高烈度设防烈度下高层框剪隔震体系地震反应计算分析研究

在高烈度区高层框剪结构引入隔震技术,其目的是尽量减小地震荷载,增大结构处在弹性变形的适应范围,使抗震阶段的设计目标更易于实现和确保。将隔震体系简化分析模型引入高层框剪隔震体系,研究隔震支座厚度变化对框剪隔震体系地震反应的影响,并在高烈度设防烈度地震下进行结构动力时程分析。计算结果说明:加高隔震支座厚度,可以在一定程度上减小框剪隔震体系的地震荷载。设防烈度地震下,8度时上部结构自振周期为1~2s的框剪隔震体系完全能满足现行规范位移限值要求,8.5度上部结构自振周期为1~1.4s的框剪隔震体系也能满足现行规范位移限值要求,在9度时一般无法满足设计要求。     

隔震技术在高烈度区剪力墙结构中的应用研究

对于近断层处高烈度区高层剪力墙结构，传统设计难以解决墙体太厚、配筋太大等难题。为研究在考虑近断层影响下高烈度区剪力墙住宅采用隔震设计的技术可行性，采用隔震设计对某剪力墙结构工程进行全面分析。对比分析常规剪力墙结构方案及增设橡胶隔震支座的隔震方案，分析结果表明，隔震方案较常规方案前3阶结构自振周期延长约3倍，从而有效减小了上部结构的地震作用；在设防烈度地震作用下，结构水平向减震系数为0.281，上部结构所受水平地震作用和抗震措施可按降低一度进行设计；罕遇地震作用下隔震支座性能稳定，上部结构基本处于弹性工作状态。研究结论可为隔震支座设计和进一步研究提供参考。     

某高层框架-剪力墙基础隔震结构地震响应分析

以某高层框架-剪力墙基础隔震建筑结构为研究对象,采用考虑隔震装置竖向拉、压刚度变化的弹塑性本构关系,以及上部混凝土框架-剪力墙结构采用弹性本构关系,建立非线性有限元分析模型,对模型结构进行动力时程分析,研究高层框架-剪力墙基础隔震结构的地震响应。分析结果表明:在设计地震作用下该隔震支座的非线性滞回特性符合支座设计基本要求,采用基础隔震技术后该高层结构的前几阶周期均有所延长,上部结构的加速度和层间位移角响应明显减少,隔震层能耗散部分的地震动输入能量,隔震技术能够有效降低高层框架-剪力墙结构的地震响应。     

高层RC框架剪力墙隔震结构地震风险分析

近年来,越来越多的高层建筑采用了基础隔震技术,但研究表明,高层隔震建筑在超烈度地震作用下仍可能发生破坏或倒塌,因此开展高层建筑隔震前后的地震风险对比分析显得尤为重要,可直观显示该类建筑在将来可能发生地震作用下的表现。在进行隔震结构地震风险分析时,上部结构、隔震支座、地震动的不确定性对易损性分析结果有重要影响,因此本文以高层RC框架剪力墙结构为研究对象,在综合考虑隔震支座、上部结构和地震动参数随机性的基础上,定义上部结构层间位移角及隔震层位移2个参数为结构损伤的评价指标,对隔震前后结构的地震易损性进行了对比分析,进而开展地震风险评价。结果表明:隔震技术极大地减小了结构的地震脆弱性,提高了结构的抗震安全性,但其在超烈度大震作用下也具有倒塌的风险;相比于非隔震结构,隔震结构的风险损失值可降低6倍。     

隔震结构的抗震分析

将结构物简化为多质点体系，考虑隔震支座的水平刚度、垂直刚度和转动刚度，按反应谱方法进行了高层剪力墙结构和砖结构抗震计算，结果表明，隔震结构可以大幅度地降低地震作用。     

上部结构与基础隔震层偏心对结构地震响应的影响

随着基础隔震技术的发展,我国在高烈度地区广泛开展基础隔震技术的工程应用必将成为一种趋势,但由于建筑功能和建筑造型的丰富多彩,结构的质量中心和刚度中心也趋于分布不均匀,以三层的钢框架结构为分析模型,利用结构分析软件Sap2000对上部结构质量中心和隔震层质量中心、刚度中心分布不均匀的三种方案进行单向水平地震作用下的非线性时程分析,分析结果表明:上部结构质量中心与隔震层质量中心存在偏心距对结构的扭转效应以及地震响应有较大的影响,减小上部结构的偏心距对调整结构的水平地震响应的影响成效最为显著;对于隔震层而言,隔震层的刚度中心偏心距较质量中心偏心距对上部结构的影响更大,有效控制隔震层刚度中心的偏心距在隔震设计中会更加有效。     

