Study on seismic design method of high-rise structures resistant to rare earthquakes on basis of progressive seismic failure mode

针对高层结构罕遇地震作用下局部集中损伤破坏易导致整体倒塌的问题，及超静定次数消耗集中且不充分的结构地震失效本质，确定了高层结构耗能构件分批次充分消耗超静定次数的多阶段塑性发展路径，提出了高层结构塑性发展充分、失效方向可控、失效路径延长的渐进地震失效模式。同时，考虑结构多阶段塑性发展过程中地震作用的往复特性、高阶振型影响和非线性内力重分布特点，建立基于多阶段振型组合的标准地震作用，给出了多阶段塑性发展的抗震性能量化需求，建立了基于渐进地震失效模式的高层结构抗罕遇地震设计方法。该方法将高层结构渐进地震失效全过程的复杂设计简化为有限塑性阶段的分段抗罕遇地震设计，解决了高层结构难于抗罕遇地震量化设计的难题。为验证该设计方法的有效性，对一幢10层高层结构进行了抗罕遇地震设计，通过非线性时程分析方法验证了按所提方法设计的结构能够实现结构渐进地震失效模式以及结构抗震性能目标，并对比分析了按所提方法设计的结构与按现行规范方法设计的结构的抗震性能，得到按所提方法设计的结构在地震动峰值加速度为0.22g作用下耗能提高了57%，在非线性静力推覆作用下非线性抗力（基底剪力）最大值提高了15.59%。     

BRB钢筋混凝土框架结构罕遇、极罕遇地震弹塑性分析

屈曲约束支撑是一种新型的耗能支撑。安装屈曲约束支撑(BRB)的框架结构可以减少设计配筋,增加结构抗侧刚度,那么按多遇地震设计后能否满足"大震不倒"的抗震设防要求自然成为研究者关注的问题。本文采用有限元模拟的方法对比分析安装BRB和不安装BRB的混凝土框架结构在罕遇地震、极罕遇地震下的抗震性能,具体体现在结构在罕遇地震下的层间变形和结构耗能。选取某5层框架结构按8度抗震设防设计,并进行罕遇地震和极罕遇地震弹塑性分析,结果表明框架结构在罕遇地震作用下层间位移角还满足规范限值要求,但在极罕遇地震作用下层间位移角已大于1/50。BRB框架结构在罕遇、极罕遇地震作用下层间位移角均小于1/50,且相比框架结构层间位移角显著减小,结构的滞回曲线更加饱满,说明BRB结构的耗能能力相对较好。     

远场地震下人字形中心支撑钢框架基于能量的性态设计方法

结构在远场地震作用下的损伤与地震动的循环效应密切相关,基于标准化滞回耗能谱、累积延性比谱,提出了人字形中心支撑钢框架基于能量的性态设计方法。该方法给出了各构件累积滞回耗能的计算公式及各构件截面的设计方法。采用该方法设计了一个10层人字形中心支撑钢框架,选取了15条远场地震记录,采用Pushover分析方法和非线性时程分析方法对设计结构的抗震性能进行了评估。分析结果表明:结构在罕遇地震下出现了理想的屈服机构;在多遇地震和罕遇地震下,结构层间侧移角均满足建筑抗震设计规范的要求;结构层间变形比较均匀,各层累积滞回耗能分布比较平均,证明了所提出设计方法的可靠性。     

考虑楼梯影响的框架结构地震响应分析

汶川地震震害表明,楼梯间是结构的易损部位,新版抗震规范中强调了楼梯对于结构的重要性。为了分析楼梯对框架结构抗震性能的影响,应用SAP2000软件通过对比有无楼梯参与整体结构计算分析,得到了楼梯对整体结构自振特性、结构整体反应、多遇地震下梯板及其周边构件受力的影响以及罕遇地震下结构塑性铰的分布。结果表明,楼梯的存在改变了结构振型的出现顺序,使结构的扭转效应增强;楼梯间周围构件有楼梯参与计算后受力变化较大;地震作用下,梯板承受较大的轴力和剪力,应该按照拉(压)弯构件进行设计;罕遇地震下,有楼梯模型结构的塑性铰数量要明显多于无楼梯模型。因此,对于框架结构的设计有必要考虑楼梯的影响。     

