考虑隔震结构塑性的楼层设计反应谱研究

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结构中非结构构件和设备在地震中往往会受到损伤,威胁建筑的使用功能。隔震技术是提升结构抗震性能和韧性的有效措施,分析隔震结构的楼层加速度响应特征,建立楼层加速度设计反应谱,对于指导隔震结构中非结构构件和设备的抗震设计,保障隔震建筑的震后使用功能具有重要意义。本文基于隔震框架和框架剪力墙实际工程结构,综合考虑不同楼层数量、不同屈重比取值和脉冲波的影响,设计了系列分析案例,通过弹塑性时程分析揭示了隔震结构的楼层加速度反应谱特性,建立了隔震结构楼层加速度设计反应谱,并以此为基础建议了非结构构件抗震设计方法。主要研究工作和结论如下:(1)研究了隔震结构楼层加速度响应特性和楼层加速度反应谱特征。基于6栋实际隔震结构案例,综合考虑框架和框架剪力墙2种上部结构体系、不同楼层数量、4个屈重比取值,设计了24个分析案例,引入不同类型地震动(脉冲与非脉冲)的影响,开展了共计3336个工况的弹塑性时程分析,揭示了隔震框架和框架剪力墙结构的楼层加速度响应特性和楼层加速度反应谱特征,分析了楼层数量、楼层相对高度、屈重比和地震动类型对楼层加速度反应谱的影响规律。(2)提出了隔震结构楼层加速度设计反应谱。基于弹塑性时程分析得出的3336组楼层加速度反应谱数据,根据隔震结构楼层加速度反应谱的特征,采用6段式标准化楼层加速度反应谱形式,面向所在楼层不明确的非结构构件的抗震设计需求,拟合了隔震结构楼层加速度包络设计谱,相关性系数达0.78-1.00且偏于安全;面向所在楼层已知的非结构构件的抗震设计需求,拟合了隔震结构各楼层加速度设计反应谱,相关性系数达0.72-1.00且偏于安全;提出了隔震结构各楼层动力放大系数的确定方法,相关性系数达0.92-0.98且偏于安全。(3)建议了隔震结构非结构构件的抗震设计方法。基于提出的楼层加速度设计反应谱和楼层动力放大系数确定方法,建议了隔震结构非结构构件的抗震设计方法,并给出了隔震框架和框架剪力墙案例结构设计算例,验证了本研究提出的楼层加速度设计谱和建议的非结构构件抗震设计方法。
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