玻璃幕墙和填充墙对高层隔震钢框架结构动力性能的影响

作     者：田敬博 

作者单位：中国地震局工程力学研究所 

学位级别：硕士

导师姓名：戴君武

授予年度：2014年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：非结构系统 隔震钢结构 原位动力试验 玻璃幕墙 填充墙 有限元分析 

摘      要：国内外破坏性地震震害表明，围护墙/隔墙、吊顶、管道、设备、家具等建筑非结构系统的破坏带来的损失可达地震总损失的79%，不仅对居住者的生命财产构成威胁，更可引发燃气泄露、火灾等次生灾害，给地震现场应急搜救带来障碍，使主体结构仍然完好的大量建筑物因建筑非结构系统的破坏而失去使用功能，变成“站立的废墟、“危房，医院失去医疗救灾功能，通讯中心、政府等失去应急指挥办公场所功能，企业停产、商业停止运营，造成巨大经济损失的同时，带来比结构破坏更为严重的不良社会影响。2011年发生的在日本9.0级地震海啸中作为非结构系统之一的核反应堆应急冷却装备失效引发的全球核危机，足以警示建筑非结构系统抗震问题的重要性和问题需要解决的急迫性。因此，开展建筑非结构系统抗震问题的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。围绕这一主题，本文主要开展了以下研究： 系统地分析整理了关于建筑非结构系统抗震问题的国内外研究现状，对比分析了中国、美国、日本这三个代表着国际地震工程研究先进水平的国家关于非结构系统抗震设计相关规范的应用现状及发展水平，讨论了我国规范对于非结构系统抗震设计及分析研究存在的不足和亟需解决的问题。 玻璃幕墙和填充墙作为实现建筑使用功能不可或缺的两种非结构构件，现行相关规范对于如何考虑其与结构的相互作用及其后果仅给出了原则性规定。本文在国内外研究成果的基础上，提出了如何在SAP2000有限元分析模型中简化模拟玻璃幕墙、半刚性填充墙以及柔性填充墙的实现方法。 以云南省设计院15层隔震钢结构大楼的原位动力试验数据为依据，利用SAP2000有限元分析软件，分别建立设计中通常采用的仅考虑非结构构件质量贡献的纯梁柱框架钢结构模型、钢结构带玻璃幕墙模型、钢结构带填充墙模型以及幕墙和填充墙同时考虑等四个可对比模型，分别模拟分析原位试验各工况下实际结构的加速度和位移反应，并与试验数据进行对比分析，给出了这四种模型分别考虑玻璃幕墙、填充墙以及二者同时考虑时对结构振动特性、整体反应以及局部构件内力的影响规律及差别。 通过与试验结果进行对比分析，验证了本文所提出的在钢结构模型中增加玻璃幕墙、填充墙单元模拟方法的合理性和可靠性。给出了在钢结构设计分析中分别考虑玻璃幕墙、半刚性填充墙以及柔性填充墙的建议方法。