地震作用下高层隔震结构高宽比限值计算

针对高层隔震结构体系,采用多质点体系,基于隔震结构在地震中不出现倾覆的条件,结构边缘隔震支座拉应力不超过1 MPa,压应力不超过30 MPa,推导了高层隔震结构的高宽比限值,并考虑了不同的设防烈度、场地条件和结构阻尼比的影响。分析高宽比限值与结构基本周期的关系,得知了结构的基本周期变化对高宽比限值的影响。以三跨高层基础隔震结构为例,计算了隔震支座最大位移为300 mm和400 mm时隔震结构的高宽比限值,分析结果为设计高层隔震结构时对高宽比的取值提供参考。     

SRC框支剪力墙结构地震反应简化分析模型研究

针对钢筋混凝土高层框支剪力墙结构抗震性能差的缺点,提出采用型钢混凝土（SRC）梁柱框支剪力墙,试验结果表明了其良好的抗震性能。提出了框支剪力墙结构地震反应简化分析模型,将结构简化为由墙单元和框支单元组成的弹簧体系,墙单元采用二元件模型。推导了框支单元刚度矩阵,基于理论公式和试验结果给出了框支单元恢复力模型。根据提出的简化模型,编制了结构地震反应时程分析程序。程序计算结果与ETABS分析结果及振动台试验结果吻合较好,为进一步对SRC框支剪力墙结构进行地震反应分析提供了理论基础。     

非平整曲面隔震结构的多质点计算模型及地震响应研究

针对强地震作用下隔震结构隔震层变形过大的现象提出了曲面隔震结构体系,该结构隔震层为曲面布置,在地震和结构重力作用下,上部结构可绕曲率中心进行曲面运动。建立了非平整曲面隔震结构多质点计算分析模型,通过数值分析进一步研究非平整曲面隔震层的曲率半径对结构地震响应的影响规律。分析结果表明:在罕遇地震作用下,曲面隔震结构对隔震层及上部结构的位移控制效果显著,同时当曲率半径为10~15倍重心高度时具有良好的隔震效果。     

高烈度区高层隔震结构抗拉处理方法研究

介绍了高层隔震结构抗倾覆计算方法,提出了高烈度区高层隔震结构抗拉处理方法,给出了其在ETABS软件中的模拟方法。通过实例对高烈度区高层非隔震结构和隔震结构的不同模型进行了动力时程分析。分析结果表明：各隔震结构模型周期基本相同,说明抗拉处理方法模拟是可行的;对于高烈度区高层隔震结构,当隔震支座出现拉力时,直接采用软件的单元进行模拟是不够合理的,应采用组合单元进行模拟;抗拉装置能较好地发挥抗拉的效果,避免隔震支座出现受拉情况。     

基础隔震高层建筑地震响应的理论分析

本文对某高层隔震框架－剪力墙结构的三维地震响应进行了有限元分析计算，对比了隔震结构及其相应非隔震结构的动力特性，给出了在多遇地震和罕遇地震作用下结构的最大层间剪力，层间位移等，得到一些有意义的结论。     

大高宽比隔震结构地震反应的实用分析方法

本文提出了高层隔震结构等大高宽比隔震结构体系地震反应分析的单质点、2质点和3质点剪切型简化计算模型,同时还提出了高宽比影响系数的概念和计算式。这种纯剪切的简化计算模型成功地模拟了剪切加转动多质点计算模型的动力特性,通过高宽比影响系数对剪切型计算模型得到的剪力系数进行非线性放大,使数十质点的隔震结构体系都能够简化成单质点、2质点和3质点体系进行地震反应分析。文末对22层高宽比为5．01的某22层隔震结构进行了算例分析,简化计算理论的计算结果和时程分析法计算结果一致性良好。     

模块化钢框架摩擦摆隔震结构抗震性能研究

将摩擦摆隔震体系应用在模块化钢框架结构中,研究摩擦摆支座对模块化结构整体性能的影响规律。基于ETABS有限元软件,考虑模块化节点刚域对结构刚度的影响,采用摩擦摆隔震体系对某模块化建筑示范综合办公楼进行基础隔震设计与研究,并进行了多遇地震作用下的弹性时程分析、设防烈度和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。分析结果表明,节点刚域对抗震结构地震响应的影响比对隔震结构地震响应的影响更大。FPS隔震体系在多遇地震作用下隔震效果不明显,在设防烈度及罕遇地震作用下能起到良好的隔震作用。罕遇地震作用下,隔震结构中仅发现少量梁铰,无柱铰出现,上部结构结构基本处于弹性,隔震效果显著。     

梁板分离式分层隔震结构减震原理研究

为了拓宽隔震技术的应用范围,提出了梁板分离式分层隔震结构概念,其核心思想是将框架结构或框架剪力墙结构中的所有楼层或某些楼层的全部或部分楼板通过橡胶隔震支座支承于梁上。建立了分层隔震结构的动力分析模型,利用自编程序按时程分析法和振型分解反应谱法分别计算了不同工况下分层隔震结构的地震反应,运用隔震技术的基本原理和振型分析法分析了刚度比和场地条件等因素对减震效果的影响。发现了刚度比变化过程中分层隔震结构的两个极限状态,并利用其中之一初步判断减震效果。     

