几类钢-混凝土组合柱框架-核心筒超高层结构抗震性能分析与研究

摘要

钢-混凝土组合结构是90年代以来兴起的一种新型的结构形式，因其具有较高的承载力、优越的抗震性能、较轻的自重及便捷的施工方式等特点，在各式高层超高层及大跨度结构中得到广泛的应用。另一方面，随着社会的不断进步，人们对建筑的功能要求也愈发多样化，高层超高层结构被大量应用于住宅、酒店、写字楼等建筑体系中。框架-核心筒结构是高层超高层建筑中常见的结构体系之一，其在保证建筑采光、通风等空间的同时拥有良好抗震性能，在高层超高层建筑中应用极为广泛，有相当的代表性。本文以贵州省安顺市华荣国际大酒店为研究对象，运用有限元分析软件 YJK和MIDAS/GEN对该框架-核心筒超高层结构进行优化选型、应用钢筋混凝土柱与钢-混凝土组合柱结构的抗震性能分析并进行弹塑性分析。主要研究内容如下：
　　1、针对该框架-核心筒超高层结构设计了两个结构布置方案，分别对两个结构方案进行有限元建模并进行静力特性分析研究，通过对两个结构关键构件的内力、轴压比等计算结果的分析对比，选择出一个较优方案，以选出方案为研究对象进行下一步的分析研究。
　　2、针对选出的较优方案分别使用钢筋混凝土柱、型钢混凝土组合柱及钢管混凝土叠合柱建立有限元模型，分别进行了模态分析，得到了三个结构各方向的主要振型和结构基本自振周期，通过横向对比确定钢-混凝土组合柱的使用对结构的自振特性的影响。此外，通过对各结构各阶振型的有效质量参与系数的分析，确定所选取振型数目的合理性。
　　3、通过对三个结构X、Y两个方向单独地震加速度的输入及双向水平组合地震加速度反应谱输入，并对比分析了各结构在X向反应谱、Y向反应谱及双向水平地震作用下的地震反应，初步确定两种钢-混凝土组合柱相比于钢筋混凝土柱对结构的抗震性能影响，并为此类结构抗震设计提供一定的依据。
　　4、拟合出Koc波、Hec波和一组人工模拟波相应的反应谱地震影响系数曲线。对三个结构分别输入三条波的加速度时程曲线，得到各结构在多遇地震作用下的弹性时程响应。通过对计算结果的分析对比，明确各结构弹性时程分析对振型分解反应谱法的补充计算作用，并将各结构相应的计算结果与振型分解反应谱法进行对比，确保结构计算的可靠性。
　　5、探讨影响影响弹塑性分析的几个因素，如初始条件的确定、塑性铰类型及位置的设置、塑性铰本构关系等。在此基础上对三个结构进行弹塑性分析，研究各结构在大震下的塑性铰出现顺序、变化及倒塌机制，对比得出各结构抗震性能的差异，进而明确两类钢-混凝土组合柱对结构的抗震性能影响。