基於能量法的超高巨型結構功能可恢復抗震設計與評估

《基於能量法的超高巨型結構功能可恢復抗震設計與評估》是依託北京交通大學，由盧嘯擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於能量法的超高巨型結構功能可恢復抗震設計與評估
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：盧嘯
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

我國在建或已建成的300 m以上的超高層建築83%位於中高烈度地震區，面臨著嚴重的地震威脅。如何保障超高層建築的地震安全和震後快速恢復是城市安定與可持續發展的迫切需求。本項目以超高巨型結構為基本研究對象，通過彈塑性地震回響分析，建立超高巨型結構的能量需求譜和耗能分布規律；通過巨型構件抗震性能試驗和構件損傷指標研究，建立構件抗震需求和能量需求譜的關係，並提出基於能量法的超高層建築功能可恢復抗震設計方法；通過引入結構損失分析和恢複分析，提出超高巨型結構地震功能可恢復的量化指標，建立超高層建築地震功能可恢復的評估方法。以上工作將為超高層建築的抗震設計體系的進一步完善奠定基礎，為提高超高層建築等重大工程的防災減災能力提供科學依據。

結題摘要

中國在建或已建成的超高層建築大都面臨著嚴重的地震威脅。如何保障超高層建築地震後功能可恢復是城市安定與可持續發展的迫切需求。本項目以超高巨型結構為研究對象，從超高層建築地震耗能需求、基於能量的罕遇地震可恢復能力設計方法和地震可恢復能力評估三方面進行了系統研究。提出了適用於不同分析需求的超高層建築簡化分析模型——彎剪耦合模型和魚骨模型，可提高分析效率10~100倍。基於等效線性化方法，將結構塑性耗能等效為阻尼耗能，進而提出了高層建築滿足罕遇地震功能可恢復的總塑性耗能需求計算方法。研究了超高層建築關鍵構件的剛度需求，基於彎剪耦合模型和魚骨模型，根據結構的巨觀設計指標快速確定巨柱、核心筒和伸臂桁架的關鍵剛度需求。研究了連梁和伸臂桁架的耗能配比關係，提出了伸臂桁架塑性耗能沿結構高度的分布規律——三角形分布，並提出了連梁和伸臂桁架的能量設計方法；最終提出了基於能量的超高巨型結構功能可恢復抗震設計流程，可實現高層結構的損傷模式、損傷位置和損傷程度可控。通過對比研究代表性的功能可恢復能力量化計算方法，提出了一種基於構件損傷狀態的新指標以反映結構的使用功能，建議了結構功能可恢復能力量化評估流程，並通過典型高層建築的地震可恢復能力評估對本研究提出結構使用功能指標和評估流程的可行性進行了驗證。研究表明：本研究提出的基於構件損傷狀態的新指標能較好地反映結構在不同地震水準下的使用功能；且在多遇和設防地震水準下，非結構構件對高層建築地震可恢復能力的影響明顯大於結構構件。以上工作為超高層建築的抗震設計體系的進一步完善奠定基礎，為提高超高層建築等重大工程的防災減災能力提供科學依據。