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。     

超高层建筑地震动强度指标探讨

地震动强度指标是建筑结构抗震设计的重要依据。该文以弯-剪耦合梁模型为基础,建立超高层建筑的简化分析模型,分析不同地震动强度指标与超高层建筑结构抗震设计控制指标的相关性、离散度及其随结构基本周期的变化规律。并通过上海中心大厦(高632 m)的倒塌分析实例对不同地震动强度指标的适用性进行验证。结果表明:PGV与超高层结构的层间位移角响应具有较好的相关性,且离散度最小,可作为超高层建筑结构抗震分析和地震响应分析的地震动强度指标。     

超高层结构地震响应与地震动强度指标相关性研究

作为性能化抗震设计方法中的重要内容,地震动强度指标将地面运动的各项特性与结构地震响应紧密地联系起来。在总结分析地震动强度指标研究现状及问题的基础上,针对框架-核心筒结构,本文探究了地震作用下结构的多种地震响应与不同地震动强度指标之间的相关性及其变化规律。通过分析给出了不同周期段超高层建筑在抗震分析中地震动强度指标的选取建议。     

超高层混合结构增量动力分析的地震动强度指标

在进行超高层结构设计时,地震动强度指标是指导结构抗震设计的重要依据,对结构的安全至关重要,但目前并没有统一的结论,因此,对超高层结构进行地震动强度指标的研究具有重要意义。在综述建筑结构增量动力分析地震动强度指标有效性研究现状的基础上,提出适用于超高层建筑结构增量动力分析的地震动强度指标■,地震动强度指标■是考虑结构前a%振型质量参与系数的自振周期所对应谱加速度的几何平均值;为了验证地震动强度指标■的有效性,以实际超高层为例,使用PERFORM-3D弹塑性分析软件建立非线性模型并进行增量动力分析,根据各种地震动强度指标的θ_(max)和V_(max)结果进行离散性分析,发现地震动强度指标■用于超高层结构增量动力分析时能有效减少θ_(max)和V_(max)数据的离散性,从而提高计算数据的有效性,为实际超高层结构的应用提供参考。     

建筑结构弹塑性时程分析中地震动记录选取方法的比较研究

选择合适的地震动记录是采用弹塑性时程分析预测建筑结构地震响应的基础。列举了现有针对不同分析目的的三种地震动记录选取方法,比较了按不同方法建立的地震动记录选择集的地面运动峰值和反应谱特性,并通过分析两个不同初始周期框架结构的弹塑性地震响应,对不同地震动记录选取方法的分析结果进行了比较。研究结果表明,基于设计反应谱和基于最不利地震动的选取方法均与结构的初始周期相关,当结构在地震作用下刚度退化比较明显时,这些方法有可能难以达到预期的目标;而当地震动强度指标恰当、且选取的地震动记录数量较多时,基于台站和地震信息的选取方法不会造成过大的结构弹塑性地震响应的离散性,同时这种方法不依赖于结构的动力特性,操作简便,适用性强,适于在研究不同结构类型和不同动力特性建筑结构的抗震性能时应用。     

三维地震动输入对IDA倒塌易损性分析的影响

地震作用下建筑结构抗倒塌能力是性能化抗震设计的核心目标,基于IDA的倒塌易损性分析能够定量评价结构的抗地震倒塌安全性.本文通过一个8层RC框架结构和一个20层RC框架-核心筒结构的算例,指出仅考虑地震动单一水平分量的IDA分析会高估结构抗地震倒塌安全性;而三维地震动输入下结构可能出现更多的倒塌模式,可更全面地体现整体结...     

粘滞阻尼减震SDOF体系的地震响应与地震动强度指标相关性研究

为了准确预测和分析粘滞阻尼减震结构的地震响应特性,需选用合适的地震动强度指标控制地震动的输入。本文建立了粘滞阻尼减震双线型SDOF体系的计算模型,选取了22条远场地震波,通过非线性时程分析计算了结构的地震响应,详细分析了粘滞阻尼减震SDOF体系的地震响应与18种地震动强度指标的相关性,提出了计算结构的综合地震响应与地震动强度指标相关性的理论公式。研究表明,在0.1sT0.6s周期段,结构的综合地震响应与地震动的峰值加速度PGA相关性较高,建议选用地震动的峰值加速度PGA作为粘滞阻尼减震结构抗震分析用地震动强度指标;在T=0.6~2s周期段,结构的综合地震响应与地震动的峰值速度PGV相关性较高,建议选用地震动的峰值速度PGV作为粘滞阻尼减震结构抗震分析用地震动强度指标;在2sT6s周期段,结构的综合地震响应与地震动的第一周期谱速度Sa相关性较高,建议选用地震动的第一周期谱速度Sa作为粘滞阻尼减震结构抗震分析用地震动强度指标。     

