长周期地震动对刚度突变的超限高层框筒结构影响分析

作     者：潘志成 

作者单位：云南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖梅玲

授予年度：2017年

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

主      题：超高层 刚度突变 长周期地震动 弹塑性时程分析 高阶振型 

摘      要：随着城市超高层建筑结构的快速发展,在对建筑艺术追求的同时,不规则的超高层结构已经普遍存在;由于超高层结构有自振周期长的特点,在长周期地震动作用下,竖向有刚度突变的楼层,容易出现薄弱层,如果引起类共振反应会对超高层结构造成较大的破坏。历次地震灾害表明(如2008年汶川地震和2011年日本大地震),超高层结构在长周期地震动作用下的震害影响程度大于普通地震动;然而,由于我国先行的抗震规范没有考虑长周期地震动影响,很多情况下不能保证刚度突变超高层结构的抗震安全。所以本文基于长周期地震动和普通地震动,从地震动频谱特征、刚度突变超高层结构动力响应等方面分析,研究以下主要问题:1、根据抗震设防标准、场地条件、建筑物第一振型对应的周期等因素,选取发生于1999年台湾集集里氏7.6级地震所记录的地震动,通过Matlab编程,对得到的傅里叶频谱、放大系数β谱、位移反应谱进行对比,分析所选长周期地震动和普通地震动频谱差异。2、本文以一栋超A级高度超限高层框筒结构厦门宝嘉中心塔楼项目为工程背景,该建筑结构高度为168.4m,由于第10层、19层、28层为避难层,层高较高,竖向存在刚度突变,根据抗震规范该结构属于超限高层;运用Satwe、SAP2000两种软件建模计算,并通过两种不同软件对结构进行动力分析,验证该结构布置的合理性以及周期比、剪重比、刚重比、楼层剪力承载力比都要能满足规范的要求。3、本文利用SAP2000采用多遇地震作用下的振型分解反应谱法、弹性时程分析法,通过输入长周期地震动和普通地震动,分析了 7度(0.15g)和8度(0.3g)以及9度三个烈度下的超高层框架-核心筒结构的层位移、层间位移角、楼层剪力和层倾覆弯矩;为进一步说明研究问题,还进行了三个烈度罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析,重点分析薄弱层及其上、下层受力、变形的影响。4、最后,工程中对高层结构的抗震设计时,设计人员一般依据抗规和高规的要求只选取前几阶振型数,没有考虑高阶振型对超高层结构抗震有何影响。本文为研究高阶振型对超高层结构的影响,采用基于振型分解的结构动力时程分析方法计算了该超高层结构在不同振型组合下的地震响应。分析表明:高阶振型对超高层框筒结构内力的影响比位移大,并且高阶振型的影响程度还与结构自身的动力特性和地震动的频谱特性相关。