隔震建筑抗超大震性能分析与设计

摘要

隔震技术是50年来结构抗震领域突出的研究成果。近年来，高层建筑结构成为未来的发展趋势，高层隔震技术也在我国得到广泛的应用。近几年国内发生过数起9度以上的特大地震，而隔震建筑的实际设防烈度通常小于9度，在设计基准期内可能承受超出设计1度左右的地震作用，即超大震作用。隔震措施可以使上部结构在大震作用下处于弹性或弱非线性状态，减小上部结构的地震响应，然而在大震、特别在超大震作用下隔震层位移、结构整体的抗倾覆安全都需要特别研究。本文通过SAP2000和ETABS软件建立隔震结构有限元模型并进行动力弹塑性时程分析，重点研究基于“大震不倒”设计的隔震结构的抗超大震性能、实现抗超大震的代价和对应设计方法，主要完成以下内容：
　　(1)按8度设防分别设计高度为27m、53m和95m的隔震结构，通过SAP2000和ETABS软件对这三个隔震结构进行建模，采用弹塑性时程分析对结构在地震峰值加速度（PGA）为70gal、220gal、310gal、400gal、510gal、620gal等地震下的动力响应进行计算；通过比较三个结构的层间位移角、隔震支座位移及结构倾覆力矩等响应，判断结构在超大震下是否倒塌、倒塌模式及临界PGA，得到隔震结构的抗超大震能力。
　　(2)通过提高设计安全系数的方式增加结构的抗超大震能力。为提高隔震结构的抗超大震能力并同时保证不额外付出过大代价，对前文所选结构隔震层进行改进设计，在不改变支座个数及支座布置的基础上，通过扩大支座截面的方式保证隔震结构能够承受超大震的作用，并对改进后的结构层间位移角、隔震支座位移、结构倾覆力矩进行分析，得到超大震下新的结构的破坏模式和临界PGA，并给出满足“超大震不倒”设计下安全系数的选取建议以及前后两种方案结构各参数的对比；此外，分析基础隔震结构的适用条件，得出其具有一定局限性。
　　(3)通过增加隔震结构的柱截面尺寸的方式减小上部结构的层间变形，对6层隔震结构采用该措施设计并分析其抗震性能，通过对比得出扩大上部结构层间刚度的作用；通过在隔震层增加粘滞阻尼器的方式增加隔震结构的抗震性能，对17层隔震结构在隔震层设计粘滞阻尼器并分析新的结构地震下响应，通过对比判断粘滞阻尼器的作用。

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第1章 绪 论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外发展应用及研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 基于“大震不倒”设计的隔震结构抗超大震能力分析

2.1引言

2.2隔震支座基本性质

2.3隔震结构抗超大震必要性分析

2.4上部结构有限元模型的建立及抗震能力分析

2.5隔震支座设计

2.6地震波选择

2.7隔震结构地震响应分析

2.8基于“大震不倒”设计的隔震结构在地震下的破坏分析

2.9隔震支座的耗能能力

2.10本章小结

第3章 提高“安全系数”设计的隔震结构抗超大震能力分析

3.1引言

3.2隔震支座选择分析

3.3重新设计后的隔震结构响应

3.4方案对比

3.5设计安全系数修改建议

3.6局限性

3.7本章小结

第4章 改进设计的隔震结构抗超大震能力分析

4.1引言

4.2低层隔震建筑改进设计

4.3高层隔震建筑抗超大震能力改进——隔震层添加粘滞阻尼器

4.4本章小结

结论

结论

研究展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