《粘弹性阻尼高层钢结构基于性能的抗震设计方法.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粘弹性阻尼高层钢结构基于性能的抗震设计方法.pptx（20页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、粘弹性阻尼高层钢结构基于性能的抗震设计方法 姓名：李文杰 学号：12121088 基于性能抗震设计理论的研究内容 性能抗震设计的研究内容可以分为两部分， 其一是结构性能抗震设计的基础框架研究，它 包括性能抗震设防标准，含设防地震动水准和 设防地震动参数的确定、结构体系抗震性能水 准的分类、适用于不同重要性结构的性能抗震 设防标准以及相应的性能可靠度分析;其二是 性能抗震设计的基本方法研究，即实现性能抗 震设计的基本分析技术，包含静力弹塑性分析 方法、非线性反应谱方法、等效线性化方法和 基于能量的抗震设计方法等。 高层钢结构性能目标的建立 结构的性能目标是指对所设计的建筑物在每一个设 计地震水平
2、下所要求达到的性能水准的总和。性能 目标的建立应根据建筑物的使用要求、功能要求的 重要性、经济性(伤亡、财产损伤、业务中断、震后 修复)和其它因素(如文化历史遗迹)等综合因素来考 虑。依据已有的结构性能水准和地震设防水准的基 础上，参考国内外对结构性能目标的划分，根据建 筑物的重要性和使用功能，建立高层钢结构性能目 标，划分为以下几个层次，见表1. 表1高层钢结构性能目标 对A、B、C、D的解释： 性能目标A:小震和中震都满足性能水准“充分运行”的要求，大震 下满足 性能水准“运行”。该水准代表结构最高的性能要求，相 当于“大震不坏”的设防原则。 对于目前抗震规范中的规定 的甲类建筑，地震中和
3、地震后 其使用功能不能中断或存放大量危 险品或有毒物品的建筑，可以用此性能目标。 性能目标B:小震下满足性能水准“充分运行”的要求，中震下满足 性能水 准“运行”，大震下满足性能水准“基本运行”的要求。 该水准代 表了结构较高的性能要求，相当于“中震不坏，大震可 修”的设防原则。对于乙类建筑，在震后短期内恢复或对震后运行 起关键作用的 重要建筑，可采用此性能目标。 性能目标C:小震下满足性能水准“充分运行”的要求，中震下满足 性能水 准“生命安全”，大震下满足性能水准“接近倒塌”的要 求，该水准代表了结构较低性能要求，相当于我国现行抗震设计规 范中规定的“小震不坏，中震可修和大震不倒”的设防原
4、则。对于 丙类建筑，一般的工业与民用建筑可采用此类性能目标。 性能目标D:小震下满足性能水准“基本运行”的要求 ，中震下满足性能水准“生命安全”，大震下满足性 能水准“接近倒塌”的要求，该水 准代表了结构最低 的性能要求，相当于“小震可修和中震不倒”的设防 原则。 对于次要的建筑，如遇地震破坏时无生命危害 和不易造成严重 的经济损伤的建筑可采用此类性能目 标。 从性能目标中可以看出:性能目标A和性能目标B代表了 结构最高和较高的性能要求，性能目标C和性能目标D 则代表了结构较低和最低的性能要求。因此，该性能 目标的划分可以较为全面的反映结构不同等级的性能 水能。 高层钢结构基于性能的抗震设计方
5、法 目前基于性能的设计实际上是基于位移的抗震 设计，由于结构构件在地震作用下的破坏程度 与结构的位移响应和结构的变形能力有关，因 此，用位移控制结构在大震作用下的行为 (performance)更为合理，基于位移的抗震设 计是指在一定水准的地震作用下，以结构的位 移响应为目标进行设计，使结构达到该水准地 震作用下的性能要求。在具体实现途径上，可 大致归纳为三种方法:按延性系数设计的方 法、能力谱方法和直接基于位移的方法。 设计基本要求 粘弹性阻尼高层钢结构基于性能的抗震设计包括 概念设计、抗震计算与构造措施三方面的内容与 要求。在概念设计上主要强调以性能目标为基础 ，在抗震计算上主要是以基于位
6、移的方法作为结 构的计算分析方法，而在构造措施上则需要着重 考虑结构构件与粘弹性阻尼支撑构件之间的连接 等问题。 高层钢结构安装粘弹性阻尼器后，可以更好地 实现不同级别的性能目标，如前面所述的性能目 标A, B和C。在上述性能目标下，粘弹性阻尼高 层钢结构的设计应符合以下一些要求 1.结构的基本要求 I)由于粘弹性阻尼器不改变结构的基本形式，除粘弹性阻尼装 置外的结构构件仍可以按抗震规范中相应结构类型的要求进行 设计，使其具备传统结构抵抗使用荷载的一切功能; 2)粘弹性阻尼高层钢结构在基本设计地震烈度下应保持弹性， 除阻尼器外，其它构件也应具有较好的延性，满足抗震规范的 要求; 3)粘弹性阻尼