基于文献调研的我国建筑结构地震倒塌风险概率评估

基于文献调研,搜集和整理了我国近年来关于建筑结构地震倒塌易损性方面的研究成果,建立了我国建筑结构地震倒塌易损性数据库。基于经典的Cornell地震风险概率计算公式,分别以谱加速度和峰值加速度为地震动强度参数,计算了我国建筑结构的地震倒塌风险概率。通过与美国抗震设计规范FEMA P750和欧洲学者建议的关于建筑结构地震倒塌风险的相关要求进行对比,对我国建筑结构的地震倒塌风险水平进行了评估。分析结果表明: 由于我国现行抗震设计规范GB 50011—2010中并未对结构地震倒塌风险做一致性要求,因此,我国建筑结构的地震倒塌风险概率结果分布较广;随着建筑结构抗震设防等级的提高,其地震倒塌风险概率也随之增加;相比于美国规范和欧洲学者研究成果,我国现行抗震设计规范尚不能对结构的地震倒塌风险进行有效控制。     

上海中心大厦结构抗震分析简化模型及地震耗能分析

以结构高度为632 m的上海中心大厦结构为工程背景,建立其二维非线性简化分析模型,提出主要构件的简化分析方法,并与上海中心大厦结构精细有限元分析模型的模态、静力和弹塑性时程分析结果进行比较,对简化分析模型的准确性进行验证。结果表明:建立的简化分析模型能较好地反映上海中心大厦的基本动力特性,近似反映结构的地震响应。以FEMA P695推荐的22组远场地震动记录为基本输入,基于简化模型的弹塑性时程分析结果,分析不同地震强度下上海中心大厦结构不同构件对塑性滞回耗能的贡献及其总耗能沿高度的分布。分析表明:由于高阶振型影响显著,上海中心大厦结构的总塑性耗能主要集中在结构上部的4个区段,且伸臂桁架是主要的塑性耗能构件。本研究可为进一步完善超高层建筑结构抗震设计理论提供参考。     

超高层建筑竖向地震响应的特点与应对方法

计算了6个不同高度和不同结构体系的超高层建筑模型的竖向自振周期和竖向地震响应;分析了超高层建筑竖向构件和水平构件的竖向地震动响应特征。研究发现,超高层建筑水平自振周期远大于场地特征周期,而竖向自振周期则与场地特征周期接近,竖向振动响应得到放大。根据设计反应谱,对于各种抗震设防烈度,结构总竖向地震作用标准值FEvk都至少是结构总水平地震作用标准值FEk的2. 44倍。进而提出描述超高层建筑受到竖向地震全过程的4个概化模型,并指出规范简化算法的局限性。提出竖向地震作用对P-Δ效应与P-δ效应的放大主要体现在P值增大,使得"重力二阶效应"变成"重力与竖向地震响应共同作用下的二阶效应"。采用时程分析法研究了水平构件振动加速度响应,提出二次振动和竖向构件错动对水平构件振动响应有显著影响。分析了采用振型分解法计算超高层建筑竖向地震响应时质量参与系数偏低的原因,并指出当结构高度超过某一数值时,竖向地震作用下的结构第一阶振型会从竖向振动转变为水平摆动。     

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。     

Reliable fragility functions for seismic collapse assessment of reinforced concrete special moment resisting frame structures under near‐fault ground motions

A collapse fragility function shows how the probability of collapse of a structure increases with increasing ground motion intensity measure (IM). To have a more reliable fragility function, an IM should be applied that is efficient and sufficient with respect to ground motion parameters such as magnitude (M) and source‐to‐site distance (R). Typically, pulse‐like near‐fault ground motions are known by the presence of a velocity pulse, and the period of this pulse (T_p) affects the structural response. The present study investigates the application of different scalar and vector‐valued IMs to obtain reliable seismic collapse fragility functions for reinforced concrete special moment resisting frames (RC SMRFs) under near‐fault ground motions. The efficiency and sufficiency of the IMs as the desirable features of an optimal IM are investigated, and it is shown that seismic collapse assessments by using most of the IMs are biased with respect to T_p. The results show that (Sa(T₁), Sa(T₁)/DSI) has high efficiency and sufficiency with respect to M, R, T_p, and scale factor for collapse capacity prediction of RC SMRFs. Moreover, the multiobjective particle swarm optimization algorithm is applied to improve the efficiency and sufficiency of some advanced scalar IMs, and an optimal scalar IM is proposed.     

Fuzzy‐Valued Intensity Measures for Near‐Fault Pulse‐Like Ground Motions

Two fuzzy‐valued (FV) structure‐specific intensity measures (IMs), one based on squared spectral velocity and the other on inelastic spectral displacement, are presented to characterize near‐fault pulse‐like ground motions for performance‐based seismic design and assessment of concrete frame structures. The first IM is designed through fuzzying structural fundamental period to account for the period shift effect due to stiffness degradation, whereas the second IM is developed to take into account higher mode contribution in high‐rise buildings by employing a fuzzy combination of the first two or three modes for the lateral loading pattern in pushover analysis. A benchmark study of three example reinforced concrete frame structures shows that for moderate‐ to medium‐period structures, both of the proposed IMs improve prediction accuracy in comparison with the existing IMs. For short‐period structures, the FV inelastic spectral displacement is the best.     

