地震研究高层建筑在中国大陆(共10页)

1、中国大陆高层建筑(o cn jin zh)地震研究进展 文摘(wnzhi):由于快速(kui s)的经济增长和城市化,许多高楼大厦出现在中国大陆上,给研究者和实践者提供一个极好的机会在结构工程领域的研究和实践。综述在中国大陆高层建筑的抗震研究,关注影响高层建筑的抗震性能三大主题。内容如下:(1)新型摘要组合构件如摘要复合剪力墙和列；(2)弹性地震剪力墙结构与可替换的剪力墙等结构组件,以自我为中心的剪力墙和摇摆墙；(3)基于性能的抗震设计,包括抗震性能指标、性能水平和设计方法。本文总结了未来研究在这个领域的需要和方向。关键词:高层建筑;钢混凝土组合构件;地震弹性结构;基于性能的抗震设计。1、介绍

2、 自1990年代以来经济快速发展和城市化，引起了中国大陆建设高层建筑的激增。由于各种各样的商业或社会要求审美目的,土地的有限的可用性和偏好集中服务,使建筑高度变得更高,使家具形态以及结构系统变得更加复杂,让结构分析和设计更多困难。在最近几年，一些高层建筑在地震中造成了严重的伤害,如1995年神户大地震、1998年痴痴地震、2010年智利地震和1998克赖斯特彻奇地震。高层建筑的地震安全在中国大陆已经引起了当地政府和研究者的广泛关注,因为大多数最近完成了高层建筑或目前在建都位于地震多发地区。一个有效的方式来更好地保护结构,其居住者和来自地震的内容是通过新的高性能结构成员的发展,地震弹性结构与能量

3、耗散结构组件或设备,和更可靠的条款规定和设计方法。对高层建筑进行了有关地震的研究，在这个领域已经取得了显著的进展,这将提高高层建筑的抗震设计方法和技术。主要进展综述了中国大陆高层建筑最近的地震研究的,专注于新型的抗震性能钢混凝土结构成员,地震弹性的剪力墙结构,基于性能的抗震设计。2、钢混凝土复合结构成员钢混凝土混合系统(也称为混合或组合系统)在过去二十里年已被广泛应用于世界各地的高层建筑,最关键的原因这两个建筑材料结合的好处。根据CTBUH 2014年5月提供的统计数据,钢混凝土混合结构系统用于完成前20名中排名11的建筑和前20名中排名17的在建建筑。这种结构体系是中国住房和城乡建设部推荐的

4、,和在中国大陆已经成为更受欢迎。摘要混合结构的研究都集中在两种类型的摘要组合键成员,剪力墙和柱。2.1钢混凝土复合剪力墙 先前的研究主要集中在两种类型的钢混凝土复合剪力墙:钢-钢筋混凝土(SRC)剪力墙和钢板钢筋混凝土剪力墙(SPRC)。SRC剪力墙的结构行为已经被广泛的研究。Wu and Lu(2004)对SRC耦合的剪力墙的抗震性能和SRC管通过循环荷载试验和数值进行了分析研究。研究表明,RC剪力墙与普通的剪力墙相比,虽然一般故障模式并未改变,承载能力和延性明显得到改善。Qian et al.(2008)在SRC剪力墙进行了循环荷载测试不同类型的钢嵌在边界柱在高轴向压缩力。试验结果表明,圆

5、形钢管嵌在边界柱在高轴压比可以增加RC剪力墙的变形能力。Zhou et al.(2010;2010 b)提出了复合剪力墙与多重嵌入钢在墙边界以及墙中部,如图1所示。测试证明新的复合剪力墙具有较好的耗能能力以及延性高于钢只能嵌在边界的SRC剪力墙。循环荷载试验进行钢筋高强混凝土(SHSC)剪力墙Liang et al.(2011)。测试结果表明,该SHSC剪力墙具有良好的延性。三个性能水平取决于相应提出了漂移率。Lu et al.（2014）进行了在SRC t形截面的剪力墙循环荷载试验。这项研究指出,应特别注意网状边界边的设计没有网状的高度避免早期失效边界下的压缩。复合剪力墙与矩形混凝土填充钢管

6、(钢管)柱在墙上边界是由Cao et al.(2008)。循环荷载测试新剪力墙的组合表明,钢管混凝土柱和钢筋混凝土剪力墙非常有效且可靠的。Chang et al. (2008)开发隐蔽钢桁架钢筋混凝土组合剪力墙。基于上述两种类型的复合剪力墙,一个新的复合剪力墙与钢管混凝土柱和隐蔽钢桁架是由Zhang et al.(2011)提出的,如图2所示。在1960年代,钢板(gngbn)钢筋混凝土剪力墙第一次使用(shyng)是用于日本一栋18层框架剪力墙结构(jigu)。钢板剪力墙(CSPW)由AISC于1997年提出的，如图3所示。直到最近,复合剪力墙才在中国大陆的工程实践中使用。中国研究人员研究了

