掉层建筑结构的抗震性能研究

论文摘要

掉层建筑结构指的是同一栋建筑的底界面放置在不同标高的场地基面上,并且最高接地点以下按层高设置楼面的接地结构。该结构形式在竖向与横向均有不规则性,使得其结构性能有别于一般的结构体系。然而目前我国规范对这种结构的抗震设计并未给出详细规定。因此,掉层建筑结构在地震作用下的影响规律值得研究。本文以掉层建筑结构为研究对象,运用SAP2000有限元分析软件对不同接坡方式的掉层建筑结构进行抗震性能的分析:根据不同的接坡方式建立了相应的简化计算模型;研究了掉不同跨数、不同层数的掉层建筑结构的抗震性能的规律;并对比了掉层建筑结构与普通框架结构在进入弹塑性状态下的抗震性能;当陡坎为土层时,对比了考虑土-结相互作用模型与不考虑土层的简化计算模型在水平地震作用下受力性能的差别。研究得到的主要结论有:①在水平地震作用下,不同接坡方式的掉层建筑结构的受力性能是有差别的,这种有差别的楼层主要位于掉层部分及坎上第一层的楼层部分。②当总高度不变时:对于挡土墙与主体结构脱开的结构,其受力性能随着掉层层数的增多而偏不利,当掉层高度为总高度70%左右时为受力最不利的掉层高度;掉层跨数越大,受力性能也越不利;对于挡土墙与主体结构相连的结构,其受力性能比脱开的情况要好。③与普通框架结构相比,掉层建筑结构的薄弱层部位会上移,随着掉层层数的增多,其薄弱层所在的部位越往上。掉层建筑结构的薄弱层一般位于坎上第一层。④由于平面和立面不规则性,掉层建筑结构会产生较大的扭转效应。⑤与考虑土-结相互作用的结果比较,不考虑土层的简化计算模型所得的结果会偏不安全,且影响程度随着土层性质的不同而有差异。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 掉层建筑结构介绍
• 1.2.2 地震反应分析方法综述
• 1.2.3 山地建筑的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 计算模型与计算方法的相关问题研究
• 2.1 引言
• 2.2 陡坎为基岩的情况
• 2.2.1 计算方法的确定
• 2.2.2 计算模型的假定
• 2.3 陡坎为土层的情况
• 2.3.1 计算方法的确定
• 2.3.2 计算模型的假定
• 2.4 动力分析的相关问题研究
• 2.4.1 SAP2000 程序简介
• 2.4.2 动力方程及计算方法
• 2.4.3 阻尼参数设置
• 2.4.4 单元网格大小
• 2.4.5 土层边界处理
• 2.4.6 SAP2000 与ANSYS 程序自由场分析结果对比
• 2.5 小结
• 3 陡坎为基岩情况下掉层建筑结构的抗震性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 算例设计
• 3.3 算例结果分析
• 3.3.1 掉层建筑结构对自振周期的影响及分析
• 3.3.2 掉层建筑结构位移分布规律
• 3.3.3 掉层建筑结构对基底剪力的影响与分析
• 3.3.4 掉层建筑结构层间剪力分布规律
• 3.3.5 陡坎上下楼层柱子内力分布规律
• 3.4 三维模型计算分析
• 3.4.1 模型参数
• 3.4.2 扭转振型分析
• 3.5 小结
• 4 掉层建筑结构的静力弹塑性分析
• 4.1 引言
• 4.2 PUSHOVER 计算结果分析
• 4.3 对结构承载力的研究
• 4.4 对薄弱部位的研究
• 4.5 小结
• 5 陡坎为土层情况下考虑土-结作用的抗震性能分析
• 5.1 引言
• 5.2 算例设计
• 5.2.1 模型参数
• 5.2.2 动力计算参数及模态分析
• 5.3 地震动输入的有关问题
• 5.3.1 地震波的输入
• 5.3.2 地震波的选取
• 5.4 动力计算结果分析
• 5.4.1 层间位移对比结果
• 5.4.2 内力对比结果
• 5.4.3 对比结果的因素分析
• 5.5 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要研究工作及结论
• 6.2 存在的问题及后续工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 三维模型算例的结构周期
• B 部分出铰图
• C 作者在攻读硕士学位期间发表的论文