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。     

武汉某超高层框支剪力墙住宅结构设计

超限高层建筑在地震作用下结构反应复杂,文中介绍的武汉某高层建筑高度153.9m,采用部分框支剪力墙结构,存在超B级高度、竖向构件不连续、平面凹凸、平面扭转等多项不规则,属于复杂超限高层结构.结构设计从抗震概念设计出发,选取了适当的抗震性能目标进行了不同地震力作用下的结构分析,采取了有效的构造加强措施,从而确保了结构的抗...     

超高层钢筋混凝土框架-核心筒结构的抗震特性分析

运用大型有限元软件ANSYS对某超高层钢筋混凝土框架-核心筒结构进行模态分析,并通过设计软件ETABS的计算结果对其进行验证,得到结构的自振特性。在模态分析的基础上,采用时程分析法对该结构进行非线性地震分析,对结构输入3种不同的地震波进行计算,充分分析和比较了计算结果,包括层间位移角沿高度变化包络曲线、顶点水平位移时程曲线、层间位移沿高度变化包络曲线以及顶层加速度时程曲线。结果表明:在地震作用下,该结构没有出现较为明显的薄弱层,同时结构的最大层间位移角出现在结构的中上部,且其值小于《高层建筑混凝土结构技术规程》规定的1/100,能够满足抗震设防要求。利用ANSYS和ETABS对结构进行非线性地震分析,反映了此类结构体系在地震作用下的动力特性,解决了设计中的疑难问题,并校验了结构设计方案的合理性。研究结果在超高层结构抗震设计方面具有重大的理论意义和实用价值。     

某超高层住宅剪力墙结构设计

随着超高层住宅建设项目的日益增多、超限结构设计问题引起工程设计人员的高度关注。沈阳世茂五里河项目1#住宅楼工程,主体结构总高度175.2m,采用钢筋混凝土剪力墙结构。该工程为高度超限结构,且高宽比超出规范中对B级高度的要求,2层局部存在框支转换。针对本工程的特点,并结合超限审查时专家的建议,介绍了对该工程超限情况所采取的措施,包括计算分析及构造措施;并简要介绍了结构整体计算分析的内容、结果。该工程结构设计可为类似工程提供参考。     

Study on seismic design method of high-rise structures resistant to rare earthquakes on basis of progressive seismic failure mode

针对高层结构罕遇地震作用下局部集中损伤破坏易导致整体倒塌的问题，及超静定次数消耗集中且不充分的结构地震失效本质，确定了高层结构耗能构件分批次充分消耗超静定次数的多阶段塑性发展路径，提出了高层结构塑性发展充分、失效方向可控、失效路径延长的渐进地震失效模式。同时，考虑结构多阶段塑性发展过程中地震作用的往复特性、高阶振型影响和非线性内力重分布特点，建立基于多阶段振型组合的标准地震作用，给出了多阶段塑性发展的抗震性能量化需求，建立了基于渐进地震失效模式的高层结构抗罕遇地震设计方法。该方法将高层结构渐进地震失效全过程的复杂设计简化为有限塑性阶段的分段抗罕遇地震设计，解决了高层结构难于抗罕遇地震量化设计的难题。为验证该设计方法的有效性，对一幢10层高层结构进行了抗罕遇地震设计，通过非线性时程分析方法验证了按所提方法设计的结构能够实现结构渐进地震失效模式以及结构抗震性能目标，并对比分析了按所提方法设计的结构与按现行规范方法设计的结构的抗震性能，得到按所提方法设计的结构在地震动峰值加速度为0.22g作用下耗能提高了57%，在非线性静力推覆作用下非线性抗力（基底剪力）最大值提高了15.59%。     

不同类型地震波作用下超高层结构动力响应分析

目前,由于长周期地震动的缺乏,国内外对于长周期地震动特性及在长周期地震动作用下的超高层结构地震响应的研究尚不成熟。该文选取长周期地震动Tom波、地表反应波LS-R波、普通地震动El Centro波作为输入,对在不同类型地震波作用下的超高层结构进行了模型振动台试验,并对试验结果进行了分析。通过对三条不同类型地震波作用下超高层结构的动力响应分析,以时频分析的角度分析了超高层结构地震反应与输入地震动特性之间的关系及超高层结构在长周期地震动作用下与普通地震动作用下的地震反应差异等。     

带SRC梁式转换层高层建筑的抗震性能研究与试验

型钢混凝土(SRC)梁式转换结构是一种新的转换形式.在其运用到高层建筑中时,必须保证带这种转换层的高层建筑结构具有良好的抗震性能,为此进行了模型振动台试验,并结合Push-over弹塑性分析结果,对结构的振型、位移、加速度等动力反应和裂缝开展,以及型钢混凝土梁式转换层对高层建筑抗震性能的影响进行了分析.试验及分析表明:型钢混凝土梁式转换结构本身是"强梁弱柱"型,转换层与框架衔接层是强震作用下的薄弱点,同时,沿楼层抗侧刚度的突变仍是高层建筑动力反应和局部构件破坏的主要因素.