本文關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)剛度對高層建筑抗震設(shè)計的影響分析

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【摘要】：現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)抗震理論和計算方法大多采用剛性地基假定，并按嵌固端進行設(shè)計。各國抗震設(shè)計規(guī)范亦普遍采用剛性地基假定并提出相應(yīng)的設(shè)計方法，通過引入折減系數(shù)的方法近似考慮基礎(chǔ)剛度和地基輻射阻尼的影響，趨于認為基于嵌固端計算模型所得計算結(jié)果會對其他計算模型所得計算結(jié)果形成包絡(luò)，即認為有限基礎(chǔ)剛度對高層建筑抗震設(shè)計一定是一個有利因素。本文研究發(fā)現(xiàn)，客觀存在的基礎(chǔ)剛度將顯著改變建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)特點，其局部響應(yīng)亦有可能被放大，忽略有限基礎(chǔ)剛度的影響，有可能對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計造成“整體保守，局部危險”的不利影響。 論文主要圍繞基礎(chǔ)剛度對高層建筑側(cè)移剛度、內(nèi)力分布以及整體穩(wěn)定的影響三部分展開，并考慮了基礎(chǔ)平動剛度和轉(zhuǎn)動剛度的耦合影響。采用結(jié)構(gòu)力學的分析方法，提出了基于有限基礎(chǔ)剛度的剪切型結(jié)構(gòu)D值法修正表達式以及彎曲型結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度的計算方法，所提公式將傳統(tǒng)D值法涵蓋其中，拓展了D值法的應(yīng)用范圍，且形式簡單，方便應(yīng)用；重點分析了基礎(chǔ)剛度對高層建筑重力二階效應(yīng)以及整體穩(wěn)定的影響，建立了以剛重比為控制指標的結(jié)構(gòu)側(cè)向位移增幅表達式，并與嵌固端情況進行比較。研究發(fā)現(xiàn)，考慮有限基礎(chǔ)剛度的影響后，宜更為嚴格的控制結(jié)構(gòu)剛重比以滿足建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的要求。通過理論分析所建立的相關(guān)表達式具有較好的普適性，克服了土-結(jié)相互作用一體化有限元分析難以歸納得到一般化結(jié)論的弊端。 通過改變結(jié)構(gòu)的邊界條件可將嵌固端計算模型過渡為有限基礎(chǔ)剛度計算模型，，針對具有樁基基礎(chǔ)的典型高層建筑結(jié)構(gòu)進行了有限元分析。分別采用設(shè)計反應(yīng)譜和動力彈性時程分析方法，驗證了前述理論分析的正確性，同時獲得了基礎(chǔ)剛度對上部結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響規(guī)律。有限元計算結(jié)果表明，嵌固端抗震計算模型夸大了地基和基礎(chǔ)對上部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的約束能力，高估了底層框架柱的抗推剛度特征值，框架結(jié)構(gòu)在地震作用下將出現(xiàn)超過預期范圍的底層層間位移，基礎(chǔ)剛度的降低將加大下部樓層的延性要求；考慮有限基礎(chǔ)剛度影響后，總地震作用雖趨于降低，構(gòu)件內(nèi)力發(fā)生重分布，底層框架柱上截面彎矩值放大明顯，相應(yīng)的柱底彎矩值則有所減小。討論了結(jié)構(gòu)頂點水平位移增幅與基礎(chǔ)平動剛度之間的關(guān)系，并提出了最小基礎(chǔ)平動剛度限值要求。汶川地震震害表明底層柱頂彎曲破壞是框架結(jié)構(gòu)的主要震害類型之一，本文的理論分析和數(shù)值計算結(jié)果可以較好的解釋該震害現(xiàn)象，間接證明了分析方法的正確性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TU973.31

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本文編號：1184985