摘要：预制模块化建筑具有快速施工、绿色环保和回收利用率高等优点,是未来建筑行业的发展方向。随着人口集中程度...预制模块化建筑具有快速施工、绿色环保和回收利用率高等优点,是未来建筑行业的发展方向。随着人口集中程度越来越高,城市建筑用地日益紧张,建筑必须往高层超高层发展,但是模块化结构在高层建筑中的抗震性能尚不明确,也缺少相关的研究。巨型框架结构是一种具有刚度大、传力明确、抗震性能良好等的超高层建筑体系,其主子结构可以采用独立的两种结构形式。本文以抗震性能优良的巨型框架为载体,模块化结构为子结构,构成基于巨型框架的模块化结构体系。并运用有限元软件Perform-3D,对该结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,分别从基底剪力、层间位移角、层间侧移等宏观参数和材料损伤等角度来全面评估结构的抗震性能。并从大震损伤控制的角度,分别对巨型框架的主结构和子结构进行结构优化。本文开展的工作有以下几个方面。(1)对基于巨型框架的模块化结构进行抗震性能分析。以有试验研究的钢筋混凝土巨型框架结构为基础,经合理设计后建立起基于巨型框架的模块化结构模型,并对基于巨型框架的模块化结构进行大震下的非线性时程分析,通过层间位移角、基底剪力、侧移、材料损伤等方面全面评价结构的抗震性能。结果表明基于巨型框架结构的模块化结构各项宏观指标都满足规范要求。在材料损伤方面子结构底层模块间连接处出现严重损伤,而主结构的底部和与巨型梁相交处也会出现严重损伤。(2)对基于巨型框架的模块化结构的子结构进行损伤控制研究。分别通过根据节点实际构造加强其承载力的抗震措施的方法、在主结构和次结构侧向连接处设置弹簧装置和设置金属阻尼器的减震措施来改善子结构损伤,通过对比结构的主结构顶点位移时程、主结构顶点绝对加速度时程、主结构基底剪力时程和各个子结构的顶点位移、绝对加速度、基底剪力等宏观指标和模块间连接处的损伤分析,获得子结构损伤控制的优选方案。结果表明:通过增加节点连接处的承载力的抗震方法能使节点损伤个数减少了45%;设置金属阻尼器能使模块连接节点破坏个数降低43%;设置弹簧装置的整体结构的层间位移角、侧移和基底剪力等变化不大,弹簧刚度在104 k N/m左右模块间节点破坏个数降低了62%,在主次间加入弹簧装置对子结构模块化间连接处的损伤控制效果最优。(3)对基于巨型框架的模块化结构的主结构进行损伤控制研究。分别采用在巨型层间增加巨型耗能支撑的形式和以格构柱代替钢筋混凝土巨型柱的形式进行大震下弹塑性时程的分析,通过顶点位移、顶点绝对加速度、最大基底剪力等宏观指标和基于性能的构件损伤分析对两者进行抗震性能分析。结果表明:增加巨型耗能支撑能使结构的顶点位移减少13.8%,对材料损伤有一定的改善;格构式巨型框架结构在顶点位移、顶点绝对加速度方面变化幅度不大,但在基底剪力方面比原结构减少了40%。且格构式巨型框架结构的构件损伤情况明显远小于传统钢筋混凝土巨型框架结构,对损伤的控制效果更优。更多还原显示全部
