清华大学博士学位论文

题目：巨柱－核心筒－伸臂超高层结构大震功能可恢复设计方法

姓名：解琳琳
指导教师：叶列平，陆新征
2016年

摘要：我国超高层结构大都面临着严重的地震威胁，如何保障超高层结构大震功能可恢复是城市可持续发展的迫切需求。本文以巨柱—核心筒—伸臂超高层结构为基本研究对象，对其大震功能可恢复设计方法展开了系统的研究，重点研究了该类超高层结构的大震动力响应分析方法、各类关键构件刚度确定方法和耗能构件设计方法，主要工作如下：
（1）基于开源有限元平台OpenSees开发了用于模拟剪力墙构件的分层壳模型。通过对不同截面形式的传统混凝土剪力墙和新型高性能混凝土剪力墙进行模拟，验证了该模型的准确性和稳定性。
（2）提出了基于OpenSees的超高层精细有限元模拟方法。建立了典型超高层结构的精细有限元模型，实现了超高层结构的大震响应预测，通过与MSC.Marc数值模拟结果对比验证了其合理性和可靠性。
（3）提出了巨柱—核心筒—伸臂超高层结构各类关键构件的刚度确定方法。基于弯剪耦合模型提出了结构宏观设计参数与结构最大弹性层间侧移角?maxe的量化关系，根据?maxe要求可高效地确定结构的宏观设计参数。建立了弯剪耦合模型宏观设计参数和鱼骨模型各类关键构件刚度之间的内在关联，可准确高效地确定各类关键构件的合理刚度，为该类超高层结构的大震功能可恢复设计提供了基础。
（4）建议了功能可恢复巨柱－核心筒－伸臂超高层结构的地震耗能分布和耗能设计方法。通过一系列算例统计了耗能构件的整体减震效率、各类耗能构件耗能分配关系及塑性耗能沿结构高度方向的分布规律，提出了基于能量的耗能构件设计方法，为该类超高层结构的大震功能可恢复设计提供了基础。
（5）提出了基于能量的巨柱—核心筒—伸臂超高层结构大震功能可恢复设计方法。采用该方法完成了1栋525 m的超高层结构初步设计，耗时仅约1小时，为实现巨柱—核心筒—伸臂超高层结构的震后功能可恢复提供了可供参考的设计方法。

关键词：巨柱－核心筒－伸臂超高层结构；地震功能可恢复；精细有限元；关键构件刚度；耗能设计