远场长周期地震动作用下超高层建筑响应特性

已有震害研究表明超高层建筑在远场长周期地震动作用下易出现长时间晃动的共振现象,国内超高层建筑在不同概率水平的远场长周期地震动作用下的响应特性有待验证。为此,参考实际工程建立超高层结构模型,利用已有方法确定不同概率水平的校验远场长周期地震动,对比分析超高层建筑在远场长周期地震动和规范设计地震动作用下的结构响应特性、非结构响应特性,以及居住者感受程度。分析结果表明：在结构响应方面,相较于同概率水平的规范设计地震动,远场长周期地震动作用下结构的层间位移角增大约15%,楼层累积滞回耗能提高约100%;在非结构响应方面,相较于同概率水平的规范设计地震动,远场长周期地震动作用下的中部楼层的位移敏感构件损坏、顶部楼层的长周期附属设备加速度响应、家具滑动和居住者不安度相对显著。超高层建筑主要应通过提高结构耗能能力和控制非结构响应来应对远场长周期地震动。     

液化地基上超高层结构模型振动台试验研究

为了研究液化地基上超高层结构在地震作用下的动力特性和动力响应,设计了液化场地超高层结构模型,并对其进行振动台试验。分析了超高层结构的自振频率、阻尼比、振型、加速度响应、位移反应、结构顶层加速度响应组成和地基孔隙水压力。结果表明:随着加速度峰值的增大,结构的自振频率下降,阻尼比增大;由于结构刚度变化不大,结构振型曲线的形状变化不明显;结构的动力响应不仅与输入地震波的加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关;结构顶层的加速度反应主要由结构弹塑性变形加速度分量组成,其次是基础转动引起的摆动加速度分量和平动加速度分量;当地震波加速度到达第1个峰值时,砂土层的超孔隙水压力存在负值。     

Shaking table test of super high-rise structure on liquefied ground

为了研究液化地基上超高层结构在地震作用下的动力特性和动力响应,设计了液化场地超高层结构模型,并对其进行振动台试验。分析了超高层结构的自振频率、阻尼比、振型、加速度响应、位移反应、结构顶层加速度响应组成和地基孔隙水压力。结果表明：随着加速度峰值的增大,结构的自振频率下降,阻尼比增大;由于结构刚度变化不大,结构振型曲线的形状变化不明显;结构的动力响应不仅与输入地震波的加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关;结构顶层的加速度反应主要由结构弹塑性变形加速度分量组成,其次是基础转动引起的摆动加速度分量和平动加速度分量;当地震波加速度到达第1个峰值时,砂土层的超孔隙水压力存在负值。     

远近场地震动反应谱峰值参数比较及其对多层地铁车站的影响

为研究远场地震动及不同类型近场地震动的反应谱峰值参数比较及其对多层地铁车站结构的影响,挑选远场地震动与三种类型的近场地震动(前方向性、滑冲型、非脉冲)记录共20条。以加速度峰值作为输入地震动的归一化指标。选择基于地震动反应谱计算得到的有效峰值加速度(EPA)、有效峰值速度(EPV)、改进有效峰值加速度(IEPV)、改进有效峰值速度(IEPV)作为指标进行比较。采用有限元方法,对弹塑性四层地铁车站的地震响应进行动力时程计算。结果表明,前方向性与滑冲效应型地震动的EPV及IEPV值较高;具有滑冲效应地震动作用下结构变形更为严重,底层中柱弯矩更大;远场地震动作用下结构响应较小;近场非脉冲地震动作用下结构动力响应明显降低;结构响应随输入地震动的EPV及IEPV值的增大而加剧。     

某超高层结构在长周期地震动下的结构响应分析

已有震害研究表明,超高层建筑在长周期地震动作用下易出现"共振"现象,而目前国内规范对此的涉及较少,给结构安全带来一定的隐患。本文选取日本十胜冲地震和台湾集集地震中长周期分量明显的2条地震动记录以及2条普通地震动记录作为输入,以某拟建超高层结构为研究对象,运用Perform-3D软件进行了6度多遇和罕遇地震下的弹性和弹塑性时程分析,对比分析了结构在长周期地震动与普通地震动作用下的主要响应。结果表明,长周期地震动造成的结构响应如结构顶点位移峰值、层间位移角峰值等相比普通地震动更为显著,对于该超高层结构应该考虑长周期地震动带来的不利影响。     

