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随着社会经济的发展,采用筒中筒结构体系的高层建筑越来越多。在地震作用下,筒中筒结构体系的内筒底部易产生塑性破坏,顶部侧移也较大。本文提出了筒中筒结构内部摩擦连接消能减震体系,对其减震机理和抗震性能进行了系统研究,取得了以下主要成果。
(1)提出了筒中筒结构内部摩擦连接减震体系的构造形式。通过设置内柱和板缝使内筒和外框筒成为相对独立的子结构,各自独立地承受竖向荷载;用摩擦阻尼系统连接内筒和外框筒,利用二者之间的相对运动带动摩擦阻尼器滞回运动,耗散地震能量。该结构体系能有效减少结构底部剪力,控制结构的侧向位移,提高结构在中震、大震时的抗震性能。
(2)研究了摩擦阻尼器的起滑力对该减震体系的消能减震效果的影响,及最优起滑力的确定方法。在不同强度的地震作用下,起滑力在较宽范围内变化时,均可使结构基底剪力较小;在该范围内逐步增大起滑力,能显著减小结构的侧向位移。内筒和外框筒动力特性的差异是建立内部摩擦连接减震体系的前提。本文研究表明,在合理的取值范围内采用较小的刚度特征值,提高内筒刚度,既能保证筒中筒结构具有良好的抗侧力体系,又能使该减震体系具有更好的消能减震效果。
(3)设计了用于连接内筒和外框筒的双剪型螺栓消能节点--摩擦滑移连接装置。该装置能满足内筒和外框筒沿平面内任意方向发生相对运动的需要,具有足够的强度以传递内筒和外框筒的相互作用力,协调内筒和外框筒的共同工作,并能产生稳定的阻尼力。研究了该装置的构造、耗能原理和滞回运动过程,建立了合理的恢复力模型和简化分析模型。
(4)对一栋40层的钢筋混凝土高层建筑,进行了筒中筒结构内部摩擦连接消能减震体系的设计研究。经过合理的减震设计优化,在中震作用下,减震体系的基底剪力比传统结构减小36%,外框筒顶层侧向位移减小18%,内筒顶层侧向位移减小19%;在大震作用下,外框筒顶层侧向位移减小26%,内筒顶层侧向位移减小24%。
在不影响建筑物外观和使用功能的前提下,筒中筒结构内部摩擦连接消能减震体系以较小的代价为结构设置一道抗震防线,是一种作用机理明确,且行之有效的消能减震体系。