大跨屋顶标准游泳池结构性能化设计与减震控制效果研究

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随着建筑科学技术迅速发展,超高层、大体量建筑不断涌现,建筑用途也趋于综合化、多样化。近20年来,关于设有屋顶游泳池的建筑物屡见不鲜,但目前国内尚无对屋顶标准游泳池设计研究的先例,且关于游泳池对结构抗震性能影响的研究十分有限。本文以某大厦大跨屋顶标准恒温游泳池结构设计为案例,介绍了游泳池底标准层结构选型与方案对比分析过程,重点研究结构的抗震性能化设计与游泳池的减震控制效果,并提出相关设计建议。本文的主要研究内容有:(1)对带屋顶游泳池结构的研究现状和特点进行阐述,对其结构概念化设计原则提出合理建议。结合项目概况与建筑条件,全面展示了游泳池底标准层结构布置与方案选型过程,通过比较各方案的结构性和经济性,并进行优化设计。最终确定型钢混凝土井字梁板结构方案,经分析该方案承载性能好,也能满足正常使用极限状态要求;(2)在既定的结构方案基础上,综合经济因素和抗震需求,确定结构的抗震性能目标,对结构进行抗震性能化设计。先采用SATWE与MIDAS GEN对结构进行多遇地震CQC法分析,并补充弹性时程和楼板性能分析。结果表明,结构的整体指标满足规范要求;振型周期合理,扭转效应不明显;楼层侧向刚度变化均匀,变形平顺。因此,结构满足多遇地震第1性能水准要求;(3)系统介绍了静力弹塑性分析在抗震性能化设计中的应用,采用MIDAS GEN进行静力弹塑性分析。结果表明,结构在设防地震与罕遇地震作用下,性能点对应加载步最大层间位移角均满足规范限值,构件损伤情况均满足预期的震后性能状况,即结构满足设防地震第3性能水准与罕遇地震第4性能水准要求,整体满足C级抗震性能目标;(4)采用ABAQUS对关键构件与型钢节点进行有限元分析,验算其可靠性。结果表明,横向大跨型钢混凝土转换梁满足承载能力与正常使用要求,抗弯承载力安全系数为1.85,有较大的安全储备;型钢节点满足预期的性能要求,节点设计安全可靠;(5)依据TLD等效非线性TMD简化理论,对游泳池的减震效应进行研究。结果表明,结构的楼层位移减震率介于1.35%~9.47%,楼层剪力减震率介于1.26%~12.08%,屋顶游泳池对结构的顶点位移和基底剪力产生的减震效果最佳。
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