隔震建筑抗超大震性能分析与设计

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隔震技术是50年来结构抗震领域突出的研究成果。近年来,高层建筑结构成为未来的发展趋势,高层隔震技术也在我国得到广泛的应用。近几年国内发生过数起9度以上的特大地震,而隔震建筑的实际设防烈度通常小于9度,在设计基准期内可能承受超出设计1度左右的地震作用,即超大震作用。隔震措施可以使上部结构在大震作用下处于弹性或弱非线性状态,减小上部结构的地震响应,然而在大震、特别在超大震作用下隔震层位移、结构整体的抗倾覆安全都需要特别研究。本文通过SAP2000和ETABS软件建立隔震结构有限元模型并进行动力弹塑性时程分析,重点研究基于“大震不倒”设计的隔震结构的抗超大震性能、实现抗超大震的代价和对应设计方法,主要完成以下内容:(1)按8度设防分别设计高度为27m、53m和95m的隔震结构,通过SAP2000和ETABS软件对这三个隔震结构进行建模,采用弹塑性时程分析对结构在地震峰值加速度(PGA)为70gal、220gal、310gal、400gal、510gal、620gal等地震下的动力响应进行计算;通过比较三个结构的层间位移角、隔震支座位移及结构倾覆力矩等响应,判断结构在超大震下是否倒塌、倒塌模式及临界PGA,得到隔震结构的抗超大震能力。(2)通过提高设计安全系数的方式增加结构的抗超大震能力。为提高隔震结构的抗超大震能力并同时保证不额外付出过大代价,对前文所选结构隔震层进行改进设计,在不改变支座个数及支座布置的基础上,通过扩大支座截面的方式保证隔震结构能够承受超大震的作用,并对改进后的结构层间位移角、隔震支座位移、结构倾覆力矩进行分析,得到超大震下新的结构的破坏模式和临界PGA,并给出满足“超大震不倒”设计下安全系数的选取建议以及前后两种方案结构各参数的对比;此外,分析基础隔震结构的适用条件,得出其具有一定局限性。(3)通过增加隔震结构的柱截面尺寸的方式减小上部结构的层间变形,对6层隔震结构采用该措施设计并分析其抗震性能,通过对比得出扩大上部结构层间刚度的作用;通过在隔震层增加粘滞阻尼器的方式增加隔震结构的抗震性能,对17层隔震结构在隔震层设计粘滞阻尼器并分析新的结构地震下响应,通过对比判断粘滞阻尼器的作用。
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