随着经济生活水平的提高,在高层建筑顶部加建一层钢架作为休闲娱乐场所越来越受到人们的欢迎。体育设施直接建造在高层建筑的顶部可以节约用地,方便住户休闲锻炼。但是地震作用下楼顶上的钢架地震反应强烈,即使在主体结构无震害或震害很轻的情况下,钢架也可能发生严重破坏。虽然有学者对带钢塔楼高层建筑进行过抗震设计的研究,得出了一些有实际意义的结论,但数量有限,且具体涉及到高层建筑顶部钢架结构体系的研究较少。因此,本文对高层建筑顶部钢架结构体系的抗震性能进行了较为系统的研究,具体内容如下： (1)采用三维空间有限元模型研究高层建筑顶部钢架结构体系动力特性。从整体动力特性可以看出,顶部钢架对主体结构的动力特性影响不可忽略,同时主体结构对顶部钢架的动力特性影响较大,两者相互影响各自的动力特性。 (2)分析了高层建筑顶部钢架的鞭梢效应,得出了鞭梢效应发生的原因主要是由于高层建筑顶部钢架自振频率与整体结构自振频率及地面运动干扰频率相等或相近。当高层建筑项部钢架的第一自振频率与整体结构自振频率及地面干扰频率相近时,发生鞭梢效应最为强烈。 (3)讨论了结构动力分析中阻尼计算模型的进展,研究了非比例阻尼结构体系的动力响应特点以及高层建筑顶部钢架结构体系等效粘滞阻尼比的计算方法,并采用等效粘滞阻尼比来考虑钢架和主体结构不同阻尼耗能特性的影响。 (4)总结了高层建筑顶部钢架结构体系的多遇地震作用规律,分别用振型分解反应谱法和时程分析法对比分析了主体结构和整体结构的内力和变形计算差异。在鞭梢效应的基础上,得出它们的差异与主体结构和钢架的动力特性、地面运动、阻尼特性等有关,推导了顶部钢架地震剪力增大系数和主体结构顶层地震剪力增大系数的简化公式,计算、归纳统计了有关放大系数,并以表格形式列出,便于工程设计查找。讨论了高层建筑顶部钢架抗震设计方法及步骤。 (5)运用静力弹塑性分析法(pushover)对高层建筑顶部钢架结构和不带钢架的主体结构进行弹塑性分析,系统研究高层建筑项部钢架在罕遇地震下的抗震性能。