高层钢结构优秀PPT.pptx

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1、高层钢结构第一页，本课件共有21页粘弹性阻尼高层钢结构基于性能的抗震设计方法粘弹性阻尼高层钢结构基于性能的抗震设计方法姓名：李文杰姓名：李文杰 学号：学号：12121088第二页，本课件共有21页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

2、设计方法等。第三页，本课件共有21页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.第四页，本课件共有21页表1高层钢结构性能目标第五页，本课件共有21页对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

3、，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

4、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。第六页，本课件共有21页性能目标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

5、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。第七页，本课件共有21页高层钢结构基于性能的抗震设计方法高层钢结构基于性能的抗震设计方法 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。第八页，本课件共有21页设计

6、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第九页，本课件共有21页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

7、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。第十页，本课件共有21页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

8、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

9、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，以减少其对建筑正常使用的影响。第十一页，本课件共有21页设计步骤 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。第十二页，本课件共有21页表2高层钢结构性态水准与变形限值建议值第十三页，本课件共有21页1.确定建筑物的性能目标 结构性能目标的选取，需

10、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用功能来选择合适的性能目标。第十四页，本课件共有21页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。第十五页，本课件共有21页3.确定达到性

11、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。第十六页，本课件共有21页4设计粘弹性阻尼器及支撑(1)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第十七页，本课件共有21页 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

12、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。第十八页，本课件共有21页(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，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。第十九页，本课件共有21页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

13、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。第二十页，本课件共有21页设计流程第二十一页，本课件共有21页