7、两种类型的复合剪力墙，第一类：钢板是嵌在混凝土和铁构件中，混凝土和钢板共同抵抗横向荷载与垂直荷载。十六个钢板钢筋混凝土剪力墙进行循环荷载下的研究由Lu et al. .(2009)实施，因为宽高比的影响,所以对钢板的厚度和混凝土之间的连接的施工细节和钢板剪力墙的抗震性能进行了调查。九高强度复合剪力墙包括钢混凝土三个SPRC剪力墙,三个SRC剪力墙和三个普通RC剪力墙进行了测试比较的循环荷载下Jiang et al. (2012).(2012)，对三种类型的剪力墙的抗震性能进行了比较。SPRC剪力墙的承载能力是高于SRC剪力墙,而其变形能力较低。根据测试结果,计算的公式提出了SPRC的承载能力。

8、新SPRC剪力墙与反对克里特岛填充钢管(钢管)柱作为边界柱Cao et al.(2011)。循环加载测试这个新的剪力墙显示,其承载能力和耗能能力非常高。 第二种类型的复合剪力墙嵌钢板,预制钢筋混凝土墙面板连接到连接器的钢板,并提供侧向约束(yush)来防止腹的钢板的破环。通常,这种类型(lixng)的复合剪力墙安装钢框架结构是为了(wi le)抵抗横向荷载,而不是垂直荷载。它可以作为一个能量耗散组件保护的主要结构。一个创新的方法来设置预制钢筋混凝土面板之间的缝隙和周围的框架结构,由Zhao和Astaneh-Asl(2004)提出了减轻混凝土损伤，由Guo and Dong(2005)提出了一种

9、屈曲约束钢板剪力墙。它由一个钢板在中间和两个预制钢筋混凝土墙板在双方通过高强度螺栓连接钢板。Guo et al.(2009)提出了改进措施提高螺栓孔的直径使其大于螺栓。增强的螺栓孔允许在强烈的地震钢板和钢筋混凝土板之间的发生滑移,减少对剪力墙的破坏。2.2钢混凝土复合柱两种类型的钢混凝土复合柱,钢管混凝土柱和SRC柱,由于其高承载力以及延性已被广泛应用于高层建筑。近年来,一些新型的CSFT柱研究和在工程中使用研究。钢管混凝土双层钢管(CFDST)柱都已经被广泛地研究过了。混凝土内部和外部之间的填充钢管CFDST柱。有不同类型的CFDSF横断面图,如图4所示。与传统的钢管混凝土柱相比,这些柱提供

10、了许多优点,如自重小,较大的抗弯刚度,和更好的耐火性。一系列的静态测试CFDST存根列是由Tao et al.(2004)。使用一个统一的理论介绍了约束因素来描述之间的混合作用外层钢管和夹具体。一系列循环荷载测试CFDST存根柱上进行大变形轴向载荷是由Zhao et al.(2010)。人们发现CFDST柱占据斜面圆形空心的行为改善了部分(CHS)的失效模式,负荷能力和能量耗散。多个折叠形成CFDST大变形下的轴向载荷。有限元分析的压缩行为CFDST存根柱与合成(方形空心部分)或CHS(圆形空心部分)外管和CHS内胎有Huang et al .(2010)提出。典型曲线的平均应力与纵向应变、应

11、力分布的混凝土,混凝土和钢管的交互,以及空心率的影响在CFDST存根柱的行为。高性能钢管混凝土(HPCFST)柱因为自身的独特优势,最近几年已经广泛使用。由于钢管密闭效应，高强度混凝土的延性得到了提高。 自密实(m shi)属性非常有益混凝土在钢管的铸造(zhzo)有效加快建设。循环荷载测试HPCFST柱上使用(shyng)不同参数的钢材强度、混凝土强度、轴压比是由You et al.(2005)。测试验证HPCFST列的延性好,承载能力高。静态测试薄壁空心结构与高强度钢柱填充自密实混凝土截面不同参数类型、长细比和荷载偏心率是由Yu et al. (2008)引导。为了满足的更灵活的计划布局建

12、筑,钢管混凝土柱出现了不规则部分,如t形、l形和十字形用于工程。循环荷载试验t形和l形钢管混凝土柱是由Wang和Lu (2005)实施。由于轴压比的影响,对钢管的厚度和混凝土强度对钢管混凝土柱的抗震性能进行了研究。t形和l形钢管混凝土柱的数值模型来模拟的滞回行为由Li and Lu(2008)。考虑到封闭机理,混凝土的应力-应变本构模型提出了钢管填充，一种新型异形钢管混凝土柱横拉钢棒安装在距离连接的钢墙被Lin(2010)提出,如图5所示。通过设置拉钢筋,钢管屈曲模式的改变。钢管的局部屈曲可以推迟。承载力和延性提高。近年来,随着高层建筑的高度有所增加,高层建筑中使用的钢管混凝土柱的截面尺寸变得

