高层建筑的抗侧力体系发展阶段主要包括传统的单一抗侧力结构体系、双重抗侧力结构体系,直至现在逐渐出现的多重抗侧力结构体系。 南京金奥大厦塔楼采用了巨型支撑-筒中筒三重抗侧力结构体系,分别为内部核心筒、外周框架筒以及外围巨型钢斜支撑,属于一种新型的结构体系。本文基于金奥大厦塔楼这一背景工程,对其进行了弹性计算分析、弹塑性计算分析,并结合已完成的振动台模型试验以及巨型支撑节点足尺模型试验,对其进行较为全面的研究。 本文总结了现有高层建筑的发展及研究状况,同时对高层建筑抗侧力体系的发展进行了归纳。结合高层建筑结构基于性能的抗震理论方法,明确了背景工程巨型支撑筒中筒多重抗侧力结构体系的抗震性能目标。 运用国际通用计算程序ETABS对背景工程进行了风载和地震作用下弹性计算分析,得出了巨型支撑筒中筒多重抗侧力结构体系在风载和地震作用下的受力及变形特征。通过统计风载及地震作用下水平剪力在各重抗侧力体系间的分配情况,得到支撑在侧向荷载作用下所承担的水平剪力的份额,并证明巨型支撑的对整体结构体系的抗侧力刚度贡献显著。 本文着重对巨型支撑这一结构特色进行了研究。通过支撑全部去除研究,得到了支撑全部移除后和移除前的整体结构位移反应对比,从减小整体结构位移反应的角度量化了巨型支撑对整体结构体系侧向刚度的贡献。通过支撑的单根去除研究,得到了在单根支撑失效以后,支撑结构体系受力特点的变化,证明单根支撑的失效并不会对其他支撑产生重大的影响。通过变化巨型支撑的水平角度并对整体结构进行研究,得出了其水平角度合理的设计范围。 运用国际通用计算程序SAP2000对背景工程进行了动力弹塑性时程分析及静力Pushover分析,得到了三重抗侧力结构体系在罕遇地震作用下的工作性能。动力弹塑性时程分析结果表明,在罕遇地震烈度的地震波激励下,整体结构的位移反应均满足规范要求。通过对结构进行静力Pushover分析,得到了整体结构进入非线性以后的出铰顺序,判断此出铰顺序是合理的,并得到了其在罕遇地震下结构的变形,判断其亦能满足规范要求。整体结构的动力弹塑性时程分析和静力Pushover分析均可判断整体结构在罕遇地震下的薄弱部位,据此对整体结构的设计提出了建议。 介绍了背景工程振动台模型试验的设计、试验过程及现象,并结合前述理论计算结果,对试验模型的动力特性和位移反应进行了分析,从试验的角度验证了三重抗侧力结构体系良好的抗震性能。 对支撑节点进行了优化设计,通过运用有限元程序ANSYS对其进行精细有限元分析,初步得到巨型支撑异形铸钢节点的合理截面尺寸；介绍了巨型支撑足尺模型试验的设计、试验过程及现象,得到了巨型支撑在中震弹性抗震性能目标下的工作性能；结合有限元分析结果,并与之进行对比,最后证明巨型支撑节点能够满足设计要求,从节点的角度进一步验证三重抗侧力结构体系的抗震性能。 上述研究表明,在外部荷载作用下,巨型支撑-筒中筒多重抗侧力结构体系受力及变形合理,各重抗侧力体系之间能相互协同工作--在正常使用极限状态下,能有效抵抗风载,减小结构变形；在承载能力极限状态下,能共同地震荷载,提高高层建筑的抗震性能,从而实现结构的抗震性能目标。因此,巨型支撑-筒中筒多重抗侧力体系能有效抵抗外部荷载条件,具有优越的抗风及抗震性能。