
• 4.1.2 静力弹塑性分析方法基本过程
• 4.1.3 横向水平荷载的选择
• 4.1.4 静力弹塑性分析方法的局限性
• 4.2 多高层钢框架结构静力弹塑性分析
• 4.2.1 算例模型的选取
• 4.2.2 恢复力模型的确定
• 4.3 本章小结
• 第5章 时程分析法
• 5.1 结构计算模型的选取
• 5.2 恢复力模型的选取
• 5.2.1 恢复力模型相关理论
• 5.2.2 计算步骤
• 5.3 质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵
• 5.3.1 质量矩阵
• 5.3.2 刚度矩阵
• 5.3.3 阻尼矩阵
• 5.4 输入地震波的选取
• 5.4.1 选波的原则和方法
• 5.4.2 输入地震波类型及选用波数
• 5.4.3 地震反应谱曲线
• 5.4.4 本文地震波的选用
• 5.5 多质点体系地震响应时程分析
• 5.6 算例分析
• 5.7 多高层钢结构最佳侧移刚度分布
• 5.7.1 基本理论与定义
• 5.7.2 数值分析方法
• 5.7.3 算例验证
• 5.8 结构最佳截面惯性矩分布
• 5.8.1 底层放大系数的确定
• 5.8.2 柱截面变化规律的确定
• 5.8.3 算例验证
• 5.9 本章小结
• 第6章 钢框架结构设计算例
• 6.1 设计方法
• 6.2 确定底层侧移刚度
• 6.3 确定各层柱截面惯性矩
• 6.4 分析计算
• 6.5 基于推覆分析法的验证
• 6.5.1 验证损伤极限强度
• 6.5.2 验证安全极限强度
• 6.5.3 计算罕遇大地震时真实响应值
• 6.5.4 真实响应值与时程分析法结果比较
• 6.6 基于能量平衡法的验证
• 6.7 本章小结
• 结论与展望
• 一、本课题的总结
• 二、今后工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