7、高层钢结构的平、立面布置以及主体结构的材料 和施工应满足抗震规范的要求; 4)粘弹性阻尼高层钢结构的总高度和层数可按国家标准高层 建筑钢结构设计与施工规程的规定降低一度来考虑; 5)粘弹性阻尼器与支撑构件的连接，应符合钢构件连接的构造 要求，并能承担粘弹性阻尼器施加给连接节点的最大作用力。 2.阻尼器及其支撑的基本要求 1)由于粘弹性阻尼器受环境温度和振动频率等因素的影响较大， 因此，应选择在使用环境和结构振动频率范围内性能良好的粘弹性 材料，如材料的剪切储能模量应尽可能小，而剪切损耗模量和损耗 因子应尽可能大，损耗因子的峰值温度应尽量靠近环境温度。 2)粘弹性阻尼器应构造简单、施工方便;具有
8、优良的耐久性能和 较好的易维护性;还应具有良好的变形跟踪能力，以确保在强震作 用下不会出现失稳现象; 3)粘弹性阻尼器及支撑的布置需综合考虑结构类型、建筑功 能、美学效果以及施工等方面的要求，应对支撑形式及连接方式进 行专门设计和研究，使之成为合理有效的受力体系并且更加符合实 际工程的需要。具体为 在建筑上，应注重粘弹性阻尼器对结构空间使用功能及立面造型 的影响 在结构受力上，宜在结构层间变形较大的位置或薄弱部位设置， 每一层布置时应尽量使结构的刚度中心与质量中心重合，以减小结 构在地震作用下的扭转效应，并使粘弹性阻尼器充分发挥消能减震 的作用; 在施工要求上，应尽可能降低支撑的数量，以减少其
9、对建筑正常 使用的影响。 设计步骤 基于性能的抗震设计一般以结构的位移为指标 ，在设计中主要采用层间位移角作为满足性能 目标的控制函数，当结构的层间位移角满足了 结构性能目标所对应的层间位移角限值，即认 为结构满足了所要求的性能水平，然后在此基 础上进行结构设计;否则，应当继续循环设计 ，直到满足性能目标为止。 表2高层钢结构性态水准与变形限值建议值 1.确定建筑物的性能目标 结构性能目标的选取，需要综合考虑场地和建 筑物的性能与重要性、投资与效益、震后损失 与恢复重建、潜在的历史或文化价值、社会效 益与业主承受能力等诸多要素。前面建立了高 层钢结构的四级性能目标，可以根据建筑物的 重要性和使
10、用功能来选择合适的性能目标。 2.对主体结构的进行分析和初步设计 一些实际工程经验表明，对于主体结构可以按 照降低一度的标准来设计。初步设计后的结构 可以进行基于能力谱法的分析并进行性能评价 ，从得到的层间位移角和结构的薄弱部位、破 坏机制等信息来确定结构当前所属的性能目标 ，并与要达到的性能目标进行比较，进而初步 预估结构所需的阻尼比和确定阻尼器的安放位 置。 3.确定达到性能目标时所需的阻尼比 目标阻尼比可以根据经验选取。一些研究表明 在严格的室温25时，对于粘弹性阻尼结构 ，当阻尼比设计成15%时，对于任何地震地面 运动和任何结构，都能有效地减小地震反应。 4设计粘弹性阻尼器及支撑 (1
11、)粘弹性阻尼器的设计 粘弹性阻尼器的设计包括位置参数和性能 参数的设计。通常阻尼器的数量和分布需经过 多次循环计算和优化调整来确定;而性能参数( 阻尼器的刚度系数、阻尼系数、面积和厚度等 )的设计也是一个反复迭代的过程。 粘弹性阻尼器的附加刚度kdi和主体结构的 楼层刚度之间存在以下关系 当选定设计温度和频率以及粘弹性阻尼器的材 料参数剪切储能模量G和剪切损耗模量 G”或损耗因子n后，阻尼器的面积A可以由下 式确定 其中粘弹性阻尼材料的厚度h由阻尼器的最大 允许变形量来确定，而最大允许变形量与楼层 的层间位移控制目标有关。 (2)粘弹性阻尼支撑的设计 粘弹性阻尼支撑是结构设计中的重要设计参数，
12、为使阻尼器 充分发挥最佳减震效果，与其相连的支承构件在阻尼器耗能 方向的刚度可按下式计算 式中Kb为支承构件在阻尼器方向的刚度; Cd相应于结构基本自振周期的阻尼器的线性阻尼系数; Ti粘弹性阻尼结构的基本自振周期。 5.对粘弹性阻尼结构进行分析 静力非线性分析方法在粘弹性阻尼高层钢结构中应用具有 可行性，且在结构抗震性能评价方面较非线性时程分析要 方便直观的多，因此，设计过程中可以第四章的内容为基 础进行结构计算分析。通过几种典型侧向力加载模式得到 结构的能力曲线，再计算结构的阻尼比就可以建立需求曲 线，从而判断结构的性能点，当能力曲线和需求曲线不相 交或相交后求得的性能点所对应的层间位移角不满足要求 ，则应重新设计阻尼器(可以调整阻尼器的布置、阻尼器的 尺寸)或设计主体结构。 这里需要说明的是，我国抗震规范对阻尼器提供的附 加阻尼比的最大取值提出了限值，当附加阻尼比大于20% 时取20%，以避免过高估计阻尼器的耗能作用。因此，如 果计算表明阻尼器附加的阻尼比大于或等于20%时，能力 谱和需求谱还不能相交，则应重新进行主体结构的设计。 设计流程