杜文學(xué)

(中國地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱150080)

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外型鋼砼框架
—內(nèi)置型鋼框架鋼筋砼核心筒混合結(jié)構(gòu)抗震性能試驗(yàn)研究與分析

杜文學(xué)

(中國地震局工程力學(xué)研究所, 哈爾濱150080)

(超)高層建筑結(jié)構(gòu)一定程度上可代表城市、 地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平， 其結(jié)構(gòu)體系的選擇、 承重構(gòu)件的類型及其連接對(duì)其使用功能至關(guān)重要。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 可以預(yù)測(cè)在今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)， 中國將是(超)高層建筑發(fā)展的主要陣地。 由于高度超限， 抗側(cè)力體系多種多樣， 其適用范圍及適用高度均有所不同， 目前還很難形成系統(tǒng)完整的、 有針對(duì)性的規(guī)范、 標(biāo)準(zhǔn)等作為設(shè)計(jì)依據(jù)。 更需注意的是， 一些抗震設(shè)防區(qū)域或高烈度區(qū)也出現(xiàn)了(超)高層建筑結(jié)構(gòu)， 且此高度范圍的建筑基本均未受到相當(dāng)強(qiáng)度的地震洗禮。 因此， 為確保此類建筑結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的安全可靠， 為此類結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供普遍意義上的設(shè)計(jì)依據(jù)， 對(duì)其抗震性能的研究尤為重要。

目前國內(nèi)外對(duì)(超)高層建筑結(jié)構(gòu)， 特別是地標(biāo)性建筑的抗震設(shè)計(jì)主要根據(jù)靜、 動(dòng)力試驗(yàn)完成分析， 輔以數(shù)值模擬完成整體結(jié)構(gòu)的分析作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。 本文將采用上述手段對(duì)可適用于(超)高層建筑的混合結(jié)構(gòu)體系主要進(jìn)行如下研究： ①提出一種新的(超)高層建筑體系， 即： 外型鋼混凝土框架—內(nèi)置型鋼框架的鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)體系。 根據(jù)相似原理設(shè)計(jì)出1： 10的模型結(jié)構(gòu)， 并進(jìn)行了地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究； ②結(jié)合振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果， 對(duì)該體系中出現(xiàn)的薄弱樓層處的內(nèi)置型鋼框架的組合核心筒體進(jìn)行了1： 2模型的擬靜力試驗(yàn)研究； ③初步探討了該組合核心筒體的非線性力學(xué)性能。

論文具體開展并完成了以下工作：

(1) 提出“外型鋼混凝土框架—內(nèi)置型鋼框架鋼筋混凝土核心筒”混合結(jié)構(gòu)， 探討其用于(超)高層建筑作為結(jié)構(gòu)抗側(cè)體系的可行性。 根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范、 規(guī)程設(shè)計(jì)了“外型鋼混凝土框架—內(nèi)置型鋼框架鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)”， 利用ETABS軟件進(jìn)行了該類結(jié)構(gòu)體系的原型結(jié)構(gòu)整體分析及截面設(shè)計(jì)。

(2) 根據(jù)相似原理， 依據(jù)原型結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)信息， 完成了1： 10大比例整體模型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)， 獲得了模型中主要構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)信息。

(3) 對(duì)該類混合結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)， 系統(tǒng)分析了整體模型結(jié)構(gòu)在不同類型、 不同強(qiáng)度水平的地震動(dòng)作用下樓層的動(dòng)力響應(yīng)， 研究了不同工況下模型結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理、 外框架與核心內(nèi)筒之間的協(xié)同工作性能及整體模型結(jié)構(gòu)的薄弱層位置等， 并根據(jù)相似關(guān)系討論了對(duì)應(yīng)的原型結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)及其抗震性能。

(4) 在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上， 對(duì)內(nèi)置鋼框架鋼筋混凝土核心筒體進(jìn)行了1： 2模型結(jié)構(gòu)的擬靜力試驗(yàn)。 深入研究了該類組合筒體的剛度及承載力變化、 耗能機(jī)制、 滯回特性、 變形特點(diǎn)及破壞機(jī)理等。 進(jìn)一步分析了內(nèi)置型鋼框架對(duì)鋼筋混凝土核心筒的承載能力及延性的影響； 討論了內(nèi)置型鋼框架與混凝土間的相互作用及協(xié)同工作性能。

(5) 采用大型建筑結(jié)構(gòu)有限元分析程序STRAT對(duì)該內(nèi)置型鋼框架核心筒進(jìn)行了大震非線性分析及抗震性能研究。

上述研究的目的是研究本文所提出的混合結(jié)構(gòu)體系整體抗震性能及其主要抗側(cè)部分—內(nèi)置型鋼框架核心筒體的抗側(cè)能力， 探討該類混合結(jié)構(gòu)在(超)高層建筑結(jié)構(gòu)， 特別是地震區(qū)高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的可行性。 本文的研究旨在抗震試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上， 對(duì)該類混合結(jié)構(gòu)體系的綜合抗震性能進(jìn)行全面的分析討論， 對(duì)該類結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的應(yīng)用提供分析基礎(chǔ)， 為該類結(jié)構(gòu)體系相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、 規(guī)程的編制與制定提供參考依據(jù)， 為我國(超)高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供技術(shù)保證。

關(guān)鍵詞超高層建筑； 混合結(jié)構(gòu)； 動(dòng)力響應(yīng)； 抗震性能； 非線性分析

(作者電子信箱， 杜文學(xué)： dwx621@126.com)

中圖分類號(hào)：TU398+.9；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.03.018