基于性能的设计方法在超限高层建筑结构设计中的应用研究

针对超限高层建筑结构抗震设计,提出了基于性能设计方法的性能目标,通过结构在小震、中震、大震作用下的弹性、弹塑性静力和动力时程分析,对三水准地震作用下结构构件进行了承载力定量分析。从理论上证明了结构性能可以达到“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防目标,同时进行了1：20模型的结构振动台试验,确证了实际结构设计的安全性。     

8.5度设防区剪力墙结构层间位移角限值探讨

为满足小震作用下结构层间位移角限值的要求,抗震设防高烈度区设计的结构竖向构件多,截面尺寸大,影响建筑使用空间。控制小震作用下的层间位移角除满足舒适度、装饰结构和机械设备正常使用的需求外,主要目的是确保结构大震不倒。根据新疆喀什地区(8.5度设防)128条强震地震动和当地实际工程,参照现行不同规范对层间位移角限值的规定,以层间位移角和高度为控制参数,设计6个剪力墙结构模型,采用基于构件变形的抗震性能评估方法研究大震作用下结构的安全性。结果表明：6个剪力墙结构在8.5度大震作用下均满足“大震不倒”的要求,且在两倍大震作用下具有合理的屈服耗能机制。建议小震作用下新疆喀什地区剪力墙结构的弹性层间位移角限值放松至1/500。     

基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固技术研究

根据我国现行的建筑结构抗震规范,无论是新建建筑结构的抗震设计还是既有建筑结构的抗震评估与加固,均通过小震弹性承载力计算 抗震延性构造措施来达到"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防目标(对于不规则且具有明显薄弱部位的建筑结构还需要进行罕遇地震作用下的弹塑性层间变形验算)。对于抗震延性构造措施不满足现行规范的既有建筑结构的评估、改建、扩建,如果仅通过小震弹性的承载力计算,显然无法达到"大震不倒"的目标。本文通过引入国际上先进的基于性能的结构抗震思想,以结构层间位移和结构构件变形作为性能目标,从定量上解决了既有钢筋混凝土建筑结构的抗震评估与加固问题。     

附加黏弹性阻尼与金属阻尼耗能的自复位墙结构抗震性能对比分析

相对传统结构,自复位墙结构在地震作用下具有更大的变形能力且几乎无残余位移,但其耗能能力较弱,需采用附加阻尼来增加整体耗能.目前,金属阻尼器已广泛用于自复位墙结构,其可显著减小结构大震下的地震响应,但小震下的位移和加速度减震效果不佳.因此,将小变形下即可耗能的黏弹性阻尼器应用于自复位墙结构中.设计一幢10层自复位墙结构,分别采用黏弹性阻尼器和 U 型金属阻尼器作为附加耗能构件,通过弹塑性时程分析对比采用两种耗能机制的结构地震响应.结果表明,黏弹性阻尼器可显著减小自复位墙结构在小震下的位移和加速度响应;U 型金属阻尼器在中震下开始耗能,在大震和巨震下,其减震效果会超越黏弹性阻尼器.因此,为进一步优化自复位墙结构在不同水准地震作用下的抗震性能,建议结合阻尼器的特点进行合理设计.     

外套预制砌体加固结构的应用及弹塑性分析

目前城市中存在着大量的老旧砌体房屋，由于建造年代久远，房屋大多缺乏抗震设计，存在着严重的安全隐患。应用外套预制装配技术对上海市某6层砌体结构进行加固改造，并应用结构分析软件SAP2000进行砌体结构弹塑性分析。通过加固前后结构地震响应分析，结果表明：相比于原结构，加固后砌体部分承担基底剪力小震和大震分别减小51.21%和13.70%,原砌体结构承担剪力得到有效削弱。原结构小震层间位移角大于1/2 000,可能发生轻微破坏，大震层间位移角大于1/250,存在倒塌风险。加固后砌体结构抗震性能得到明显改善，小震层间位移角小于1/3 500,大震层间位移角小于1/600,小震下可保证结构基本完好，大震下不致结构发生严重破坏，有效地提高了原结构抗震能力。加固后砌体结构峰值位移平均降幅在40%～90%之间，在小震作用下，加速度减小，而大震作用下则反向增大。     