罕遇地震下天津湾某塔楼抗震性能分析

天津湾D地块1号塔楼为超限高层结构,采用钢管混凝土框架-核心筒结构体系,本文采用ABAQUS软件建立三维整体数值分析模型,采用损伤塑性本构考虑材料的非线性特性,利用显式直接积分方法进行钢管混凝土框架-核心筒超限高层非线性时程分析。分析得到:罕遇地震作用下结构最大层间位移角满足规范要求,结构基底剪力与频遇地震作用下结构基底剪力比值合理,核心筒剪力墙和外框架柱损伤状态满足预定的性能目标要求,连梁塑性发展明显并起到耗能作用。综上所述,该超限高层结构在大震作用下仍能保持良好的承载能力,满足预定抗震性能目标要求。     

厦门武夷花园大厦结构弹塑性地震反应分析

新修订的建筑抗震设计规范(GBJ11-89)提出了对甲类建筑、特别不规则建筑和表4.1.2所列高层建筑进行结构时程分析的要求.本文按新规范对厦门市武夷花园大厦进行了结构弹塑性时程分析,得到了结构在多遇地震和罕遇地震作用下的内力和位移,找出了结构的薄弱部位,与常规的振型分解反应谱法的结果进行了比较.计算结果还表明,由于结构的某些构件在多遇地震作用下已进入塑性状态,因此,用时程分析法进行校核和补充计算有时是必要的.     

罕遇地震下高层结构分析探讨

结合某高层设计实例,通过采用软件MIDAS Building验算结构在罕遇地震作用下的结构抗震性能,考察其是否能够满足结构抗震性能目标。     

广州报业项目1~#连廊罕遇地震性能分析

针对某连廊大跨度结构,总结了PERFORM-3D纤维模型建模分析过程和多频段地震波选取方法,并结合国内外性能化设计方法进行结构在罕遇地震下的性能评估,分析发现中间钢框架部位抗侧刚度明显弱于两侧剪力墙筒体,而结构层间位移角满足塑性限值要求,整个结构塑性耗能以水平杆件耗能为主,采取有效抗震措施后满足设定的性能要求。     

某隔震结构教学楼动力弹塑性分析

云南师范大学附属润城学校教学楼主体结构采用隔震设计技术。当罕遇地震作用下隔震设计分析时,通常采用FNA算法仅分析隔震支座的局部非线性,而假定上部结构保持弹性。由于本工程建筑平面不规则程度明显,为保证主体结构的安全,补充罕遇地震作用下动力弹塑性分析。分析结果表明,采用隔震设计能有效降低地震作用,隔震垫耗能减震作用显著,罕遇地震作用下结构多数塑性铰处于生命安全状态,有效保证了教学楼具有良好的抗震性能。     

南京湖南路B地块B-1#塔楼结构抗震设计

南京湖南路B地块B-1#塔楼为B级高度的超限高层.本文介绍了该项目的结构布置与结构超限情况;根据结构超限内容,设定了合理的抗震性能设计目标;采用两种软件对结构进行多遇地震的弹性计算及弹性时程分析,对结构的关键构件以及耗能构件进行设防地震与罕遇地震的性能化计算分析,并对结构进行了PERFORM-3D非线性在罕遇地震作用下...     

