超高层框架-核心筒结构韧性评价分析

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随着社会文明的不断发展、科学方法的不断进步,在现代都市中,一些公共建筑已经超过了原有的为人提供庇护所的功能,成为医院、能源控制中心、交通通信系统、金融数据中心等重要的社会支持系统。尤其是由近年来的震害来看,高层建筑虽然很少在地震中倒塌,但破坏仍然严重,地震后很难修复,甚至需要拆除和重建,造成重大经济损失,严重危害社会稳定和可持续发展。因此,对于高层建筑需要进行科学的地震韧性评价,以期实现该类建筑灾后功能的快速修复。本文以实际工程为背景,对某超高层框架-核心筒结构进行韧性评价分析,提出一种适用于超高层框架-核心筒的韧性评价方法,同时找出对韧性结果影响较大的结构构件,对损伤较为严重的构件进行加强,有效提高结构韧性。本文主要是通过以下工作进行了研究分析:(1)选取一典型的工程案例建立模型,考虑到在MSC.Marc直接建立超高层框架-核心筒模型的复杂性,提出了一种由PKPM模型转换成MSC.Marc的便捷方法。通过盈建科软件和ABAQUS软件作为模型中转站,成功在MSC.Marc中建立了模型。并对MSC.Marc模型中的梁、柱、剪力墙、楼板这些结构构件的单元选择和材料属性进行了解释说明。并将有限元模型与PKPM模型的质量和模态分析结果进行比较,结果在误差范围内。(2)利用有限元软件MSC.Marc对结构进行动力时程分析,获得结构构件在地震作用下的最大响应,包括楼层的绝对加速度,层间位移角,梁、柱、墙构件的转角信息。根据分析结果得出加强层对楼层的层间位移角起到了很好的控制作用,核心筒结构形式发生变化的部位,楼层位移角最大。楼层加速度增势明显。在不同级别的地震作用下,结构构件的连梁和剪力墙的破坏都比较严重。在地震作用下,连梁形成了一个铰链机构,起到了屈服能量耗散的作用。核心筒的结构形式在一定程度上是不连续的,由于局部层高较大,部分剪力墙的长度较大,侧向刚度和承载力被削弱了。剪力墙中间更容易发生剪切破坏。非结构构件在不同水准的地震作用下,加速度敏感型破坏情况集中在空气处理机组、空气压缩机、冷水机组、电梯上,大部分都产生了明显的轻度破坏。而位移敏感型非结构构件,包括隔墙装饰、楼梯和填充墙也有明显的轻度破坏产生,其中隔墙装饰还有较为严重的中度破坏情况发生。(3)对现行的各韧性评价标准进行了分析,并针对超高层框架-核心筒结构形式特点提出了一种简单有效的地震韧性量化方法,通过建筑结构的使用功能损失情况来量化地震对建筑结构造成的破坏。结果表明,在设防地震作用下,结构的破坏主要体现在非结构构件的破坏上,非结构构件对韧性的影响远远大于结构构件的影响;在罕遇地震水平下,结构构件和非结构构件的破坏都很明显,对结构的韧性都有着很大的影响。利用恢复曲线对建筑结构的整体韧性能力进行直观表达,采取了线性函数进行恢复曲线的绘制,结果表明,非结构构件的修复对整个结构的韧性起着决定性作用。
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