巨型結構抗震性能研究綜述

(廣州大學　廣東　廣州　510006)

巨型結構是一種為適應超高層建筑發(fā)展而出現(xiàn)的新型結構體系。這種結構體系由主、次兩級結構組成，打破了傳統(tǒng)的以單獨樓層作為基本結構單元的格局，有著其獨特的優(yōu)勢。巨型框架結構是巨型結構體系中一種經(jīng)濟有效的結構體系，由作為主結構的巨型框架和作為次結構的樓層框架組成。它不僅能夠滿足建筑多功能的要求，而且具有傳力明確，整體性好，施工速度快，節(jié)省材料，工程造價低，多種結構形式和材料組合等優(yōu)點，是未來高層及超高層建筑結構體系發(fā)展和應用的主要方向之一。

一、巨型結構試驗研究現(xiàn)狀

為了研究巨型結構的抗震性能，最初國內(nèi)許多學者借助實際工程對巨型結構進行實驗驗證。何國松、程曉輝等人對住宅型巨型結構的節(jié)點進行擬靜力試驗，研究其受力性能?；葑繉σ婚蟪叽玟摻罨炷量蚣芙Y構模型進行低周反復荷載試驗。方鄂華以廣州天王中心大廈為原型，完成了1:25微?；炷聊Ｐ偷恼駝优_試驗研究，驗證了其抗震性能。張宇峰等人結合對采用巨型框架結構體系的南京多媒體通訊大樓1:25微粒混凝土模型的模擬地震振動臺試驗的分析和探討，著重研究了巨型框架結構的動力特性、彈性和彈塑性地震反應及結構的破壞形式。張耀春通過兩端簡支巨型鋼柱在雙向水平往復荷載下的偽靜力試驗,研究了其空間滯回特性和模擬方法。通過以上試驗可知巨型框架結構具有較好的抗震性能。

二、巨型結構理論分析研究現(xiàn)狀

周曉峰分析了巨型鋼框架的靜力性能,深入研究了結構在豎向荷載和水平荷載下傳力機理、力學特性和變形特點；用反應譜法和時程分析法深入分析巨型鋼框架的抗震性能。

嚴平對實腹式和空腹式巨型框架進行動力彈塑性分析和彈塑性時程分析。計算結果表明：空腹式巨型框架結構相比較于實腹式巨型框架結構在抗震性能方面具有良好的抗側移能力，但是空腹式柱在罕遇地震作用下其節(jié)點相對薄弱；巨型柱采用空腹式結構相比較于巨型梁采用實腹式能更有效提高巨型框架結構的抗側移能力。

葉志龍通過模型振動臺試驗研究和有限元數(shù)值計算分析，對巨型框架結構的抗震性能問題進行了深入研究。研究結果表明：模型結構位移反應沿樓層分布受上下兩個鋼桁架層影響較大，鋼桁架層處位移有顯著減小趨勢，起到了加強層的作用；豎向地震動對結構反應影響明顯；巨型框架梁、柱線剛度比對結構受力有顯著影響；桁架弦桿截面尺寸對結構剛度影響明顯，而腹桿影響相對較弱。

王廷彥在結合巨型桁架體系和巨型框架體系的優(yōu)點提出了巨型框架-支撐結構體系，并對其靜力性能，動力特性和地震反應進行了分析研究。研究結果表明：巨型框架-支撐結構的靜力性能優(yōu)于巨型框架結構，并具有良好的動力特性；巨型框架-耗能支撐結構不但可以減少原巨型框架-支撐結構的層間位移，還可以減少其底部剪力和頂層加速度反應的峰值。

楊航利用有限元軟件,對巨型型鋼混凝土框架核心筒結構進行了模態(tài)分析、風荷載和反應譜下的內(nèi)力和變形分析、多遇地震彈性時程分析以及罕遇地震彈塑性時程分析、分析,研究了結構的靜力性能以及抗震性能，計算結果表明，多遇地震彈性時程分析結果與反應譜結果具有一致性,即剛度較弱的結構或同一個結構中剛度較弱的方向所承受的地震力較小,側移較大,核心筒底部所占剪力比率明顯大于框架所占比率,加強層處會出現(xiàn)明顯的內(nèi)力突變；結構總體呈現(xiàn)“連梁→墻肢(和支撐)→框架梁→框架柱”的屈服機制,符合多道抗震防線的概念設計。其中核心筒和框架還可以分別形成更細致的“連梁→墻肢”以及“(支撐→)框架梁→框架柱”的內(nèi)部多道抗震防線,使結構在地震下的可靠度得到進一步提高。

三、巨型結構工程實例介紹

香港中國銀行大廈在房屋的四角設置了邊長為4米的巨大鋼筋混凝土柱，每一大型交叉的鋼支撐跨越了12層樓高，每隔13層沿房屋的四周及內(nèi)部設置整層高的鋼加勁桁架。全樓做成豎向桁架形式，分成四段，最下面一段是正方體，向上依次削減，呈多棱體和三棱體，全部風力都傳遞到下面的四根巨大的鋼筋混凝土角柱上，如圖1所示。

圖1　香港中銀大廈

四、總結

通過以上對巨型結構的試驗和理論研究發(fā)現(xiàn)，巨型結構主次結構明確,具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑，結構受力性能合理，結構豎向剛度分布均勻,不存在結構薄弱層，地震作用下，結構損傷出現(xiàn)在巨型層附近以及巨型柱底部，抗震性能良好。并且在實際中也有較多應用。