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随着经济的发展和技术的进步,我国高层建筑发展十分迅速,且其规模、高度、复杂性及建设速度也将呈上升趋势,使得抗震设计的难度不断加大。尤其是我国的超限高层建筑的建造速度和高度都受到了世界瞩目,建造高度被突破的时间间隔越来越短。全国各地相继出现了各种形式的高层、超高层、及结构体系复杂的超限高层建筑,如何评估和保证超限高层建筑在地震作用下的安全性和可靠性变得尤为重要。2010新颁布的《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》,重新划定了超限高层建筑的范围;提出了应根据结构超限情况、震后损失、修复难易程度和大震不倒等原则,确定抗震性能目标;技术要点还针对抗震设计做了具体的规定,明确了抗震专项审查内容。在以往研究的基础上,结合超限高层建筑工程抗震设防专项审查,本文提出基于性能目标和能量分析的方法,对超限高层结构的抗震设计及分析进行了研究,主要完成的工作如下;
(1)本文详细划分了超限高层的各种超限形式,包括高度及高宽比超限、平面规则性超限、立面规则性超限、多重不规则超限等。结合国内外规范进行对比,分析结构的超限类型,对于国内规范未提及的超限形式,可参考国外规范进行综合判别。
(2)根据复杂和超限高层建筑的设防烈度、场地条件、房屋高度、不规则的部位和程度,以及业主的经济实力选择结构在三个水准地震下的性能水准,从而实现相应的结构设计。选择复杂和超限高层建筑的结构性能目标时,应综合考虑多个因素,详尽分析超限高层建筑结构的构件承载力、变形计算、屈服后的抗震性能,反映结构实际受力状态。
(3)通过对某超限高层建筑结构进行多遇地震下振型分解法应谱法分析、弹性时程分析、中震不屈服和中震弹性分析、静力弹塑性分析以及弹塑性时程分析,进一步明确结构的抗震性能,反映结构在小震、中震、大震地震下的受力状态,对超限高层建筑结构提出不同设防目标下的具体要求,更有助于设计人员分析结构,合理地进行性能化设计。
(4)针对超限高层结构主要的超限类型,高度及高宽比超限、平面规则性超限、立面规则性超限及多重不规则超限进一步提出设计要点和加强措施,对存在上述超限的结构深入分析,结合项目具体情况对其进行超限技术审查及评价。此外,还对新型抗震结构做一个初步的探讨。
(5)通过算例分析提出将结构的能量分析作为超限高层结构抗震性能评估指标之一,以结构的能量时程反应来描述结构在地震作用下的抗震性能。在结构满足强度和位移指标的情况下,两种方法相互结合,进一步把结构的能量分析作为补充分析,提出以强度、位移、能量分析等综合指标才能全面综合评估结构的抗震性能,并初步建立了基于能量分析的超限高层建筑结构的设计方法。