单塔楼偏置高层框剪结构抗震性能研究

论文摘要

大底盘高层建筑结构是近年来较为流行的一种高层建筑形式,为满足建筑立而的要求,越来越多的此类结构不倾向于设缝将裙房与塔楼脱开,这就导致结构出现塔楼质心与大底盘质心的偏离,当二者的质心偏心距超过20%时即超出了规范的限值,成为单塔偏置的超限高层建筑结构,其在地震作用下的反应也因此变得更为复杂,传统的抗震设计方法不能完全保证超i高层建筑的安全,因此深入研究此类结构的抗震性能、提供此类结构的抗震设计的改进方法显得尤为重要。文章以某单塔楼偏置高层框架-剪力墙结构为例,着重对此类结构的整体受力分析和薄弱部位加强措施进行深入探讨和研究。主要工作有：1.对结构进行了多遇地震作用下的反应谱分析,并对比了不同偏置率此类结构的不同反应,得出此类结构在多遇地震作用下反应的宏观指标。2.对结构进行了弹性时程分析,并通过与反应谱分析结果进行对比,指出对此类结构进行时程分析的必要性,并提出对地震波持续时间选取的建议。3.对结构进行了罕遇地震作用下的静力弹塑性分析,得出结构在大震作用下的弹塑性反应指标,并通过塑性铰（区域）分布及发展情况指出结构的薄弱部位。4.综合反应谱分析、弹性时程分析及静力弹塑性分析结果,从结构布置入手,通过改变裙房层数及在裙房角部增设不同的剪力墙,对比了各种方案对结构抗震性能的影响,提出了此类结构的优化方案。研究结果表明：单塔楼偏置高层框剪结构的主振型平动-扭转耦联效应较为明显,此类在体型收进部位的楼层及结构顶部相关楼层的层间位移均会突然增加,设计时应考虑采取时程计算结果与反应谱计算结果的包络值。此类结构在罕遇地震作用下偏心方向的弹塑性反应较为明显,结构破坏最为严重的区域主要在裙房高度范围内,并集中于结构角部、边缘、偏心方向电梯洞口周边以及塔楼大底盘交界位置,尤其是塔楼大底盘交界位置的竖向构件,同时塔楼远端的大底盘角柱及大底盘的顶层框架边柱也较早地出现了破坏型塑性铰,设计时应加大这些构件的配筋率。单塔楼偏置高层框剪结构设计时应控制裙房层数,以减少结构在地震作用下的层间位移及层间剪力,同时通过在塔楼远端的裙房角部增设剪力墙也可以建好地改善结构的位移反应。

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• 摘要
• Abstract
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• Contents
• 插图目录
• 表格目录
• 第一章 绪论
• 1.1 高层建筑的发展与超限高层建筑的界定
• 1.1.1 高层建筑的发展
• 1.1.2 超限高层建筑的界定
• 1.2 选题背景及研究意义
• 1.2.1 选题背景
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 国内外塔楼偏置大底盘高层建筑结构研究现状与发展趋势
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 多遇地震作用下单塔楼偏置高层框剪结构受力分析
• 2.1 工程结构受力与变形特性
• 2.1.1 混凝土框剪结构的协同工作原理
• 2.1.2 单塔楼偏置高层建筑结构受力特性与破坏形态
• 2.2 多遇地震作用下工程结构整体指标分析
• 2.2.1 结构的动力特性分析
• 2.2.2 振型分解反应谱分析
• 2.2.3 有限元分析模型的建立
• 2.2.4 结构整体分析结果的比较
• 2.3 不同偏置率的单塔楼偏置高层框剪结构在多遇地震下的反应对比
• 2.3.1 不同偏置率结构层间位移对比分析
• 2.3.2 不同偏置率结构层间剪力对比分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 单塔楼偏置高层框剪结构时程分析研究
• 3.1 时程分析理论
• 3.1.1 时程分析的理论基础
• 3.1.2 地震波的选取
• 3.1.3 有效峰值加速度值的确定
• 3.2 时程分析结果及对比
• 3.2.1 结构最大层间剪力分析结果及对比
• 3.2.2 结构最大层间位移分析结果及对比
• 3.3 结构动力时程反应
• 3.4 本章小结
• 第四章 罕遇地震作用下单塔楼偏置高层框剪结构的静力弹塑性分析
• 4.1 静力弹塑性分析原理
• 4.1.1 Pushover分析的基本假定
• 4.1.2 等效单自由度体系的建立
• 4.1.3 需求谱的建立
• 4.1.4 性能点的建立
• 4.2 静力弹塑性分析的实现
• 4.2.1 控制条件与加载模式的选取
• 4.2.2 结构构件非线性特性的指定
• 4.2.3 Pushover分析步骤
• 4.2.4 利用Pushover分析对结构进行抗震性能的评价的方法
• 4.3 罕遇地震作用下工程结构抗震性能评价
• 4.3.1 不同水平加载模式结构性能点计算结果对比
• 4.3.2 Pushover分析结果
• 4.3.3 结构塑性分布及发展情况
• 4.3.4 罕遇地震作用下结构抗震性能评价
• 4.4 本章小结
• 第五章 单塔楼偏置高层框剪结构优化分析研究
• 5.1 裙房层数对结构的影响分析
• 5.1.1 裙房层数对结构层间位移的影响分析
• 5.1.2 裙房层数对结构层间剪力的影响分析
• 5.2 裙房增设剪力墙对结构的影响分析
• 5.2.1 裙房增设剪力墙对结构层间位移的影响分析
• 5.2.2 裙房增设剪力墙对结构层间剪力的影响分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果