肘节式支撑钢框架—混凝土核心筒混合结构抗震性能研究

摘要

钢框架-混凝土核心筒混合结构在我国高层建筑中应用较为广泛，但已有的工程实践和试验研究表明，混凝土核心筒刚度有余，强度不足，钢框架强度有余，刚度不足，使得这种混合结构体系的抗震性能不协调。当结构体系遭受地震作用时，塑性铰主要出现在混凝土核心筒上，一旦核心筒发生过大的变形和严重破坏，如果钢框架刚度不足，就会导致整个结构体系的倒塌。
　　 在钢框架-混凝土核心筒混合结构中增设肘节式消能支撑，通过合理设计肘节支撑的几何关系，耗能装置处的变形大于结构的层间变形，可以显著降低主体结构所受的地震作用，控制混凝土核心筒塑性铰的产生和发展，为以后新建，特别是加固改建该类混合结构提供了一种高效简单的方案。
　　 附加肘节式消能支撑后，阻尼器首先消耗地震输入的能量，延缓了结构的弹塑性变形，较好地控制了结构的位移变形，使结构的地震反应随地震频率的变化趋于平缓，且地震强度越大、楼层数越多，减震效果越佳。粘滞阻尼器的参数对结构的地震反应有明显影响，一般情况下，结构顶点最大位移随速度指数α成线性变化，α取值越小，结构的位移反应越小，且随地震频率变化较不明显；结构的地震反应随附加阻尼比的增大而减小，阻尼比ξ取值在10％到30％范围内时，结构顶点最大位移的降低幅度较为明显。实际应用时，首先确定阻尼器的速度指数α(取值范围为0.2～1.0)，然后通过调节阻尼系数，控制附加阻尼比ξ在10％到30％范围内。
　　 用SAP2000非线性时程分析对小高层和高层钢框架-混凝土核心筒混合结构进行了弹塑性分析，结果表明：设置消能支撑可以提高结构的抗震性能，特别是可以通过调节粘滞阻尼器的参数，有目的地降低混凝土核心筒所受的地震剪力，控制核心筒中塑性铰的产生和发展。在不同地震波常遇地震作用下，肘节式支撑钢框架-混凝土核心筒混合结构中混凝土核心筒与框架柱底部所受的地震剪力、结构各层的加速度、位移等地震反应等都比设置相同粘滞阻尼器的对角斜撑钢框架-混凝土核心筒混合结构中的小。