一级抗震PSRC空腹桁架转换层框架结构三道防线设计方法工程应用研究

作     者：邓建 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：简斌;徐诗童

授予年度：2021年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：预应力型钢混凝土 空腹桁架转换结构 三道防线设计方法 工程应用研究 抗震性能评价 

摘      要：现代城市综合体建筑常需要具有垂直功能分区的底部超大空间结构,大跨度预应力型钢混凝土（PSRC）空腹桁架转换层框架结构是一种理想适用的结构形式。基于二维平面结构模型的试验和有限元模拟分析,已有研究成果提出了一级抗震PSRC空腹桁架转换层框架结构三道防线抗震设防设计方法,解决了目前国内现行规范对该类结构的设计规定不明确的问题。本文基于三道防线设计方法,以三维空间结构模型为研究对象,对该类结构的工程应用展开研究,对促进其推广具有重要意义。本文以8度（0.2g）抗震设防区的一级抗震PSRC空腹桁架转换层框架结构为研究对象,基于三道防线设计方法,采用国内主流结构设计软件之一的ETABS设计了6个考虑了上抬框架层数、整体或局部转换、上抬框架柱网间距以及底部大跨度跨数等因素变化的基本形式工程算例,以及4个考虑增设少量剪力墙、增设楼电梯间筒体、高位转换和大底盘上抬单塔楼的典型形式工程算例。然后,通过与Open Sees精细化有限元空间模型的对比,验证了国内主流结构分析软件之一的SAUSAGE空间模型的有效性,并基于SAUSAGE模型的模拟分析结果对上述工程算例进行了抗震性能评价。通过本文的研究,主要得出了以下结论（1）SAUSAGE模型的转换层及其以下楼层层间位移角、结构柱端以及上下弦梁端塑性铰分布位置均能够包络Open Sees模型,分析结果总体偏安全。采用SAUSAGE软件进行罕遇地震下抗震性能分析时,当转换柱不超过轻微损坏、紧邻其上一层框架柱不超过轻度损坏,则可不进行转动能力需求比量化控制指标验算。（2）本文6个基本形式工程算例考虑了上抬框架层数、整体或局部转换、上抬框架柱网间距以及底部大跨度跨数等因素的变化,罕遇地震下,除大跨度方向上抬框架柱距减小导致梁柱出铰率比降低外,各算例未见其他明显差异。结构实现了三道防线设防目标,达到了其量化控制指标,整体抗震性能达到《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中C类抗震性能目标要求。（3）在转换层及其下部楼层增设少量剪力墙或在楼电梯间增设贯通各楼层的核心筒,可以有效改善结构抗侧刚度比或缓解沿楼层高度的刚度突变,框架部分应按剪力墙、筒体退出后可独立工作进行设计。罕遇地震下,第一道防线梁柱出铰率降低、梁柱出铰率比提高,结构耗能性能得到明显改善;转换柱塑性铰数量明显减少、性能水平明显提高,转换层抗震性能得到明显改善。在剪力墙或筒体部分严重损伤后,结构框架部分的抗震性能仍能达到设计要求的各项性能水准。（4）当设置高位转换时,紧邻转换层的下部楼层层间位移角明显增大,成为下部突变点;当设计为底部大底盘上抬塔楼形式时,第一道防线层间位移角显著增大。罕遇地震下,两者第一道防线中的梁构件损伤程度加重,后者甚至达到重度损坏,紧邻空腹桁架的上一层柱出铰率也显著提高,但两种结构形式算例抗震性能仍能达到设计要求的各项性能水准。