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隔震结构优越的抗震性能已经被大量的理论研究和实际地震考验所证实,必将会在更大范围内得到应用。按照我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)(以下简称“规范”),隔震结构的地震响应可以依据规范中不同阻尼比建筑结构的地震影响系数曲线,将隔震结构简化为单质点体系,采用等效线性化方法对隔震层位移、基底剪力等进行迭代求解,以进行隔震快捷分析。
本文对高层隔震结构简化分析方法的的几个关键问题作了系统探讨,主要工作如下。
1.回顾了我国规范中地震影响系数曲线的演变过程,和日本、美国等国的规范进行了对比研究。规范中地震影响系数曲线在长周期段比国外规范对应的反应谱数值偏大较多,且比实际强震记录的反应谱数值也偏大较多。对于隔震结构这样预设的长周期结构,本文提出了对规范中地震影响系数曲线长周期段的调整建议。
2.建立了一系列单质点隔震模型,并选取一个典型的隔震工程,采用等效线性化方法分别迭代求解各隔震结构的地震响应。然后选取多条加速度反应谱特性与规范地震影响系数曲线高度一致的地震波,进行时程分析求解。等效线性化方法的计算结果严重偏大,我国规范对高阻尼比情况下地震影响系数的折减方法同样偏于保守。在此基础上,本文对规范中采用的阻尼调整和形状参数提出了修改建议,使等效线性化方法的精度得到了极大的改善。
3.等效线性化方法作为一种隔震简化分析方法,通常只考虑结构第一阶振型的影响;对于高层隔震结构,不考虑高阶振型的影响,其隔震分析结果可能会存在较大误差。本文构建了一座典型的高层隔震结构(30层),通过改变其结构布置,使其具有不同的自振周期,分别采用等效线性化方法和动力时程分析方法进行隔震结构地震响应分析。研究等效线性化方法与动力时程分析方法计算结果的差异,提出当结构具有不同的周期时,考虑高阶振型影响的等效线性化方法计算结果的修正公式。建筑结构越柔,隔震周期越大,高阶振型影响的修正值越大。相对于只考虑一阶振型影响的单质点体系评价方法,考虑高阶振型修正公式的等效线性化法的计算精度得到了进一步提高。