[01169117]复杂高层建筑结构大震失效分析、评价及控制的关键技术与工程应用

1 课题来源与背景 近年来世界范围内高层建筑得到迅速发展,建筑高度不断提高,体型日趋复杂。国内外现行的抗震设计规范,虽然都提出了复杂高层建筑结构的大震性能需求限值,但大都是将需求限值作为设计的第二步来验算,目前还不能对复杂高层建筑结构大震性能做到有效地控制和把握。一旦发生破坏性地震,复杂高层建筑结构的倒塌不仅将带来重大经济财产损失,且会造成密集的人员伤亡和严重的政治及社会影响。因此,急需搭建精确高效的复杂高层建筑结构大震非线性分析平台,建立复杂高层建筑结构地震失效评价的系统方法,揭示复杂高层建筑结构地震失效机理,实现最优地震失效模式的控制技术,提出直接基于最优失效模式的大震设计方法,仍然是结构工程研究面临的严峻挑战。本项目围绕复杂高层建筑安全重大需求,瞄准相关领域国际前沿,在一系列国家和省部级科技计划的支持下,在我国系统开展了复杂高层建筑结构大震失效分析、评价及控制的相关理论和关键技术研究,取得了三项复杂高层建筑结构大震失效分析、评价及控制的关键技术。 项目组课题来源于： [1]国家自然科学基金重点项目“超高建筑斜交网格筒结构体系基于失效模式的大震设计理论”项目编号：50938001,资助金额：200万元,负责人：滕军,执行时间：2010.1～2013.12。 [2]国家自然科学基金重大研究计划“重大工程的动力灾变”培育项目“高层结构抗震性能指标及结构体系大震性态描述”项目编号：90715009,资助金额：50万元,负责人：滕军,执行时间：2008.1～2010.12。 [3]国家自然科学基金青年基金项目“高层钢筋混凝土结构精细化损伤模型及大震损伤评估研究”项目编号：51008048,资助金额：20万元,负责人：李祚华,执行时间：2011.1～2013.12。 [4]航天科技广场项目连梁耗能阻尼器技术开发：横向项目,资助金额：195.73万元,负责人：李祚华,卢伟,滕军,执行时间：2013.1～2014.12。 [5]超限高层建筑结构弹塑性分析应用（9项）：横向项目,执行时间：2009～2014。 2 技术原理及性能指标 （1）复杂高层建筑结构抗震性能量化评价体系。揭示了非线性二阶效应导致结构整体稳定失效的结构地震倒塌机制,建立了基于瞬时等效刚重比的结构整体稳定判别指标;开发了复杂高层建筑结构大震非线性分析技术;提出了应用于抗震性能设计目标验证的复杂高层建筑结构大震分析结果定量描述方法,建立了各类别构件损伤定量描述及结构宏观损伤描述的结构地震损伤评价体系。 （2）复杂高层建筑结构大震失效模式控制技术。揭示了连梁对高层建筑结构最优失效模式的调控机制,研发了控制高层建筑结构大震最优失效模式的新型附着式钢板连梁阻尼器;深入研究了多种形式钢板阻尼器复合连梁的协同工作机制及破坏模式,研发了模块化的新型内嵌式连梁阻尼器。 （3）复杂高层建筑结构基于最优失效模式的大震设计方法。以超高建筑斜交网格筒结构体系为对象,深入研究了复杂高层建筑结构体系的大震非线性设计理论,建立了复杂高层建筑结构体系基于最优失效模式的大震设计理论和方法,提出了结构大震失效模式、大震失效优化和控制指标。 3 技术的创造性与先进性 本项目获发明专利4 项、实用新型专利4 项、软件著作权2项;发表论文109 篇,其中SCI/EI 收录96篇;成果通过广东省科学技术厅组织的专家鉴定,以聂建国院士为主任的专家组评价认为“ 该项目研究成果创新性强、工程应用效果显著,应用前景广阔,总体上达到了国际先进水平,其中在大震失效模式控制技术和基于最优失效模式的大震设计方法等方面达到了国际领先水平”。 4 技术的成熟程度,适用范围和安全性 本项目经过系统深入研究,取得了三项关键技术突破,系统建立了复杂高层建筑结构大震失效分析、评价、控制及设计的理论和技术体系。课题组的研究成果已成熟,适用于复杂高层建筑结构大震失效分析、评价、控制及大震设计等领域。该成果在多项重要建筑工程中得到直接应用,取得了显著的社会效益和经济效益。 5 应用情况及存在的问题 （1）项目组建立的系统的基于结构整体稳定的地震失效判别和从构件损伤到结构整体损伤的抗震性能量化评价体系已广泛被华南地区主要设计院及研究机构采用, 已完成了9项重要结构大震弹塑性分析及评价,总经济效益约14150万元; （2）项目组提出的大震失效模式控制技术已应用于深圳市航天科技广场和福建长乐冶金大厦等项目,社会效益和经济效益显著; （3）项目组提出的基于最优失效模式的大震设计方法应用于深圳创业投资大厦等超高建筑斜交网格筒结构体系中,社会效益和经济效益显著。 综上,项目组提出的关键技术为结构“大震不倒”抗震性能的实现提供了重要技术支撑,提升了我国对复杂高层建筑结构大震失效分析、评价及控制的研究水平和国际影响力。根据科技成果鉴定委员会的意见,项目组应进一步加强该项目成果的推广应用。