土-结构相互作用效应对长周期地震动下层间隔震结构减震性能的影响

考虑土-结构相互作用(SSI效应)的层间隔震结构减震机理及振动特性有别于底部刚接于地基的层间隔震结构。长周期震动具有的丰富低频成分、大的速度与加速度脉冲、明显谐波成份等特性,对考虑土-结构相互作用的层间隔震结构具有更为不利的影响。为此,基于集总参数S-R(Sway-Rocking)模型建立一幢大底盘层间隔震框架结构,考虑不同场地类别下的影响,分析多类型长周期地震动作用下土-结构相互作用隔震体系的动力响应规律。结果表明:SSI效应使层间隔震体系的刚度弱化,结构周期延长,致使长周期地震动下Ⅲ、Ⅳ类场地上的层间隔震结构弹塑性层间位移角增大,且随着土质的变软,层间位移角增大越明显,而SSI效应对峰值层间剪力影响不大。此外,远场长周期类谐和地震动作用下的楼层峰值加速度与隔震支座变形值也均有所放大,长周期地震动下考虑SSI效应隔震结构体系的减震效果变差。     

长周期地震动对超高层结构抗震性能的影响

历次大地震中,长周期结构在长周期地震动作用下响应剧烈。本文着重对超高层建筑进行长周期地震激励下的抗震性能分析,选取了远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动和近断层滑冲型地震动3类典型长周期地震动记录各3条,为进行比较,同时选了3条普通地震动作为输入样本,采用ABAQUS有限元软件对一54层超高层结构分别进行多遇地震下的弹性时程分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析,并将4类地震动输入下的结构响应特征进行对比研究。由结果可知:长周期地震动作用下结构的位移、位移角及损伤均大于普通地震动的响应,尤其是低频成分更丰富的远场类谐和地震动;长周期地震动输入下结构的最大层间位移角接近甚至超出限值。因此,长周期地震动对超高层结构抗震性能的影响不可忽视。     

考虑行波效应的大跨度悬索桥地震响应分析

以润扬长江大桥为背景,建立结构有限元模型,考虑三种不同卓越周期地震波,分析行波效应对大跨度悬索桥地震响应的影响。在研究中,选用了近场地震波、远场地震波以及普通地震波,视波速从100~8000 m/s,共有9组数据。研究结果表明:考虑行波效应时,悬索桥地震响应与一致激励分析结果相比有一定差异,或增大或减小,这与所选地震波及视波速有关。在低视波速区间内,地震响应随视波速变化波动较大;当视波速大于某一值时,地震响应峰值逐渐接近一致激励的对应值。当地震波低频成分较为丰富,卓越频率与桥梁结构频率较为接近时,结构地震响应更大。     

广州财富中心施工过程抗震性能模拟分析

高层结构施工规模巨大,施工周期长,在施工过程中仍有一定概率经要受地震作用的考验。利用大型有限元软件ABAQUS建立了广州财富中心施工各阶段的有限元模型,采用时程分析方法对广州财富中心各施工阶段的未完工结构在多遇地震和施工荷载组合作用下的抗震承载力和结构变形进行了分析,验证了结构在施工过程中的安全性。还对不同地震波作用下结构的振动响应进行了对比分析,结果表明:结构的地震响应受地震波卓越频率的影响十分明显,超高层结构在低频长周期地震波作用下的响应明显大于高频地震波作用下的响应。     

长周期结构弹塑性时程分析的地震波选取

长周期结构在大震作用下进入弹塑性状态,结构刚度退化,周期延长,地震波对应的反应谱与规范反应谱在长周期段的拟合程度对结构的安全性判 断有较大影响。提出长周期反应谱拟合系数作为长周期结构在弹塑性时程分析中地震波选取的依据,通过六千多条强震记录的统计分析,得到不同场地条件 下适用于长周期结构弹塑性时程分析的地震波库,保证所选取地震波对应的反应谱与规范反应谱在3~6s段统计意义上相一致。     

长周期地震动及其在超高层建筑抗震校验中的应用

长周期地震动是由长周期面波叠加放大所形成的长持时地面运动,其孕育条件为大型沉积盆地和远距离大震级地震。长周期地震动作用下的超高层建筑震害明显。简要介绍长周期地震动的震害特点以及国内地震带、大型沉积盆地的分布特点。梳理国内外长周期地震动研究成果和关注热点。给出适用于国内的长周期地震动应对思路。探讨校验长周期地震动的形成、应用,以及超高层建筑响应控制流程。结果表明：国内较多城市有长周期地震动的孕育条件;国内工程界对长周期地震动的研究主要集中在地震动的长周期分量,而不是长周期地震动本身;对按照现行规范设计后的超高层建筑补充长周期地震动的校验分析是较为可行的思路;国内部分区域的超高层建筑有针对长周期地震动进行校验的必要。     

