基于性能的高层建筑结构抗震设计理论和应用方法研究

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为了使建筑结构在地震灾害作用下能够维持所需要的性能水平,抗震规范已经提高了对结构弹塑性变形验算的要求。结构的弹塑性变形计算可采用静力弹塑性分析方法予以简化,其中应用较多的是Pushover分析方法和能力谱方法。但是由于结构弹塑性变形计算的复杂性,Pushover方法和能力谱方法目前均存在一些问题需要解决,因此本文对Pushover分析方法进行了改进,并对能力谱法方法中相应的问题提出了一些建议。本文首先论述了静力弹塑性方法在国内外的发展及其研究与应用现状,介绍了Pushover分析方法、能力谱方法、位移影响系数法和N2方法等几种有代表性的分析方法,着重讨论了Pushover分析方法和ATC-40能力谱方法的基本思想和基本原理,指出了在求结构能力谱过程中存在的三个问题,即:如何考虑高振型的影响、采用何种侧向力分布形式及怎样确定目标位移等问题。为了解决上述问题,本文提出了基于振型参与重量来确定起主要影响的振型数,以考虑高振型对结构性能的影响,并对目前常用的几种侧向力加载方式进行了分析,结果表明对于高层建筑结构,按模态加载所得结果要优于其他加载形式的结果。接着,讨论了模态Pushover法(MPA)的步骤及假定,指出其所作假定对结构屈服后的刚度变化考虑不足等问题,并通过对振型向量的选取进行了改进,提出了两阶段的侧向力加载模式,同时对确定结构目标位移的方法也作了改进。随后,论文应用文中提出的改进静力弹塑性分析方法,通过SAP2000有限元分析软件,对一15层钢筋混凝土框架结构计算模型进行了静力弹塑性分析,并与动力时程分析结果进行了比较,验证了本文所提方法的可靠性和适用性。结果表明,采用本文改进的静力弹塑性分析方法对结构进行推覆分析,能够比较准确地模拟结构的地震反应,具有易操作和计算精度高等优点。最后,本文还对应用静力弹塑性分析方法计算不规则结构和考虑二次效应等方面存在的问题进行了探讨。
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