基于预设屈服模式的复杂结构抗震设计方法

当前我国规范抗震设计思路主要是基于规则结构，要求耗能构件在罕遇地震作用下均匀进入塑性，这对于存在明显薄弱部位的复杂结构并不适用。为此，提出了一种预设屈服模式的抗震性能化设计方法。给出了该方法的基本设计流程，通过整体结构动力弹塑性分析方法获得真实的结构构件刚度折减系数，可提高复杂建筑结构设防烈度地震、罕遇地震反应谱分析的准确度。对带薄弱层的复杂高层建筑结构进行算例分析表明，预设屈服模式方法可实现对复杂结构抗震设计由现有规范对不规则的控制转变为对破坏模式的控制，同时能够有效避免复杂结构在超烈度地震下因薄弱部位失效而提前丧失承载能力的隐患，使结构安全储备得到提升。     

一级抗震预应力型钢混凝土空腹桁架转换层框架结构三道防线抗震设防设计方法

基于"强化转换层及其下部、相对弱化转换层上部"的抗震设计理念,提出了一级抗震大跨度预应力型钢混凝土(PSRC)空腹桁架转换层框架结构"三道防线抗震设防"的设计目标,明确了三道防线的具体划分方法、各防线内力调整措施初步方案以及主要抗震性能的量化控制指标.然后,以两榀不同上抬层数的8度(0.2g)一级抗震的两跨PSRC空腹...     

钢筋混凝土框架结构基于能量抗震设计方法研究

针对基于能量抗震设计方法在钢筋混凝土（RC）框架结构中的应用进行研究。总结现有能量抗震设计方法研究进展,指出在控制罕遇地震作用下结构耗能机制的基础上确定构件累积滞回耗能需求是落实该方法的关键。通过大量RC框架结构算例的弹塑性分析,提出基于“强柱弱梁”耗能机制下RC框架梁、柱构件累积滞回耗能需求的计算方法,包括：总累积滞回耗能在框架梁和框架柱的分配和沿楼层高度的分布以及在同一楼层的分布。在此基础上,结合梁柱构件的承载力和变形需求,进行梁柱构件的耗能损伤评价,并据此实现基于能量抗震设计。通过1个4层框架结构的算例说明所建议的基于能量抗震设计方法在RC框架结构的具体应用。结果表明,所建议方法的构件耗能需求计算结果与时程分析结果吻合较好,且偏于安全。     

基础隔震在高烈度区大高宽比剪力墙结构中的应用与试验研究

根据预期减震目标,对总高度90.35m,高宽比达3.96,设防烈度为8度（0.2g）的玉溪公租房项目中基础隔震高层剪力墙结构,按照7度设防对上部结构进行设计,对其进行罕遇地震作用下静力弹塑性（Pushover）分析,并对隔震结构整体进行非线性时程分析。设计并制作了1∶12.5的缩尺模型,对其进行振动台试验研究。结果表明：基础隔震高层剪力墙结构呈现出良好的抗震性能及较高的地震安全储备;在8度多遇、设防地震作用下,结构完好,前5阶频率基本未发生变化,结构尚处于弹性状态;在8度罕遇地震作用下,仅少数连梁轻微开裂;结构层间位移角、隔震支座最大位移、支座应力均未超过规范限值;隔震层滞回曲线饱满、耗能显著;在9度超罕遇地震（0.7g）作用下,未出现倾覆、局部倒塌现象,仅少数连梁、剪力墙出现轻微损伤,频率最大衰减幅度小于10%,刚度下降不明显。     

柱间连接型消能子结构设计方法与抗震性能试验

消能减震技术能显著提高建筑结构的抗震能力,但目前对消能子结构的性能目标和设计方法尚未达成共识。针对工程中较常见的柱间连接型消能子结构,提出基于多遇地震作用下弹性分析的设计方法,给出设计流程和设计要点。对1个钢筋混凝土纯框架子结构试件和2个消能子结构试件进行低周反复加载试验,考察消能子结构的抗震性能,检验所提设计方法的合理性。研究结果表明：消能子结构承载力约为纯框架与阻尼器承载力之和,单周耗能能力约等于纯框架与阻尼器各自耗能之和;阻尼器损伤累积直至完全剪断过程中,消能子结构承载力和刚度逐渐下降;阻尼器破坏后,周围框架抗震性能与加载同阶段的纯框架性能基本一致。按所提设计方法设计的消能子结构在罕遇地震作用下破坏模式合理,能保证阻尼器充分发挥消能效果;增大消能子结构纵向钢筋配筋量对改善其塑性铰状态和结构破坏模式无显著效果。     