不同地震动作用下高层结构响应比较研究

近年的大地震中,远离震中的高层建筑在长周期地震动作用下响应强烈。研究以高层钢筋混凝土结构为对象,选取不同频谱特征的地震波,分别以加速度标准化和速度标准化两种方式调幅进行弹塑性时程分析。结果表明:加速度峰值相同的条件下,长周期地震动对高层结构影响更大,且结构响应受位移控制,速度和能量与高层结构的地震响应关系密切。     

适用于超高层建筑的改进地震动强度指标

地震动强度指标选取是基于性能抗震设计的重要组成部分,地震动强度指标是联系结构地震响应和地震动记录的关键参数。合理的地震动强度指标可以使结构地震响应预测结果更加准确。为此,以超高层建筑结构为基本研究对象,考虑超高层建筑结构地震响应中高阶振型参与显著的特点,并考虑地震动强度指标表达形式的简便性,提出了适合于超高层建筑结构抗震分析用的地震动强度指标,利用大量的时程分析给出了振型参与数量的取值方法;基于2个超高层建筑结构的倒塌分析实例,比较了建议的地震动强度指标和部分现有地震动强度指标对超高层建筑结构的适用性。分析表明：与已有的地震动强度指标相比,采用建议的地震动强度指标表征结构临界倒塌的地震动强度时,其变异系数最小,能较好地反映超高层建筑结构中高阶振型的影响,对超高层建筑结构的抗震设计具有较好的适用性。     

超高层建筑表面风荷载数值模拟研究

该文通过计算流体力学数值模拟技术对某超高层建筑进行了表面风荷载分布的数值模拟。结果表明：由于漩涡脱落,在结构侧面边缘出现了较强烈的负压区;在周边建筑干扰高度范围内,结构表面风压分布较混乱,结构在干扰高度以上部分风压分布比较规律;局部部位的设计风压应参考各风向角下风压峰值。     

A simplified analysis and vibration control to super‐high‐rise buildings

This paper clarifies the following four points on the dynamic behavior of super‐high‐rise buildings of 700m high consisting of doubly symmetric frame‐tubes with or without braces. A simple and accurate analytical method presented by Takabatake (1996) is shown to be very useful for the preliminary design of such a mega‐structure. The building is replaced by an equivalent rod which may allow the main deformation field composed of longitudinal deformation, bending, transverse shear deformation, and shear‐lag. It is pointed out originally that, after the horizontal component of earthquake ground motion fades away, noticeable swell breaks out for a long time and that phenomenon is undamping. The serious phenomenon of swell increases remarkably in addition to the action of the horizontal component of an earthquake wave having a long period. The effect of soil–structure interaction on such a structure is discussed using a general analytical method proposed here. An epochal method both to reduce the dynamic response and to leave out the undamping swell after earthquake action is proposed and its effectiveness as a device for vibration control is demonstrated through the numerical computation. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

超高层建筑之施工难点分析

近年来,超高层建筑如雨后春笋般地拔地而起。然而超高层建筑施工过程中也存在诸多困难,包括深基础施工、大面积大体积混凝土施工等。本文结合笔者多年的高层建筑施工经验,分析了超高建筑物施工过程中的突出难点,提出了应对的技术策略。     

固定消防设施在高层建筑灭火救援中的应用

随着城市建设脚步不断加快,高层建筑以及超高层建筑已经成为一个城市形象的体现。这些建筑竖向管井多、结构复杂、火灾荷载大、疏散逃生困难,发生事故极易造成群死群伤,是当前消防队伍灭火救援研究的重点课题。为摸清高层建筑及超高层建筑结构特点、探明建筑火灾发展规律、提升火灾扑救效率、保护群众生命财产安全,文章从高层火灾扑救难点出发,就如何更好地运用高层建筑固定消防设施提出了可行性的建议与措施。     

基于风洞试验的高层建筑钢结构风致加速度研究

对钢结构高层建筑群中的典型狭长形建筑进行了表面风压的风洞模型试验,分别考虑了建筑为单体和群体的情况。利用试验获得的风荷载时程对该高层结构进行风振响应的动力时程分析,并着重对得到的与风致舒适度关联的加速度响应进行分析和讨论,对比群体效应对顺风向、横风向和扭转向峰值加速度的不同影响。结果表明,对于平面为狭长形的住宅钢结构高层建筑,扭转效应引起的风致峰值加速度不容忽略;而群体效应一般对结构的加速度呈增大趋势,而且对横风向及扭转向的增大程度通常大于对顺风向的程度。