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空间结构由于其空间受力、重量轻、抗震性能好等优点成为大跨屋盖结构最具有
竞争力的结构类型,空间结构的出现和应用,使得20世纪大跨屋盖结构经历了一个
飞跃发展的过程。随着我国国力的不断增强,将需要建造更多更大的大空间建筑物。
大跨度结构往往是人群集合和配置重要设施的场所,如何在设计和建造阶段就使它们
具有足够的抗震能力和合理的安全度一直备受关注。但我国目前的抗震规范还远远不
能满足大跨屋盖结构的抗震分析要求,不少关键性的理论和技术问题迫切需要解决;
而大跨屋盖结构的减震控制研究几乎空白。
本文采用理论推导和数值分析相结合的方法,分别研究了大跨屋盖结构抗震和减
震的理论与设计方法,旨在进一步完善大跨屋盖结构的抗震设计理论和探寻可行的控
制技术以减小地震反应,提高抗震安全度。抗震部分考查了传统常用的SRSS法、百
分比法以及中国规范法等地震分量的组合方法应用于大跨屋盖结构的可行性,研究认
为中国规范法不适用于组合竖向地震作用不可忽略的反应,SRSS法和百分比法相对
精确,但仍有少数结果严重偏于不安全,因此采用反应谱法分析大跨屋盖结构时应进
行时程分析法的校核;大跨屋盖结构平面不规则难以判断主轴方向,其支承点间距较
大,地震波到达各点的时间差不可忽略,因此进一步研究了地震波最不利输入角度和
行波效应。减震部分则分别研究了隔震技术、MTMD和粘弹性阻尼器应用于大跨屋盖
结构的可行性、特点及分析理论。提出了在柱顶设置隔震垫的屋盖隔震技术,建立了
串联弹簧理论用于初步分析与设计,采用时程分析法研究了隔震层刚度和阻尼比的影
响;采用MTMD控制屋盖结构的竖向反应,提出了“振型分组,多组MTMD分别控制”
的控制策略,验证了这种策略的可行性,分析了频宽、阻尼比和质量比的参数影响规
律;提出了小八字形粘弹性消能支撑控制技术,推导出用于初步设计的单质点分析理
论,并用时程分析法检验了该理论的准确性和消能支撑的减震效果。结果表明,对于
大跨网格结构,采用屋盖隔震技术或消能支撑控制水平地震作用,由MTMD控制屋盖
的竖向地震作用,减震效果明显,可操作性强,值得进一步试验研究以至推广应用。
关键词:大跨屋盖结构;地震分量组合;最不利输入角度;行波效应;屋盖隔震技
术;MTMD;粘弹性阻尼器;消能支撑