混合联肢部分外包组合剪力墙抗震性能试验研究

为满足高层建筑对抗震性能及装配性能的要求,提出一种混合联肢部分外包组合剪力墙结构.通过对一榀三层对称双肢2/3缩尺试件的低周反复加载试验,观测混合联肢部分外包组合剪力墙结构在循环荷载作用下的破坏全过程,分析试件的滞回性能、承载力、延性、刚度退化、耗能能力及连梁转动能力.研究表明:混合联肢部分外包组合剪力墙结构的滞回曲线...     

Experimental study on seismic performance of prefabricated rocking wall frame structure

为避免罕遇地震作用下传统混凝土摇摆墙的开裂损伤且充分利用装配式结构的便捷性，设计了采用双层钢板混凝土墙的摇摆墙结构体系，在浇筑混凝土时双层钢板可充当摇摆墙构件的外模板。跨越结构上、下层的摇摆墙之间采用高强螺栓连接，摇摆墙在工厂预制后运到施工现场进行安装。选用金属阻尼器作为耗能连接件连接摇摆墙与主体框架结构，同时传递层剪力并耗散地震能量。为研究该装配式摇摆墙-框架结构的抗震性能，设计并制作了一个纯框架和两个摇摆墙-框架，其中两个摇摆墙-框架的区别在于金属阻尼器的安装位置不同。通过拟静力试验分析了其破坏模式及抗震性能。试验结果表明：预制装配式摇摆墙与主体框架结构协同工作性能良好，金属阻尼器耗能效果得到充分利用，结构承载力、耗能能力大幅增加；在水平位移较大时摇摆墙竖向发生刚体位移，对整体结构的抗震性能产生一定影响，后续将采用附加预应力的形式减轻摇摆墙竖向抬升的影响。     

C100高强混凝土框架-核心筒消能减震结构抗震性能研究

我国现行建筑抗震设计规范中要求结构（构件）在满足承载力的同时,需具备足够的变形能力,但是由于高强材料在延性上的不足,高强混凝土结构构件可能无法同时满足以上要求。为充分发挥高强混凝土竖向构件承载力,基于设置消能减震装置集中耗能降低结构地震响应的方法,对7度设防区C100高强混凝土框架-核心筒消能减震结构抗震性能进行研究。结果表明：在罕遇地震作用下,C100高强混凝土框架-核心筒结构竖向构件基本保持在弹性工作状态,消能减震技术可有效降低地震作用,保证结构的抗震安全;通过不同消能减震方案对比分析得到,在加强层以及结构剪切变形较明显的楼层布置合理数量的黏滞阻尼器减震效果最好。     

装配式摇摆墙-框架结构抗震性能试验研究

为避免罕遇地震作用下传统混凝土摇摆墙的开裂损伤且充分利用装配式结构的便捷性,设计了采用双层钢板混凝土墙的摇摆墙结构体系,在浇筑混凝土时双层钢板可充当摇摆墙构件的外模板。跨越结构上、下层的摇摆墙之间采用高强螺栓连接,摇摆墙在工厂预制后运到施工现场进行安装。选用金属阻尼器作为耗能连接件连接摇摆墙与主体框架结构,同时传递层剪力并耗散地震能量。为研究该装配式摇摆墙-框架结构的抗震性能,设计并制作了一个纯框架和两个摇摆墙-框架,其中两个摇摆墙-框架的区别在于金属阻尼器的安装位置不同。通过拟静力试验分析了其破坏模式及抗震性能。试验结果表明：预制装配式摇摆墙与主体框架结构协同工作性能良好,金属阻尼器耗能效果得到充分利用,结构承载力、耗能能力大幅增加;在水平位移较大时摇摆墙竖向发生刚体位移,对整体结构的抗震性能产生一定影响,后续将采用附加预应力的形式减轻摇摆墙竖向抬升的影响。