外型钢砼框架-内置型钢框架钢筋砼核心筒混合结构抗震性能试验研究与分析

摘要

(超)高层建筑结构一定程度上可代表城市、地区的经济发展水平,其结构体系的选择、承重构件的类型及其连接对其使用功能至关重要。随着我国经济的快速发展,可以预测在今后相当长一段时间内,中国将是(超)高层建筑发展的主要阵地。由于高度超限,抗侧力体系多种多样,其适用范围及适用高度均有所不同,目前还很难形成系统完整的、有针对性的规范、标准等作为设计依据。更需注意的是,一些抗震设防区域或高烈度区也出现了(超)高层建筑结构,且此高度范围的建筑基本均未受到相当强度的地震洗礼。因此,为确保此类建筑结构在地震区的安全可靠,为此类结构抗震设计提供普遍意义上的设计依据,对其抗震性能的研究尤为重要。目前国内外对(超)高层建筑结构,特别是地标性建筑的抗震设计主要根据静、动力试验完成分析,辅以数值模拟完成整体结构的分析作为结构设计的主要依据。本文将采用上述手段对可适用于(超)高层建筑的混合结构体系主要进行如下研究:(1)提出一种新的(超)高层建筑体系,即:外型钢混凝土框架—内置型钢框架的钢筋混凝土核心筒混合结构体系。根据相似原理设计出1:10的模型结构,并进行了地震模拟振动台试验研究;(2)结合振动台试验结果,对该体系中出现的薄弱楼层处的内置型钢框架的组合核心筒体进行了1:2模型的拟静力试验研究;(3)初步探讨了该组合核心筒体的非线性力学性能。论文具体开展并完成了以下工作:(1)提出"外型钢混凝土框架—内置型钢框架钢筋混凝土核心筒"混合结构,探讨其用于(超)高层建筑作为结构抗侧体系的可行性。根据现行规范、规程设计了"外型钢混凝土框架—内置型钢框架钢筋混凝土核心筒混合结构",利用ETABS软件进行了该类结构体系的原型结构整体分析及截面设计。(2)根据相似原理,依据原型结构的基本设计信息,完成了1:10大比例整体模型结构的设计,获得了模型中主要构件的截面设计信息。(3)对该类混合结构模型进行了地震模拟振动台试验,系统分析了整体模型结构在不同类型、不同强度水平的地震动作用下楼层的动力响应,研究了不同工况下模型结构的破坏机理、外框架与核心内筒之间的协同工作性能及整体模型结构的薄弱层位置等,并根据相似关系讨论了对应的原型结构的动力响应及其抗震性能。(4)在振动台试验研究基础上,对内置钢框架钢筋混凝土核心筒体进行了1:2模型结构的拟静力试验。深入研究了该类组合筒体的刚度及承载力变化、耗能机制、滞回特性、变形特点及破坏机理等。进一步分析了内置型钢框架对钢筋混凝土核心筒的承载能力及延性的影响;讨论了内置型钢框架与混凝土间的相互作用及协同工作性能。(5)采用大型建筑结构有限元分析程序STRAT对该内置型钢框架核心筒进行了大震非线性分析及抗震性能研究。上述研究的目的是研究本文所提出的混合结构体系整体抗震性能及其主要抗侧部分—内置型钢框架核心筒体的抗侧能力,探讨该类混合结构在(超)高层建筑结构,特别是地震区高层建筑结构中应用的可行性。本文的研究旨在抗震试验分析的基础上,对该类混合结构体系的综合抗震性能进行全面的分析讨论,对该类结构在地震区的应用提供分析基础,为该类结构体系相应的技术标准、规程的编制与制定提供参考依据,为我国(超)高层建筑结构的发展提供技术保证。