[发明专利]基于时程分析的消能减震结构设计方法

说明书

本发明提供了一种基于时程分析的消能减震结构设计方法，包括：根据规范设计反应谱曲线构建时程分析的人工地震波；建立反应谱分析原模型，获得构件在各个载荷工况下的弯矩、剪力和轴力；确定消能器的类型、布置位置、形式及数量，将消能器布置在主体结构中，建立减震模型；对所述原模型、所述减震模型进行非线性时程分析；修改计算用阻尼比，采用反应谱分析，校核结构整体指标；修正减震模型中结构构件的地震内力，采用修正后的构件地震内力与其他载荷工况下构件内力进行载荷组合，进行结构构件承载力设计。本发明适用于具有建筑结构层概念特点的多层、高层及超高层建筑形式，且使消能减震结构更合理、更安全、更经济。

技术领域

本发明涉及建筑结构的消能减震技术领域，具体地，涉及一种基于时程分析的消能减震结构设计方法。

背景技术

传统意义上的抗震通过增强结构自身的刚度和强度来进行，经研究后，引进了消能减震构件，如金属阻尼器等，消能减震技术因具有概念简单、机理明确、减震效果显著等优点，得到了广泛的应用。消能减震技术的作用效果取决于消能器的类型和性能，不同的消能器布置于框架结构中产生的效果有所不同。

对于高层结构来说，为了追求结构与建筑使用要求的协调，更需要一种安全、经济、可行的措施来实现，因此消能减震的设计成为了首选。对于高层的建筑物，如按照传统的抗震设计，以既定的“设防烈度”作为设计依据，采用“硬抗”的途径，依靠结构构件本身的强度、刚度、延性和耗能能力来抵御地震作用，消耗地震能量，以满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，必然导致主要结构(框架梁、框架柱和剪力墙)截面过大，增加了结构本身的质量和刚度，地震作用相应加大，结构层间剪力及位移将大幅度增加，且很多构件有超筋现象发生，抗震性能不佳，设计既不经济也不合理，这种“以强制强”的设计方法并不能有效地降低结构的地震反应。因此，为解决高层建筑结构难以达到抗震性能要求的问题，结合隔震技术和耗能减震技术的特点，对结构进行消能减震设计是有必要的。

目前在结构减震设计中，通常采用反应谱法，取整体阻尼比对结构进行分析并指导配筋，虽然此方法能够考虑结构各频振动的幅值和频谱两个主要要素，但对于持时这一要素未能得到体现，震害调查表明，一些按反应谱理论设计的结构，在未超过设防烈度的地震中，也遭受到了破坏，这说明持时要素在消能减震设计中应该被考虑；反应谱法忽略了地震作用的随机性，但不能考虑结构在罕遇地震下逐步进入塑性时，因其周期、阻尼、振型等动力特性的改变，而导致结构中的内力重新分布这一现象。

时程分析可以求以时间为变量的反应时间曲线函数，从而找出各个构件塑性铰出现的先后顺序，以此来判别结构及构件的破坏机理。反应谱法仅能分析出地震时结构反应的最大值；时程分析法则较全面地反应了地震的三要素：地震的持续时间、动强度与谱特性。时程分析法可以正确得出结构可能存在的薄弱环节，考虑了结构及构件的弹塑性反应，以便控制在罕遇地震偶然荷载作用下结构的弹塑性反应，防止结构发生倒塌。

基于反应谱法的线性分析中附加有效阻尼比可以反应消能部件对于整个结构的耗能减震影响，但对于构件受力不均匀的影响得不到体现，从而影响结构构件层面的设计。时程分析法比反应谱法和底部剪力法两者计算要复杂得多，但它能反映地震作用总过程，通过该法使结构设计更合理、更安全、更经济。时程分析法可用于线性分析，也可用于非线性分析。只要输入正确合理的地震波，时程分析的结果就既能反应结构最大可能遭受的地震作用，又能满足工程抗震设计安全和功能的要求。

因此，本发明提供一种基于时程分析的消能减震结构设计方法，适用于具有建筑结构层概念特点的多层、高层及超高层建筑形式，且使消能减震结构更合理、更安全、更经济。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于时程分析的消能减震结构设计方法。

本发明提供的基于时程分析的消能减震结构设计方法，包括以下步骤：

步骤1、根据规范设计反应谱曲线构建时程分析的人工地震波；