隔震剪力墙结构的有害层间位移角研究

以矩形分布荷载模式的隔震悬臂铁木辛柯梁模型推导了隔震结构有害层间位移角及名义层间位移角的计算公式;通过某高层隔震剪力墙结构算例对其有害层间位移和无害层间侧移的分布规律进行研究,分别采用名义层间位移角和有害层间位移角对隔震结构进行优化控制设计,对比了两种设计方案的用钢量指标并通过大震非线性动力时程分析对两种设计方案上部结构的塑性损伤演化规律进行研究。研究表明:隔震剪力墙结构的最大名义层间位移和最大有害层间位移并不是出现在同一个楼层;以有害层间位移角作为目标函数的优化设计方案比原结构方案更具有经济性;罕遇地震作用下,整个上部结构的损伤分布较为均匀,这对于隔震结构的安全性是非常有利的。     

高层隔震结构非线性地震响应分析及设计方法研究

高层隔震结构的分析理论和设计方法是目前隔震技术向高层建筑推广的2个关键理论问题。本文以高烈度区宿迁市已经竣工的高层隔震建筑阳光大厦为工程实例,对高层隔震结构的非线性地震响应分析方法进行了研究,包括隔震支座竖向不同拉压刚度的模拟、各种类型的隔震支座水平力学特性的准确模拟,以及不同地震动输入方式和输入角度对隔震支座受拉情况的影响分析等;在此基础上,对隔震层的设计方法进行了分析,提出了隔震层设计的基本原则,进而给出了控制隔震层设计的基本指标,包括隔震支座的长期面压、极值面压、隔震层偏心率等;最后,对高层隔震结构的相关构造要求进行了必要的说明。     

框剪结构土-结构相互作用地震反应分析

本文在全面考虑上部结构、基础及下部土体实际情况和受力特性的基础上,开发了一种平面框剪土-结构相互作用的简化分析模型。在这个模型中,利用矩阵位移法的概念,同时考虑框架和剪力墙(筒体)的协同工作原理,将上部结构简化成平面的框架-剪力墙(筒体)结构,这一模型可以很好地模拟常用高层建筑体系的弯曲特性和弯剪特性。地基土采用一块在计算平面内高度为H,宽度为B,而在出平面方向厚度为t的土体作为分析模型,并对MSC.Marc进行了二次开发,将多层土E-B本构关系模型作为子程序嵌入其中,使用E-B本构关系模型来考虑它的非线性特性,利用粘-弹性人工边界作为地基土的边界条件。用接触迭代算法考虑了桩、箱-土之间的相互作用。最后,采用本文的方法对某高层框剪建筑进行了分析,并与不考虑土-结构相互作用的地震反应分析结果进行了对比。通过算例,本文初步探讨了在土-结构相互作用模型中,考虑和不考虑桩-土间相互作用对结构地震反应的影响,并得到了一些结论,证明了本文方法的适用性。     

高层框支剪力墙结构地震反应分析的超元法

西方嵩层框支剪力墙结构地震反应分析的超元法，即将每榀框支墙中的上部剪力墙和落地墙简化处理成等效柱，底部框架简化处理成等代柱，楼板视为深梁，将连续分布的质量离散化，建立二维空间结构的“串并联质点系”振动模型，采用超级单元进行结构的地震作用计算及内力分析，此法计算简便并适用于结构竖向变刚度和考虑楼板变形等情况。     

高层隔震结构的等效简化模型研究

Kelly和周锡元等曾对规则型隔震结构上部单自由度模型进行过讨论，给出了必要的计算公式。对各种中低层规则型隔震建筑，应用此公式可获得满意的结果。近来隔震技术逐渐被应用到高层建筑中。对于高层隔震体系，上部结构的高阶振型效应不能忽略，此时应用单自由度模型将产生较大误差。为此，本文采用上部结构周期和总基底剪力相等的准则，推导了等效模型的结构参数公式，并通过数值模拟分析给出了等效模型简化确定方法。通过对原结构和等效模型结构的地震反应分析，证明了这种等效方法是简便有效的。     

铅芯橡胶隔震支座在空冷支架结构中的应用可行性研究

空冷凝汽器支架结构是一种新型的火电厂结构体系,该体系由钢筋混凝土管柱和上部钢桁架组成,质量和刚度沿竖向分布严重不均,抗震措施单一。该类结构体系与电厂能否正常运作关系紧密,若震后结构发生破坏会引起极大危害。为提高该类结构的抗震能力,本文在钢桁架和管柱连接处加设铅芯橡胶隔震支座。采用SAP2000分析软件,验证了隔震支座的可行性,并进行8度罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,获得了强震作用下钢桁架与管柱的加速度、隔震支座的变形及受力、管柱的塑性发展状况。研究结果表明:隔震支座在地震发生时能够充分发挥作用,减震效果良好;在保证柱子本身安全的前提下,采取隔震支座后的柱顶水平剪力较普通结构明显变小;上部钢桁架整体加速度值减小,这对上部布置大量设备的空冷支架结构体系是有利的,能够满足高烈度区大容量机组的抗震要求。