山地建筑结构设计地震动输入与侧向刚度控制方法

【摘要】：山地建筑在山地城市中被广泛应用且日益增多,而山地建筑结构抗震设计理论研究却严重滞后于工程实践的需要。在此背景下,本文系统地研究了山地建筑结构设计地震动输入问题和侧向刚度控制方法。主要研究工作及成果如下: ①为了满足山地建筑体系的需求和发展提出了与之对应的山地建筑结构概念,界定了山地建筑结构类型,澄清了山地建筑结构抗震设计关键问题,从而本文明确了山地建筑在设计时需要遵循山地建筑结构设计相关要求和规定。 ②结合工程实际针对掉层结构不同的接地方式,提出了三种几何计算模型。从震害调查及工程实践中提炼和归纳了典型山地建筑结构存在的特殊问题,并基于掉层结构受力特性、动力特性及抗震性能的分析,将山地建筑结构抗震特殊问题梳理和概括为三个方面:地震动输入问题、竖向不规则问题和抗震措施问题。 ③补充和完善了山地建筑结构设计地震动输入相关研究,为抗震规范相关内容的规定提供参考。采用有限元数值分析方法,计算了高度在10~70m范围,坡角在15°~ 60°范围内的28个粘弹性岩质坡地模型在水平和竖向白噪声输入下的线弹性响应,分析了坡高及坡角变化对坡地斜坡段反应谱及谱比的影响规律,给出了岩质山地建筑结构设计水平地震动放大系数;同时还给出了需要考虑竖向地震动影响的山地工程结构设计竖向地震动的放大系数。 ④进行了山地建筑结构侧向刚度计算方法研究,利用等代柱的思想简化了山地建筑结构侧向刚度计算方法,揭示其内力分配规律。通过考虑掉层部分梁柱线刚度比的影响,给出等代柱高度计算方法,并验证等代柱方法的正确性。此外,通过考虑柱端转角的影响对单层单跨和多层多跨不等高框架柱抗侧刚度D值进行修正。相当于给出了掉层结构等代成底层不等高框架后手算底部刚度的方法。 ⑤首次对山地建筑结构侧向刚度控制方法进行了研究,提出了山地建筑结构侧向刚度控制指标并给出了设计建议。主要包括:1)检验出现有层间受剪承载力指标和层刚度控制指标对掉层结构竖向不规则控制已经失效;2)根据掉层结构不等高接地的特点,针对掉层结构提出了“层内侧向刚度比”的概念;3)综合弹性层间位移角、层间剪力、相对屈强比的分布规律及弹塑性分析结果,给出了掉层结构层侧向刚度控制指标及薄弱层位置判定依据;4)给出了掉层结构计算起算点位置建议。5)给出了薄弱层内力调整和薄弱部位延性控制相关设计建议。 本文为第一本《山地建筑结构设计规程》编制奠定了研究基础及理论依据。