按新规范设计的不规则框架非线性抗震性能分析

按2002新规范设计了两栋不规则空间框架，分析了结构在小震、中震及大震作用下结构的反应，重点考察了结构在中震及大震作用的非线性响应，主要包括最大层间位移、层间扭转角以及构件混凝土纤维和钢筋纤维的最大应变等，对新抗震规范要求的设防水准及目标进行了初步评估。     

钢筋混凝土框架中震可修标准及简化抗震设计方法

本文对国际上主要建筑抗震设计规范中钢筋混凝土框架可修水准的层间位移角限值进行了比较,讨论了国内的一些相关研究结果,结合中国抗震规范确定钢筋混凝土框架中震可修层间位移角限值和屋顶侧移率限值分别为1/150和1/200。采用安全系数的抗震设计表达、论述了对应于结构层间位移角基于承载力的简化抗震设计方法。最后用实例按反应谱分析和弹性时程分析验证了钢筋混凝土框架中震可修层间位移角限值的有效控制作用,初步确定了简化抗震设计方法中梁柱构件的抗震安全系数并分析了提高目前结构抗震安全度的措施。     

钢框架结构的非线性静力抗震可靠性分析Ⅱ:可靠度指标及其灵敏度

将有限元反应及其灵敏度分析与结构可靠度分析的近似解析方法结合起来,可以进行具有隐式功能函数的大型复杂结构的可靠性分析。在基于位移的非线性纤维梁柱单元及其灵敏度直接微分表达式的基础上,通过力学变换、概率变换和反应灵敏度,将结构可靠度计算方法FORM和SORM与有限元方法有机地集成在一起。依据现行抗震设计规范,建立了钢框架结构典型构件承载能力和结构层间变形能力的抗震极限状态方程,利用地震作用的等效随机静力模型,采用非线性有限元静力可靠度方法,对一实际工程结构的抗震可靠度及其灵敏度进行了概率分析和评价,结果表明：尽管在大震作用下该结构的层间弹塑性变形可靠度较高,但是构件极限承载能力的可靠度指标较低,仍然存在失效的可能性。因此,仅验算“小震”作用下结构的承载能力可靠度和“大震”作用下结构的变形能力可靠度是不够的,还需要验算在“中震”和“大震”作用下结构的极限承载能力可靠度。     

客运专线桥梁基于性能的抗震设计研究

从基于性能的抗震设计理念出发,给出了客运专线桥梁结构的性能目标及各性能水准下的桥墩地震破损描述,明确并量化了桥墩各抗震性能目标的验算内容。给出了小震不坏及可控制中震损伤的验算方法,简化能力谱法计算位移延性系数,指出了大震时最大位移验算的不足,讨论了桥墩大震时地震损伤指数的计算与验算,通过算例详细介绍了基于性能的抗震设计方法与过程。     

超限高层建筑结构抗震设计加强措施和建议——以某超限高层建筑为例

为加强超限高层建筑结构的抗震性能,最大程度减小地震损失,以某一超限高层建筑为对象,对其结构抗震设计的加强措施和建议进行详细分析。在小震作用下运用pkpm软件MIDAS/Building对建筑结构进行弹性计算对比分析,证明弹性计算的可靠性;借用SATWE对结构在中震或大震作用下不同构件的承载力和截面进行验算;采用midasbuilding软件对该超限高层建筑进行罕遇地震作用下的静力弹塑性分析。根据不同震级下建筑结构线弹性分析结果,对建筑主体结构、结构抗震和地基基础进行加强设计,从中归纳出整体结构的抗震加强措施和建议,说明该超限结构能满足规范的设防要求,是安全可靠的。     

