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基于性能的抗震设计理论作为一种新兴的先进抗震设计理论,与传统的抗震设计理论相比具有多级性、全面性、灵活性的特点,更能为多数业主和结构设计人员所接受。目前该理论主要应用于规则结构的抗震设计,对不规则结构尚缺少系统的研究。故本文围绕竖向不规则多高层结构基于性能的抗震设计进行了以下几个方面的研究工作。
首先,通过总结分析国内外结构性能水准的研究现状以及相关规范,结合我国国情,对钢筋混凝土框架结构提出了五级抗震性能水准,较我国现行抗震规范中“不坏”、“可修”、“不倒”多了两级性能水准,为业主和结构设计人员提供更多的可选项,加大了结构抗震设计的灵活度。针对抗震规范中“中震可修”不能明确量化的问题,通过统计分析大量钢筋混凝土框架的抗震性能试验数据,合理确定结构“中震可修”的量化指标。
其次,针对竖向不规则多高层结构的特点,从楼层的质量、刚度和弹性阶段的振型参与系数等几个影响侧向荷载分布模式的关键因素出发,提出了一种适合竖向不规则结构的改进侧向荷载分布模式。并结合几种常见的侧向荷载分布模式对四种竖向不规则形式的结构进行了Pushover分析。通过与弹塑性时程分析结果进行比较,表明本文提出的侧向荷载分布模式下的Pushover分析不但能很好的找出各种竖向刚度不规则形式结构的薄弱层位置,还提高了Pushover分析方法的评价精度,可以较好的用于竖向不规则结构的弹塑性地震响应分析。
此后,传统的能力谱法仅采用第一振型对多自由度体系进行等效单自由度体系简化,其在分析高振型影响显著的多高层不规则结构时将产生较大的误差。本文引入等效振型及等效振型参与系数对简化结果进行修正,来考虑高振型对结构地震响应的影响。同时给出了应用改进的能力谱法进行结构抗震性能评估的分析步骤。以一竖向不规则框架结构为例进行计算分析,并分别与能力谱法和弹塑性时程分析结果对比,表明本文方法简便有效。
最后,将本文研究的各方面内容综合应用于不规则结构的抗震分析。即在结构选择了合适的抗震性能目标后,采用基于位移设计法作为结构的设计方法,以Pushover分析方法作为结构的分析方法,以改进的能力谱法作为检验结构实际抗震性能的评估方法,形成一套适用于竖向不规则框架结构的抗震设计方法。