13、更大。多单元钢管混凝土巨型柱已用于工程实践。六方钢管混凝土柱与六个单元和总横截面积45平方米使用如图6所示在597米高天津117大厦。循环荷载测试按比例缩小到1/25六角大型钢管混凝土柱与六个单元是Peng et al.(2012)。试验结果表明,钢管混凝土柱具有良好的抗震性能。同样(tngyng),SRC与不规则部分,列如l形、t形、十字形,近年来用于工程实践研究。异形SRC柱的承载能力和延性比异形钢筋混凝土柱的大得多。循环荷载试验l型SRC柱是由Chen et al.(2009)引导(yndo)，对钢的布局(bj)、加载方向、轴压比和剪跨比对SRC柱的抗震性能的影响进行了研究。试验结果表明

14、,l型SRC柱具有良好的抗震性能。SRC柱的截面形状乒乓球球拍一个长方形和一个圆组成的使用如图7所示。SRC柱的抗震性能研究了循环荷载试验按比例缩小到1/4模型由Cao et al.(2007)实施。基于平面截面假设,计算方法提出了SRC柱的承载能力并验证了测试结果。根据循环荷载试验17异形SRC柱,侧向力-位移滞回模型是由Liu et al.(2009)实施。大型SRC柱钢骨混凝土柱和钢比高的已经在一些新的超级高楼使用(shyng)。SRC柱的典型截面与多个腔用于新央视大楼图8所示。减少自重和SRC柱横断面的尺寸,包裹钢率非常高,几乎达到(d do)30%。循环荷载试验在SRC柱钢比高由Ch

15、en et al.(2009)进行(jnxng)。两种类型的包裹钢,一样的SRC柱用于新央视大楼和其他建筑被研究，如图9所示。 钢筋百分比、轴压比、箍筋的体积比和存根柱的设置对结构行为进行了研究。测试结果表明,该SRC柱的滞回行为和延性钢比高的类似的钢构件和钢筋混凝土的不同于其他成员。大型钢比高的SRC柱的滞回行为的试验研究是由Yin et al. (2012)引导。一个实际的方法来确定承载能力和m n曲线提出了SRC柱的截面。大型SRC柱的截面面积近20平方米用于高632米的上海塔图10所示。为了高效率对全球结构的弹塑性分析,分层壳模型被认为是一个简化的数学模型,由Lu et al.(201

16、1)提出。简化模型的分析结果有限元模型显示良好的统一的结果。5,需要(xyo)进一步的研究 趋势表明(biomng),未来高层建筑将成为变得更高,和它们的配置和结构(jigu)系统将变得更加复杂。垂直和横向负载应用到关键构件,如剪力墙和柱,将变得更大。因此,有必要开发新的高性能构件在较大的承载能力和延性和新结构系统有高效率抵制负载,使结构具有多个地震防线。当前的多个组合结构材料、组件和系统,每个提供自己的优势,可能是一个有效的方法来创建更有效率字母系数结构成员或系统。传统结构分析理论和方法为传统的构件开发需要验证确定它们是否适用于新结构成员或大型成员与巨大的维度。然而,由于当前测试设施的限制,

17、非线性数值模型采用大型会员尚未通过实验研究验证。 在经济和社会的发展下,高层建筑的抗震性能的要求变得更加严格,因为损失或失败会产生更大的经济或人类的影响。有必要开发地震弹性方法,适用于高层建筑能够迅速保留或恢复一次大地震过后一个城市的功能和受灾地减少经济损失。最前面的在这一领域的研究工作都集中在结构组件。未来的研究需要在整个结构水平。新类型的地震弹性结构应该补充现有的开发。研究不同类型的组合结构应该进行。为了进一步利用地震弹性结构在工程实践,建设等关键问题的细节,选择合理的设计参数,和特殊结构的数量和位置的确定组件,还应该进一步调查。 尽管基于性能的抗震设计(shj)有前途,仍有待进一步研究和发展,才能被普遍接受(jishu)和广泛应用于工程实践。需要进行更全面的研究开发方法来量化抗震性能水平通过使用更合理的性能或损伤指标,并确定整个结构的性能水平的个体结构组件的性能水平。分类规则的抗震性能水平近年来新开发的结构组件的缺乏。特别是,研究非结构化组件应加强。许多研究需要将不同的响应极限破坏状态和性能水平,和量化关系的建筑修复时间、成本和地震危险程度。非线性地震反应的预测的准确性和要求应进一步提高,主要涉及以下问题:本构模型和滞回模型;分析模型结构组件,尤其是非常规组件;选择和修改输入地面运动的基础(jch)上确定合理的地震强度指数考虑到长周期成分的地面运动的影响;非线性反