钢框架结构的非线性静力抗震可靠性分析 II:可靠度指标及其灵敏度

将有限元反应及其灵敏度分析与结构可靠度分析的近似解析方法结合起来,可以进行具有隐式功能函数的大型复杂结构的可靠性分析。在基于位移的非线性纤维梁柱单元及其灵敏度直接微分表达式的基础上,通过力学变换、概率变换和反应灵敏度,将结构可靠度计算方法FORM和SORM与有限元方法有机地集成在一起。依据现行抗震设计规范,建立了钢框架结构典型构件承载能力和结构层间变形能力的抗震极限状态方程,利用地震作用的等效随机静力模型,采用非线性有限元静力可靠度方法,对一实际工程结构的抗震可靠度及其灵敏度进行了概率分析和评价,结果表明:尽管在大震作用下该结构的层间弹塑性变形可靠度较高,但是构件极限承载能力的可靠度指标较低,仍然存在失效的可能性。因此,仅验算"小震"作用下结构的承载能力可靠度和"大震"作用下结构的变形能力可靠度是不够的,还需要验算在"中震"和"大震"作用下结构的极限承载能力可靠度。     

基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究(Ⅱ):振动台试验

通过模型振动台试验研究了基于位移设计的钢筋混凝土桥墩的抗震性能。以完成的拟静力试验中的桥墩试件为参考原型,利用基于位移抗震设计方法和现行桥梁抗震规范方法设计了4根1:2的钢筋混凝土桥墩试件并进行了模型振动台试验。对小震、中震和大震作用下桥墩试件的破坏形态、加速度和位移反应、位移延性系数和地震总输入能(耗能)等方面进行了比较分析。综合拟静力试验和振动台试验结果,可以认为基于位移设计的钢筋混凝土桥墩能够达到预期的延性抗震要求。     

强震作用下框架结构的优化设计

针对第三水准"大震不倒"的抗震设防目标,提出一种在强震作用下框架结构的优化设计方法.依据"用相同的投资获最好的设计"的设计理念,以在强烈地震波的作用下框架结构最大的层间相对位移最小化作为优化目标,建立了同时满足体积约束的优化数学模型.采用动力有限元分析模型和高效的显式动力分析方法进行结构分析,获得最大的层问相对位移;采用改进的复形法求解优化数学模型;在显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA的基础上进行二次开发,实现了一个三维框架结构的抗震优化设计.数值结果表明该设计方法不一定获得抗震结构的最优设计,但能获得一系列抗震性能良好的设计,具有现实的工程意义.     

基于IDA的方钢管混凝土框架-SPSW核心筒结构地震易损性研究

为研究方钢管混凝土框架-钢板剪力墙（SPSW）核心筒结构在不同强度地震下破坏概率,使用拉杆模型作为钢板剪力墙等效模型,与已有试验对比验证各参数有效性。以地震动峰值加速度（PGA）作为地震动强度参数,按照场地条件等要求选择11条地震动记录。以结构最大层间位移角作为损伤指标,对一典型方钢管混凝土框架-钢板剪力墙核心筒结构进行增量动力分析（IDA）,得到IDA曲线簇。基于增量动力分析进行易损性分析,得到易损性曲线,并计算结构的抗倒塌储备系数。结果表明:8度多遇地震作用下,此结构处于正常使用状态。8度设防地震作用下,处于修复后可使用状态。8度罕遇地震作用下,处于生命安全状态。表明该结构具有良好的抗震性能,满足规范中“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的抗震设防目标。该结构抗倒塌储备系数大于规范建议值,具有较好的抗倒塌能力。     

星海金融商务区超高层综合体结构超限抗震设计

星海金融商务区超高层综合体建筑高度为193.30 m,共51层,采用超B级高度高层结构及钢筋混凝土框架—核心筒结构,采用SATWE及MIDAS两个程序对其进行计算分析,计算结果相近,小震下结构周期比、位移角、位移比、剪重比均满足规范要求。对其进行弹性时程计算时,发现顶部楼层地震力放大,中震、大震下底部加强部位的主要墙肢、框架柱及其余楼层的主要墙肢、框架柱均满足规范要求和性能目标,穿层柱需满足中震弹性,支撑楼面梁的连梁受剪承载力满足中震弹性,框架柱在1~24层为型钢混凝土柱,最后提出本工程结构加强措施。     

