近远场地震动作用下超限高层结构抗震性能研究

摘要

超限高层结构在强震作用下具有复杂的地震反应和破坏机理，在以往地震中时有震害发生并造成较大损失。近断层地震动常伴有长周期的速度脉冲作用，远场地震动对长周期结构的反应非常显著，而超限高层建筑是典型的长周期结构，故远场、近断层地震动作用下超限高层结构的抗震性能将经受严重的考验，研究其地震反应和减震措施具有重要的意义。
　　为了更准确地评估超限高层结构在地震作用下的抗震性能、减小震害造成的损失，本文主要研究内容如下：
　　（1）介绍了高层建筑结构的发展概况和结构体系，概述了有限元分析理论和动力非线性时程分析方法，归纳了长周期结构震害的原因以及国内外对高层建筑结构抗震的研究成果。
　　（2）介绍了近断层地震动和长周期远场地震动的定义、基本特性和对工程的影响，并选择7条近断层非脉冲地震动、7条近断层脉冲地震动和7条远场地震动记录，对其地震动特性进行详细分析，结果表明：远场地震动放大系数谱的频域分布最为宽广，对长周期结构地震反应的影响显著；近断层脉冲型地震动的位移反应谱增长幅值尤为明显，也可对长周期结构造成较大的影响。
　　（3）以超限高层建筑结构即兰州中心—甲级写字楼为研究对象，借助有限元程序 ETABS2013作为计算工具，建立了较为精细的整体结构有限元计算模型，通过输入选择的地震动记录并进行非线性时程分析，研究了超限高层结构在多遇地震和罕遇地震作用下的地震响应，结果表明：远场地震动作用下的结构响应最为明显，其层间位移角已经远远超过了规范所规定的限值。故建议，对于超限高层结构，选择远场地震动分析超限高层结构的抗震性能更偏于安全。
　　（4）采用将阻尼器均布布置在外框架和将阻尼器均布布置在外框架与核心筒之间两种减震方案，分别分析其罕遇地震下的地震反应和减震效果，从而对结构的抗震性能进行优化，结果表明：将阻尼器均布布置在外框架与核心筒之间的方案减震效果更优，能够有效减小结构的地震响应。
　　以上研究结果，不仅为丰富超限高层结构的抗震理论提供一定依据，同时对今后超限高层结构的设计和验算提供一定参考价值。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2高层建筑结构的发展概况

1.3高层建筑结构体系介绍

1.4国内外研究现状综述

1.5本文的研究意义和主要研究内容

第2章 超限高层结构的非线性有限元分析

2.1结构的有限元分析理论

2.2结构的非线性问题

2.3本章小结

第3章 地震动特性研究

3.1 地震动特性概述

3.2 近断层地震动

3.3 远场地震动

3.4 地震动数据选取及特性比较

3.5 本章小结

第4章 近远场地震动作用下超限高层结构抗震性能研究

4.1 工程概况及其有限元模型

4.2 结构动力特性分析

4.3 多遇地震作用下结构地震响应分析

4.4 罕遇地震作用下结构地震响应分析

4.5 本章小结

第5章 超限高层结构减震方法研究

5.1 消能减震理论

5.2 粘滞阻尼器构造、耗能机理以及恢复力模型

5.3 粘滞阻尼器布置方案

5.4 粘滞阻尼器减震效果分析

5.5 本章小结

总结与展望

主要结论

展望

参考文献

致谢

附录A: 攻读硕士学位期间所发表的学术论文