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目前,我国既有建筑存量不断增加,许多既有建筑在使用面积和功能上逐渐不满足需求。传统的“大拆大建”的改造方式,耗能耗材巨大,资源浪费严重。常规的地下增层、向上增层改造,抗震效果不明确。将隔震技术和地下增层、向上增层改造结合起来的改造方式,既增加了使用面积,又提高了房屋抗震性能,适用于既有建筑的改造。 本文针对既有建筑配置隔震层的“地下增层”和“向上增层”改造进行分析,对其地震响应、参数分析及参数优化等方面做了较深入的研究。其主要研究内容如下: (1)将“地下增层—基础隔震”的改造体系简化成三自由度模型,建立运动微分方程,并利用MATLAB编程软件编制了计算动力特性及地震响应的分析程序,分析了隔震层参数和地下增层结构刚度对体系隔震效果的影响。分析表明:隔震层的特性对隔震效果的影响很大,隔震层刚度越小,隔震效果越好;地下增层结构的刚度对体系的隔震效果并无影响,只需要满足自身的承载力和位移要求。 (2)综合现有的地下增层改造和基础隔震加固改造的思路,给出应用锚杆静压桩实现“地下增层—基础隔震”改造的技术方案和施工工艺。根据抗震规范建议的简化计算方法,给出此方案的设计方法,并以一抗震设防烈度为8度的6层钢筋混凝土框架结构为算例,分析改造前后的减震效果。结果表明,采用隔震技术进行地下增层,增加使用面积的同时,可以大幅度降低原结构所受的地震作用。 (3)将“向上增层—层间隔震”的改造体系简化成三自由度模型,分析隔震层参数对体系响应的影响,以及向上增层刚度对体系响应的影响。分析表明:隔震层的特性对隔震效果的影响很大,隔震层刚度过小,原结构的动力反应有增大趋势;地下增层结构的刚度对体系的隔震效果并无影响,只需要满足自身的承载力和位移要求。应用随机振动的分析方法,简化成两自由度模型进行隔震层的参数优化分析,以原结构改造后和改造前的剪力比为目标函数,得出原结构无需加固的频率比范围和剪力最小的最优频率。 (4)基于第四章的参数分析和参数优化,提出“向上增层—层间隔震”体系的设计建议。对于隔震层的设计,方法一:基于第四章的参数分析,以隔震层抗侧刚度和阻尼比为参数,利用Matlab语言编程分析基底剪重比和隔震层位移响应随隔震层抗侧刚度和阻尼比的变化。以最小基底剪重比为控制目标,在隔震层位移容许范围内选取最优的隔震层抗侧刚度以及合理的阻尼比;方法二:根据参数优化的表格查找最优频率比,进而计算隔震层参数。最后,结合一六层框架结构进行“向上增层—层间隔震”改造的例子,进行参数设计,并对算例进行了抗震性能分析。结果表明,在多遇地震下,明显降低向上增层结构的层间剪力,可以降级设计;罕遇地震下,对原结构、增层结构的地震响应均有效降低。