新型全装配式RC楼盖多高层建筑抗震设计方法研究

摘要

新型全装配式RC楼盖（简称，新型楼盖）具有工厂标准化加工、施工速度快、人工效率高、湿作业少等诸多优势，由于装配式楼盖平面内刚度有限，在水平地震作用下将发生明显的面内变形，甚至引起结构的破坏。国内规范将该类楼盖定义为半刚性楼盖，抗震设计时地震内力分配采用简单取平均值的做法，研究表明该方法存在较大的误差和安全隐患。为了揭示采用新型楼盖的建筑结构动力特性与地震响应规律，提出采用新型楼盖的建筑结构抗震设计方法，本文进行了新型楼盖平面内变形拟静力试验，建立了考虑新型楼盖平面内刚度的建筑结构抗震分析模型、进行了采用新型楼盖的高层建筑动力特性与地震响应规律分析等工作，主要内容如下： （1）进行了新型楼盖平面内受力性能拟静力试验及平面内刚度计算方法的修正。通过对采用发卡-盖板（HP-CPC）连接件的新型全装配式RC楼盖平面内受力性能试验分析，得到楼盖的滞回曲线和骨架曲线、平面内挠度以及板缝处剪力分布，试验结果表明新型全装配式RC楼盖在水平荷载作用下挠度与均布荷载下简支梁挠度接近，为采用等效梁的理论方法计算楼盖平面内变形提供了试验依据。在试验的基础上，提出了新型楼盖平面内刚度的修正计算方法，该方法计算结果与试验实测值吻合良好，可用于弹性阶段新型楼盖平面内刚度的计算； （2）建立了采用新型楼盖的多高层建筑抗震分析模型。对于采用新型楼盖的多高层建筑结构，由于楼盖平面内刚度有限，不能采用刚性楼盖假定的“串联多质点系”抗震分析模型，为此基于研究内容（1）楼盖平面内刚度计算方法，提出考虑新型楼盖平面内实际刚度的“串并联多质点系”抗震分析模型，并进行了算例分析。重点阐述了剪力墙、框架以及楼盖刚度矩阵的建立方法，并且编制了求解结构振动方程（反应谱和时程分析法）的matlab计算程序，通过调试和算例验证，证明了该计算程序可用于采用新型楼盖的多高层建筑的抗震计算。 （3）进行了采用新型楼盖的高层建筑动力特性与地震响应分析。为了验证研究内容（2）理论抗震分析模型的计算精度及与“串联多质点系”抗震分析模型的差异，采用有限元程序建立新型楼盖的多高层建筑模型和相同尺寸的现浇楼盖多高层建筑模型，通过分析，得到结构自振周期、振型、位移、内力和加速度等响应规律，结论如下：1）理论分析结果与有限元分析结果吻合良好，说明理论抗震分析模型用于结构抗震分析较为精确；2）由于楼盖的柔性，结构的自振周期明显大于现浇结构；3）水平地震作用下，楼盖发生了显著的平面内变形，各榀抗侧力结构的侧移存在较大差异；4）地震剪力分配也发生了较大变化，框架将承担更大的地震剪力；5）各楼层的加速度响应规律也发生明显变化，框架会产生更大的加速度响应。 （4）进行了采用新型楼盖的高层建筑地震响应参数分析。通过调节振型组合数、楼盖刚度大小和建筑层数，得到新性楼盖高层建筑地震响应规律，结论如下：1）高阶振型对剪力墙的影响要明显大于框架，对楼盖中间开间的影响要大于端部开间；2）当楼盖刚度取值较小时，楼盖刚度变化对会引起结构地震剪力剧烈变化，当楼盖刚度取值较大，甚至接近于现浇楼盖时，楼盖刚度对结构地震剪力影响变得微弱，且地震剪力在剪力墙和框架之间的分配逐渐向剪力墙偏移；3）建筑层数的增加会使楼盖水平地震剪力减小，这说明新型全装配式RC楼盖可用于高层结构，并不会引起额外的地震内力。 最后，总结了本文研究的成果和存在的问题，提出了采用新型全装配式RC楼盖的多高层建筑抗震设计方法与设计建议，对课题后续研究进行了展望。

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