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近年来在地震区兴建的钢筋混凝土高层建筑逐渐向功能多样、体型复杂、高度突破100米的综合方向发展。城市中大量建造的商住楼,集住宅、商场及停车场等功能于一身,且建筑底部的停车场、商场均需要大跨度规则的结构布置,而上部住宅由于通风、采光以及景观的要求,其竖向结构除核心筒以外,几乎与下部竖向构件完全对应不上。为了满足建筑功能的需要,唯有采用带转换层的部分框支剪力墙结构这一可能对抗震性能不利的结构形式。但是转换层的设置造成结构竖向抗侧力构件不连续,结构的整体抗震性能和局部传力情况难以依靠现有结构设计规范精确确定。
本文根据相似理论,针对广州华标涛景湾三期工程这一典型带转换层钢筋混凝土部分框支剪力墙复杂高层建筑结构设计了1:20的水泥砂浆混合相似模型并进行了振动台试验。试验在中国建筑科学研究院新建的国内最大的三相六向振动台上完成。模型高8.16m,自重及底座总重量为59.9t,重力加速度相似比可以降至1.69,成为国内规模最大的高层结构振动台试验之一,与以往钢筋混凝土高层建筑振动台试验相比,可以更准确预测结构竖向构件抗剪承载能力这一重要结构抗震指标。试验中,输入了3条选定的地震波,进行了59个试验工况,测定了模型结构的加速度、关键构件的应变,观察了裂缝出现和发展情况。分析研究了结构在不同烈度地震作用后的动力特性、自振特性、阻尼比,根据各阶段结构的动力特性,破坏形态和动力反应,分析判断结构和构件的地震反应特征和破坏机理等抗震性能,并对结构设计提出了建议。
经过有限元弹性分析,对模型结构自身静、动力特性和各种地震反应进行了对比分析,对模型结构的地震反应特性做出了综合评价,可以认为对模型结构进行有限元弹性动力分析是合理的。
本文采用三维弹塑性动力分析程序EPDA对原型结构进行了弹塑性动力分析,对结构在7度罕遇地震以及更高烈度地震作用下的地震反应进行了数值模拟,研究了结构在弹塑性阶段的破坏形态,加速度、层反应力、整体位移、层位移等地震反应。同时对主要的竖向构件核心剪力墙、钢管混凝土框支柱和型钢混凝土框支梁在非线性阶段的地震反应进行了分析。将理论计算结果与试验结果进行了对比分析,吻合情况较好,在工程应用中,可以用EPDA来进一步模拟混凝土复杂结构进入弹塑性阶段后的地震反应。