基于Pushover方法的高层分散筒结构与剪力墙结构抗震性能对比

摘要

分散筒结构体系侧向刚度大,结构构件平面布置灵活,空间整体性强,可用于高层和超高层建筑中,是具有远大应用前景的新型抗侧力体系,但其在很多方面仍需深入研究。在弹性阶段,结构的延性、耗能等诸多极为重要的信息无法得到体现,而这部分信息很有可能是结构性能的关键。由于分散筒结构构件筒体墙壁较薄,在大震作用下,当结构进入弹塑性工作状态,结构能否满足规范规定的弹塑性变形要求和其弹塑性工作性能好坏是决定分散筒结构体系能否适用于工程实际的关键。
　　本文首先根据民用建筑中常见的建筑布置方案,采用SAP2000软件对剪力墙结构和分散筒结构主要抗侧力构件的静力弹性和静力弹塑性性能进行了对比,研究其破坏机制和弹塑性工作性能差异;然后对青岛某剪力墙结构体系高层住宅进行重新设计,结构方案设计为分散筒结构体系,并保证两方案混凝土用量基本相等,利用ETABS软件、PUSH&EPDA程序和SAP2000软件,对两种模型的静力弹性和静力弹塑性性能进行对比研究,探究两种模型在大震作用下的抗震性能和破坏机制;并采用STAT工程量统计软件对两模型的混凝土用量,含钢量等经济性指标进行对比,并对差异原因进行了分析。
　　研究发现,相同混凝土用量前提下,筒体模型较一字型墙体模型具有较大的抗侧刚度和空间工作性能,翼缘墙体能够较好地参与结构受力。筒体模型底部墙体出现混凝土压溃时的顶点侧移值和梁端塑性铰的发展程度均大于墙体模型,构件材料利用率高,结构延性较好,能够更好地保证“强柱弱梁”的设防思想。开洞筒体模型与带翼缘墙体模型梁端塑性铰发展基本相同,抗侧性能接近,布置合理的带翼缘墙体模型能够取得接近开洞筒体的抗侧性能,剪力滞后效应并不明显,结构的空间整体性较强。
　　工程实例对比分析中,相同混凝土用量前提下,分散筒模型与剪力墙模型静力弹性性能接近。当结构进入弹塑性状态,分散筒模型比剪力墙模型有较大的刚度和较好的弹塑性性能,在性能点处的最大弹塑性层间位移角远小于剪力墙模型,结构有较大富裕。
　　优化结构模型,使结构主抗侧力方向的最大弹塑性层间位移角相等且合理,在“与结构主轴成45度夹角”的地震作用下,剪力墙模型的弹塑性层间位移角超限,分散筒模型满足要求且具有较大的富裕,分散筒结构抗扭刚度大的性能充分体现。在“预设偏心”情况下,两种模型的弹性和性能点处的弹塑性性能接近,但在结构达到临近破坏的极限状态时,分散筒模型的抗扭性能明显优于剪力墙模型。
　　优化后分散筒模型的混凝土用量较剪力墙模型更省,但钢筋用量较大。分析后初步判断两模型的计算用钢量接近,分散筒结构体系按照现行规范规定的剪力墙结构体系的构造要求进行配筋时,大于其所需要的钢筋用量,且抗震等级越高、构造要求越严格,此差值越大。
　　分散筒结构体系用于高层民用住宅建筑中能够取得较好的效果,为更好地把分散筒结构体系应用于实际工程设计中,需针对该结构的受力特性等编制相应的规范、规程和通用软件分析模块。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 本文的研究内容及方法

1.3 本章小结

2 静力弹塑性（Pushover）分析方法

2.1 Pushover分析方法概述

2.2 Pushover分析方法基本思路

2.3 Pushover分析方法的优点与缺陷

2.4 能力谱方法概述

2.5 Pushover分析软件简介

3剪力墙结构与分散筒结构抗侧力构件基本性能对比

3.1 模型的建立

3.2 静力弹性性能对比

3.3静力弹塑性性能对比

3.4 本章小节

4 剪力墙结构与分散筒结构抗震性能实例对比

4.1 模型的建立

4.2 静力弹性性能对比

4.3 Pushover模型的参数调整

4.4 静力弹塑性性能对比

4.5 本章小节

5 合理设计的剪力墙结构与分散筒结构抗扭性能和经济性对比

5.1 模型的合理化设计

5.2与X轴45度夹角方向地震作用下结构的性能对比

5.3偏心荷载状态下结构的性能对比

5.4剪力墙结构与分散筒结构的经济性对比

5.3本章小节

6 研究结论及展望

6.1 研究结论

6.2 后续研究展望

参考文献

致谢

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