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新保利大厦非对称多塔连体结构动力特性与抗震设计

作　者: 黄咏政
导　师: 叶列平；周旭
学　校: 清华大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 多塔连体结构动力特性易损性静力推覆抗震分析
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

新保利大厦项目采用了悬挂吊楼、高位空腹桁架转换层、巨型桁架转换层与三个不等刚度的剪力墙筒体组成了动力特性复杂的非对称多塔连体混合结构体系。为解决该项目新型结构形式的设计难题,本文对非对称多塔结构体系开展了深入研究,分析了高层建筑的发展趋势,总结了多塔结构体系的应用现状与研究情况。以北京新保利大厦为实例,分析了非对称多塔连体结构的动力特性,进行了弹塑性分析以及振动台试验研究,总结了设计要点。针对该工程的悬挂吊楼、高位多层空腹桁架转换层,结合基本抗震方法,引入结构易损性概念,提出了安全性更高的结构设计方法,完成了该新型结构的工程设计。在抗震分析方面,基于ANSYS、ETABS和SATWE软件,采用振型分解反应谱和弹性时程法对北京新保利大厦进行了多程序对比分析,研究非对称多塔连体结构的基本动力特性、地震响应特点等内容,探讨了反应谱参数、振型组合方法等计算参数的取值问题;进行了静力推覆分析,研究非对称多塔连体结构在罕遇地震作用下的结构响应。在抗震设计方面,针对全新的悬挂吊楼结构形式,采用周边设置钢结构巨型交叉斜撑的方法加强吊楼的整体刚度,分析了吊楼在小震和中震作用下的受力情况,设置了新型的减震机构-机械摇摆装置;针对空腹桁架转换结构形式,总结了该类型结构在竖向地震作用下的动力响应规律,针对该类转换结构支座应力过大的安全隐患,进行了易损性分析,设计了备用承载体系。对新保利大厦的缩比模型进行了小震、中震和大震的振动台抗震试验,分析了非对称多塔连体结构的不等刚度塔体、高位转换层和悬挂结构的地震响应规律,指出了薄弱层部位。本文以北京新保利大厦工程设计实例为对象,在结构分析中引入结构易损性(鲁棒性)概念,建立了基于结构易损性的设计方法与流程,应用于该项目悬挂吊楼和高位多层空腹桁架转换层的结构设计,提高了复杂结构体系的安全性,为复杂结构体系建筑的结构设计提供了参考。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-24
  1.1 多塔连体高层建筑的发展  9-17
    1.1.1 多塔连体结构应用现状  9-12
    1.1.2 多塔连体结构研究现状  12-17
  1.2 结构易损性概念及其设计方法  17-21
    1.2.1 基本抗震概念及研究方法  17-18
    1.2.2 基于结构易损性概念的设计方法  18-21
  1.3 本文主要研究工作  21-24
    1.3.1 北京新保利大厦简况  22
    1.3.2 本文选题目的与主要工作  22
    1.3.3 本文章节安排  22-24
第2章新保利大厦结构弹性抗震分析  24-49
  2.1 北京新保利大厦工程概况  24-28
    2.1.1 建筑功能特点  24-25
    2.1.2 结构体系特点  25-28
  2.2 计算程序选用  28-29
  2.3 计算模型  29-30
  2.4 基本动力特性  30-34
  2.5 地震作用计算-振型分解反应谱法  34-45
    2.5.1 计算参数选取  34-35
    2.5.2 反应谱分析结果  35-45
  2.6 弹性时程分析方法  45-49
    2.6.1 地震波的选取  45-47
    2.6.2 计算结果分析  47-49
第3章弹塑性抗震性能分析  49-64
  3.1 计算方法简介  49-50
  3.2 新保利大厦PUSH-OVER 分析  50-64
    3.2.1 计算模型及水平力分布模式  50-51
    3.2.2 建立载荷-位移曲线  51-53
    3.2.3 建立能力谱  53-54
    3.2.4 建立需求谱  54-56
    3.2.5 抗震性能评价  56-64
第4章新保利大厦工程结构振动台试验研究  64-88
  4.1 缩比模型设计和制作  64-66
    4.1.1 模型相似系数  64-66
    4.1.2 缩比模型制作  66
  4.2 试验装置与测试内容  66-76
    4.2.1 振动台设备简介  66-67
    4.2.2 试验加载方案  67-71
    4.2.3 测点布置  71-73
    4.2.4 试验流程  73-76
  4.3 试验结果及分析  76-88
    4.3.1 裂缝情况描述  76-81
    4.3.2 试验模型动力特性  81-82
    4.3.3 试验模型加速度响应  82-86
    4.3.4 试验模型位移响应  86
    4.3.5 结果分析与评估  86-88
第5章新保利大厦抗震设计  88-120
  5.1 结构抗震体系  88-103
    5.1.1 延性剪力墙抗震设计  88-99
    5.1.2 钢框架抗震设计  99-103
  5.2 悬挂吊楼  103-111
    5.2.1 吊楼结构选型与布置  104-106
    5.2.2 结构易损性分析  106-108
    5.2.3 计算分析与设计  108-111
  5.3 高位多层空腹桁架转换层  111-120
    5.3.1 结构选型与布置  111-113
    5.3.2 结构易损性分析  113-116
    5.3.3 计算分析与设计  116-120
第6章总结与展望  120-122
  6.1 主要结论  120-121
  6.2 后续工作展望  121-122
参考文献  122-126
致谢  126-127
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  127

新保利大厦非对称多塔连体结构动力特性与抗震设计

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