中美高层钢筋混凝土框架—核心筒结构抗震设计与评估

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1、中美高层钢筋混凝土框架-核心筒结构抗震设计与评估(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：土木工程系学科：土木工程研究生：李梦珂指导教师:叶列平教授二○一五年六月SeismicDesignandEvaluationofTallRCFrame-CoreTubeBuildingsinChinaandU.S.ThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinCivilEngineeringb

2、yLiMengkeThesisSupervisor:ProfessorYeLiepingJune,2015摘要摘要钢筋混凝土(RC)框架-核心筒结构是中美两国高层建筑广泛采用的结构形式之一，对比研究两国钢筋混凝土框架-核心筒结构的抗震设计方法以及抗震性能，对进一步完善我国高层建筑抗震设计具有重要的意义。本文系统研究了两组中美典型钢筋混凝土框架-核心筒对比案例的抗震设计及其抗震性能，主要成果如下：(1)总结归纳中美两国基于性能抗震设计规范的发展及现状，介绍了各现行基于性能抗震设计规范的主要成果，以及下一代基于性能抗震设计方法。(2)选取了

3、两组中美高烈度区RC框架-核心筒结构的对比案例，完成了案例一之中的中国方案抗震设计，并详细对比了各组案例中美设计结果的差异。结果表明，在相同地震危险性条件下(案例一)，由中国规范反应谱计算的设计地震作用较大，且中国规范对结构层间位移角的限制比较严格，二者共同导致中国方案的材料用量显著高于美国方案；在相同设计基底剪力条件下(案例二)，美国方案部分构件的截面较大，剪力墙边缘构件的约束范围及边缘构件的总纵筋面积和箍筋体积配箍率均较大，并且框架柱的体积配箍率也比中国方案大，因而美国方案主要承重构件的材料用量略大于中国方案。(3)建立了案例结构的

4、三维有限元模型，采用弹塑性时程分析方法评估了两组案例、四个结构在三种地震强度下的抗震性能，并研究了结构的抗地震倒塌能力。结果表明，在相同地震危险性条件下(案例一)，中国方案的抗震性能及抗倒塌能力略好于美国方案；在相同设计基底剪力条件下(案例二)，美国方案的抗震性能及抗倒塌能力均好于中国方案。(4)采用下一代基于性能抗震评估方法——FEMAP58方法评估对比了两组研究案例各结构方案在三种地震强度作用下的损失情况(修复费用、修复时间和人员伤亡)。结果表明，非结构构件的修复费用及修复工日均占总费用、总工日的绝大部分；除结构倒塌外，可能引起人员

5、伤亡的易损集合主要是天花板和电梯。在相同地震危险性条件下(案例一)，三种地震强度下，中国方案的修复费用均小于美国方案；在多遇地震和设防地震下，中国方案的修复工日小于美国方案，而在罕遇地震下中国方案修复工日略大。在相同设计基底剪力条件下(案例二)，三种地震强度下，美国方案的修复费用和修复工日均小于中国方案。关键词：中美规范；高层建筑；基于性能；抗震设计；地震损失IAbstractAbstractTheframe-coretubestructureisatypicaltypeoftallreinforcedconcrete(RC)syste

6、mwidelyconstructedinChinaandtheUnitedStates(U.S.).EvaluatingthemajordifferencesofseismicdesignandperformancesofsuchstructuresbetweenthetwocountriescanbehelpfultofurtherimprovetheChineseseismicdesignphilosophies.SystematicallycomparisonsareconductedontwogroupsoftallRCfram

7、e-coretubestructuresdesignedbasedontheChineseandtheU.S.codesystemsrespectively.Themainachievementsofthisstudyareasfollows:(1)ThedevelopmentandstatusoftheU.S.andtheChineseperformance-basedguidelines/specificationsaresummarized,includingthemainachievementsofthesecurrent-ge

8、nerationperformance-basedguidelines/specifications,aswellastheintroductionofthenext-generationperforman