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超高层框架—核心筒结构地震响应及弹塑性分析研究

王亚光  
【摘要】:近年来,随着社会经济的发展,越来越多的超高层建筑被设计建造出来。随着超高层建筑在现代城市中越来越多,地震这一具有很大的随机性以及极大破坏性的自然灾害,往往会带来难以估计的经济与社会损失。而现在的城市建筑越建越高,结构越来越复杂,完全采用弹性理论的设计方法很难满足现在的需求,从历次地震的震害结果更是证实了这一点。同时随着而今抗震理论程度的提高以及计算机技术的进步,此后弹塑性分析会越来越普遍以及越来越受到重视。本文围绕抗震设计中“三水准,两阶段”的要求,对安徽阜阳某超高层框架—核心筒结构建筑进行了分析。首先在多遇地震及风荷载作用下,对其计算结果进行了分析比较,验证了结构在基于规范反应谱法计算的各项结构指标合理、准确,确保了建筑结构的整体性能和构件截面设计的合理性。再对结构进行了弹性时程分析,将其时程分析下的位移角以及结构基底剪力对反应谱分析下的结构进行比较,确保建筑结构在多遇地震烈度作用下抗震设计的准确性。同时通过建立不同模型的对比分析,探究了在复杂高层结构中设置加强层对减小结构地震力下的侧移具有显著的作用。本文利用有限元软件,分别对整个结构进行了静力弹塑性分析以及动力弹塑性分析。在分析计算之前,首先阐述了有限元软件使用的材料本构关系,还有对结构定义的塑性铰模型。进行静力弹塑性分析之前,简单叙述了静力弹塑性分析的原理,介绍了什么是能力谱与需求谱以及性能点的计算方法。同样的在动力弹塑性分析方法中介绍了梁柱单元用于动力分析的滞回曲线,以及地震波的选择的基本原则。通过计算,我们首先得到了结构在弹塑性状态下的位移角,这是规范对建筑结构弹塑性状态下的唯一限值要求,结构满足规范要求。更为重要的是,结构设计人员要观察结构在弹塑性状态下的屈服机制是否合理。从塑性铰图片中可见,框架梁柱中的塑性铰主要出现在梁端,未出现在柱端,可保证结构“二道防线”未破坏。在结构底部,核心筒剪力墙出现了少许剪切破坏,可见在底部加强区采取一定的构造措施的重要性。经过对结构弹塑性状态的分析,可见结构满足一般的性能要求,屈服机制合理,可以保证“大震不倒”。结论表明,弹塑性分析是一种针对第二阶段抗震设计,保证结构达到性能目标的可靠、有效的分析方法。通过对结构的弹塑性分析,跳出了结构设计只进行构件设计的狭隘格局。通过观察塑性铰以及破坏云图,可以直观看到结构的出铰顺序以及破坏程度,以及呈现地震下的薄弱层情况,便于设计人员贯彻抗震设计理念,从抗震概念而非仅仅抗震计算进行设计。


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