考虑结构构件退化特性评估大震下RC框架抗整体性倒塌能力

基于大震和特大震下倒塌率目标的抗震分析与设计是结构抗震领域的主要发展方向,而大震及特大震作用下结构抗整体性倒塌能力的准确评估是其中的关键科学问题。首先对国内外结构抗整体性倒塌能力的研究工作进行了总结,重点介绍了多种微观和宏观本构模型特性及大震作用下考虑结构构件退化特性对抗整体性倒塌能力的影响。在此基础上,详细阐述了通过增量动力分析获得结构抗倒塌能力易损性曲线及确定结构抗倒塌能力极限状态的方法。最后以一个RC单层单跨平面框架结构分析模型为例,利用OpenSees分析软件,研究了钢筋后期强度退化对结构抗整体性倒塌能力评估结果的影响,结果表明不考虑钢筋后期强度退化会明显高估结构的抗倒塌能力。     

广州花园酒店"白金五星级酒店"结构改造基于性能的可行性研究

广州花园酒店原结构及改造后结构均不满足我国现行规范的抗震构造要求。本文依据基于性能的抗震设计思想,提出结构宏观上的层间位移角目标和微观上的结构构件变形及损伤目标,采用PKPM系列2005年版SATWE和ETABS 9.0中文版进行结构弹性分析,采用PKPM系列EPDA和美国Buffalo大学的IDARC 2D 6.0进行弹塑性静力推覆分析和弹塑性动力时程分析,并采用TNO公司的DIANA8.0进行单榀剪力墙的极限承载力分析,研究结构是否满足设定的整体及结构构件性能目标要求,确保改造后的结构达到"小震不坏、中震可修、大震不倒"的要求。     

砖混结构地震安全性评价

砖混结构的延性较差和变形能力较小,在历次大地震中均发生了严重的破坏,因此,在传统定性分析砖混结构典型破坏特征基础上开展定量研究,对提高其抗震性能具有重要的现实意义。以三层的砖混结构房屋为研究对象,利用ABAQUS对房屋进行了不同地震作用下的弹塑性分析。通过对房屋受拉损伤云图以及受拉损伤参数值的对比分析,明确了最大层间位移角与受拉损伤面积百分比均可以作为衡量结构破坏程度的定量指标。结果表明:在6、7、8度小震,6、7度中震以及6度大震作用下,房屋结构处于基本完好状态,在8度中震和7度大震作用下处于中等破坏状态,而在8度大震作用下趋于严重破坏状态。     

型钢混凝土框架振动台试验的有限元模拟

基于纤维模型和动力相似理论,利用ETABS和PERFORM-3D分析软件对一缩尺比例为1/8的平面三层型钢混凝土框架结构进行了整体结构弹性、弹塑性分析和推覆分析。将所得动力响应值与振动台试验实测结果进行对比,验证了8度小震、中震、大震作用下结构的抗震能力,研究结果表明型钢混凝土结构具有较大的水平抗侧刚度及弹塑性分析软件PERFORM-3D适用于模拟振动台结构模型的抗震性能分析。     

带加强层高层建筑直接基于位移的抗震设计(Ⅰ)——方法理论

带加强层高层、超高层建筑结构目益增多,针对此类结构提出合理的抗震设计方法十分必要.根据模态理论考虑高阶振型对结构反应的贡献,基于较成熟的多层结构直接基于位移的抗震设计理论,提出了带加强层高层建筑结构直接基于位移的抗震设计方法.方法根据模态理论将结构各个振型分别等效为单自由度体系,计算各单自由度体系的地震响应,进而以振型...