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随着近年来国内外高层建筑的飞速发展,转换层结构越来越多地运用到实际工程中。由于其能很好地满足人们对使用功能的要求,这类建筑已成为现代高层建筑发展的一大趋势。带转换层结构是受力复杂的不规则结构,地震作用下可能会造成结构的薄弱层,于抗震不利。目前工程结构抗震研究中,水平向地震的研究已经形成了比较完善的理论和抗震设计方法,然而关于竖向抗震的研究涉及较少。由于转换层结构较普通结构对竖向地震作用更为敏感,因此,竖向地震对转换层中转换构件的受力有何影响是一个值得研究的问题。
本文以钢筋混凝土框支转换层结构为研究对象,建立空间三维整体分析模型,对比分析了竖向地震对不同跨度转换梁内力的影响。结果表明,竖向地震作用随跨度增大而增加的趋势较水平地震作用更为显著。通过对不同工况组合下内力差异率的分析,结果表明:当转换梁跨度比较大时,即使在低烈度区(8度以下不含8度),也应考虑竖向地震作用的影响。论文引入构件动内力放大系数,采用振型分解反应谱法并以时程分析法作为补充,对竖向地震作用设计取值进行探讨,并与规范给出的简化算法对比,得出了对工程设计有一定意义的结论。
本文还研究了当转换层设置位置较高时,其转换构件在地震作用下的受力特点。结果显示,在结构总高度不变的条件下,竖向地震作用随转换层位置变化的趋势与水平地震作用是完全不同的。
针对转换层结构竖向地震作用不容忽视的情况,引入了一种竖向半主动复合三维隔震装置。利用有限元分析软件SAP2000,建立隔震结构的空间三维有限元模型,采用动力时程分析法分析隔震结构与非隔震结构顶层及转换层的竖向加速度、竖向位移,结果显示其能够明显降低上部结构的地震反应。证明了经过精心设计、采取合理参数的三维隔震装置能起到良好的竖向减震的效果,可以成为减小转换层结构竖向地震影响的一个新思路。