新型消能减震伸臂桁架超高层结构抗震性能关键问题研究

近年来超高层结构体系广泛采用了中间核心筒与外围框架相结合的结构形式，通过设置伸臂桁架来协调核心筒与框架间的受力和变形。然而随着结构总高度的不断刷新，如何使500米级超高层结构满足抗震设计要求已成为工程界关注的主要问题。本项目提出在伸臂桁架与外框架间布置黏滞阻尼器，即通过在结构刚度较大、变形较大的部位引入附加阻尼来减小结构在强震作用下的反应。拟在伸臂桁架与外框架间或沿水平、竖向、交叉布置黏滞阻尼器，研究阻尼器和伸臂桁架体系设计参数，提出其消能减震机理；采用增量动力分析法，建立超高层结构弹塑性位移需求与伸臂桁架体系的性能设计方程，提出基于性能的抗震设计方法；对施工中未安装阻尼器、逐道伸臂桁架安装阻尼器等工况下结构的抗震性能进行研究，提出新型消能减震伸臂桁架超高层结构的施工方法。本项目是被动消能减震思想在超高层结构中的新发展，研究成果将为该新型体系在500米级超高层结构抗震中的应用做出基础研究。

我国处于超高层建筑建造的高峰期，近年来200米~500米级超高层结构体系广泛采用了中间核心筒与外围框架相结合的结构形式，通过设置伸臂桁架来协调核心筒与框架间的受力和变形。伸臂桁架一方面提供了结构抗震与抗风所需要的刚度，而另一方面却在伸臂桁架范围内由于刚度突变易形成薄弱层。本项目研究了新型黏滞阻尼器伸臂桁架和屈曲约束支撑伸臂桁架超高层体系，前者改变了结构刚度突变、为超高层结构提供附加阻尼；后者小震为结构提供刚度、大震耗散地震能量。依据新型伸臂桁架工作机理，提出了伸臂桁架设计方法，探讨了新型伸臂桁架体系在250米级兰州鸿运金茂大厦和600米级上海中心大厦的减震效果与经济性，为同类高层建筑研究与设计做出重要基础工作。