【摘 要】
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转换层结构不仅能满足人们对建筑底部大空间的需求,还能实现建筑沿竖向的外挑或收进。但此类结构有着竖向构件不连续,转换层上下楼层的刚度和位移易发生突变等特点,不利于结构抗震。重庆市某档案馆馆库为底层四个角部架空的长悬臂全转换复杂结构,其具有竖向构件不连续、转换层悬挑尺寸大、下部竖向结构高、上部竖向荷载大的特点,其抗震性态有待研究。本文以该档案馆中的典型馆库为研究对象,采用振动台试验和有限元模拟分析方法
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转换层结构不仅能满足人们对建筑底部大空间的需求,还能实现建筑沿竖向的外挑或收进。但此类结构有着竖向构件不连续,转换层上下楼层的刚度和位移易发生突变等特点,不利于结构抗震。重庆市某档案馆馆库为底层四个角部架空的长悬臂全转换复杂结构,其具有竖向构件不连续、转换层悬挑尺寸大、下部竖向结构高、上部竖向荷载大的特点,其抗震性态有待研究。本文以该档案馆中的典型馆库为研究对象,采用振动台试验和有限元模拟分析方法,开展了长悬臂全转换复杂结构抗震性能研究,揭示该结构的抗震性态,为类似工程提供参考。本文展开的主要工作和取得的成果包括:(1)结合档案馆馆库的结构特点,提出了斜交桁架转换组合结构、正交桁架转换组合结构、空腹式桁架转换组合结构和斜交桁架转换钢结构4种方案。通过对整体结构的弹性地震响应、转换层的力学性态以及建造直接经济成本的对比分析,发现斜交桁架转换组合结构的转换层刚度和受剪承载力更高,综合指标较优。(2)针对斜交桁架转换组合结构体系,采用动力时程分析方法研究了结构在6度小震、中震、大震作用下的抗震性能。发现地震作用下结构最大层间位移角出现在第5层和第6层的钢框架部分;在小震和中震下结构保持弹性状态,大震作用下底层混凝土结构和转换层结构为弹性状态而上部钢结构接近弹性状态。表明经合理设计的斜交桁架转换组合结构满足结构抗震性能目标C的要求。(3)以重庆市某档案馆8#馆库为原型,采用斜交桁架转换组合结构体系,设计并制作1:12.5的缩尺模型,通过振动台试验研究了模型结构的抗震性能,并通过相似原理推演了原型结构的抗震性能。发现模型结构在6度小震和6度中震下处于弹性状态;在6度大震下底部混凝土结构和转换层结构仍处于弹性、仅上部钢结构极少数梁端出现屈服;超大震下结构楼板开裂、上部钢结构梁柱逐渐屈服、结构的周期和阻尼比随地震作用增强而变大、结构损伤逐渐加重;结构最大层间位移角、结构楼板开裂和竖向构件损伤集中在第5~7层,是结构薄弱部位。斜交桁架转换组合结构在X和Y向的阻尼比分别为2.48%和2.38%。(4)建立斜交桁架转换组合结构动力弹塑性分析模型,与振动台试验结果对比验证了分析模拟的合理性,分析了原型结构在7度罕遇、7度(0.15g)罕遇、8度罕遇地震下结构和关键构件的受力性能。发现7度罕遇地震作用下结构第4层的部分梁端率先出铰;随地震强度的增加结构第3~9层多处梁端先后出铰;在8度罕遇地震作用下结构第3层支撑和柱开始出铰,而转换层和剪力墙均未发现有构件出铰,表明转换层的悬臂弦杆和底部型钢混凝土柱的承载能力在超大地震作用下仍有一定的富余。(5)斜交桁架转换层整体性好,承载力强,竖向刚度大,是实现四角悬挑,大跨度转换的优选方案;采用提高转换层及以下结构的抗震性能设计,加强结构底部的构造措施可以改善带悬挑全转换结构的抗震性态。
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