半无限大弹性地基上变截面筒中筒高层建筑结构的自由振动

本文以变截面筒中筒结构为例建立了地基、基础与上部结构共同工作的自由振动模型;导出了计算储存在半无限弹性地基中弹性变形能所需的各种地基刚度。通过对广东国际大厦所采用的筒中筒结构的自由振动分析,得出了一些令人满意的比较切合实际的结论。     

高层建筑结构基础考虑地基和桩基刚度的内力分析

本文主要讨论了高层建筑结构的筏式基础和箱形基础与地基、桩基共同工作问题。该问题按空间受力体系用有限单元法进行分析,并应用了静力凝聚的概念,将基础的缩聚自由度与地基、桩基连接处的自由度一致,导出了基础的缩聚刚度矩阵。同时还推导了考虑半无限空间弹性体地基和桩基与基础共同工作时,基础所增加的两个附加刚度矩阵。由此建立了基础与地基和桩基变形协调时的总体刚度方程,从而就可以计算基础的沉降量和利用文中导出的公式计算基础考虑地基和桩基刚度时的内力和应力。     

超高层建筑空间巨型框架结构与基础地基共同工作的半解析静力分析

将超高层建筑空间巨型框架结构与其基础等效连续化为一个半无限大弹性地基上的加劲薄壁筒组合体,并以此三维模型,用半解析法分析计算了受静力作用的超高层建筑空间巨型框架结构与其基础地基的共同工作。通过计算结果分析,得出了一些很有价值的结论。     

超高层建筑空间巨型框架与其基础地基共同工作的简化分析新方法

对超高层建筑空间巨型框架的结构分析提供了一种新的简化分析模型(二级框架柱考虑其轴向刚度作为巨型梁的文克勒弹性地基),利用这种模型分析了上部结构、基础、地基的共同工作。又对二级框架梁、柱考虑其弯曲刚度作为巨型柱的剪切型弹性地基得出了改进的简化分析模型,其计算精度与精确解很接近。在此基础上考虑了基础结构,并考虑了地基的弹性变形,建立了由巨型文克勒弹性地基梁和巨型剪切型弹性地基柱组成的空间巨型框架与其基础、地基共同工作的模型,并通过算例进行分析计算。计算结果表明:共同工作的分析模型是合理的、可行的,从而为超高层建筑巨型框架与其基础地基的整体共同工作分析提供了一种可行的简化方法,并给出了几点对此类结构的初步设计有指导意义的结论。     

“多肢并联墙”法计算框架、基础和地基的共同作用

上部结构与地基基础共同作用事实上是存在的。本文采用“多肢并联墙”的力学模型,考虑上部结构与基础共同工作。但在框架结构中,由于梁柱截面均甚小,各节间均有局部的较大弯曲变形,所以参照V.N.Baikov的方法,考虑其影响、地基对上部结构与基础的共同作用计算则仍采用链杆法,文中举有例题,并对计算结果作了分析。     

考虑地基变形时超高层建筑束筒结构的半解析自由振动分析

该文建立了超高层建筑束筒结构与其基础、地基共同工作的具有连续分布质量特性的三维半解析自由振动分析模型,也就是将超高层建筑束筒结构等效连续化为一个支撑在半无限大弹性地基上的具有连续分布质量特性的加劲薄壁筒组合体,然后选取适当的节线对其进行划分,并用定义在这些节线上的形变未知函数作为广义坐标,把超高层建筑束筒结构的自由振动问题,运用能量原理转化为这些未知函数的常微分方程组的特征值问题,再利用高质高效的常微分方程求解器进行求解。算例结果表明:模型的简化是合理的、可行的。并总结出了几点有工程参考价值的结论,从而为超高层建筑束筒结构考虑地基、基础以及上部结构的整体动力分析提供了一种新的分析方法。     

高层剪力墙复合基础隔震结构地震响应分析

针对高层剪力墙结构基础隔震问题,研制出双向抗拔滑动装置,与叠层橡胶隔震支座共同使用形成复合隔震系统。通过建立高层剪力墙复合基础隔震结构动力分析简化模型,推导出高层剪力墙复合基础隔震结构的频率方程、振型正交条件、广义质量与广义刚度。根据Hamilton原理,推导出橡胶隔震支座阻尼在各振型上的等效阻尼比,从而实现该体系运动...     

基于磁流变阻尼器的半刚性悬挂结构体系避震机理及地震响应分析

提出一种新型建筑结构体系——半刚性悬挂结构体系,并在该体系中合理设置磁流变阻尼器。阐述了该体系的基本组成和计算模型,推导了其运动方程和动力响应函数。通过时域内输入El Centro波、Taft波以及天津波,验证了该体系具有良好的减振避震性能。根据随机振动理论,推导了体系的随机振动响应表达式;以主体核筒顶点位移和半刚性层的层间位移为目标函数,对体系中影响结构动力响应的磁流变阻尼器输入电压进行参数分析。计算结果表明:该体系能够有效减小地震响应,半刚性层层间位移较大,主体结构顶点位移和悬挂楼层层间位移较小;对于该文给定的算例,输入电压存在最优值,最优值约为16V;当磁流变阻尼器输入电压为最优值时,主体结构动力响应和半刚性层层间位移均可得到很好的控制,结构达到最佳避震效果。     

半无限大弹性地基等效刚度公式及其应用

根据Mindlin关于一集中力作用在半空间弹性体中的位移公式,采用能量等效原理推导出半无限大弹性地基考虑基础埋深时基坑底部的法向等效刚度和切向等效刚度公式、基坑坑壁的法向等效刚度和切向等效刚度公式。同理根据Boussinesq关于半空间体在边界上受法向集中力的位移公式和Cerruti关于半空间体在边界上受切向集中力的位移公式,推导出不考虑基础埋深时地基的法向等效刚度和切向等效刚度公式,以及运用这些公式计算出半无限大弹性地基取不同地基土时的等效刚度。最后举例说明了这些等效刚度公式在分析高层和超高层建筑的上部结构、基础、地基的共同工作时的应用。     

水平荷载作用下桩—土—桩—结构共同工作研究

本文根据等效桩的概念提出了一个桩－土－结构共同工作的计算模型，由文克尔模型得到群桩效计算方法，并编制了桩－土－桩－结构共同工作的计算程序。     

基于OpenSees的RC框架-核心筒超高层建筑抗震弹塑性分析

近年来我国高层建筑结构抗震弹塑性分析得到广泛应用。但现有的分析多基于商用软件,限制了相关研究的深入发展。该文在通用开源有限元程序OpenSees的基础上,通过开发合理的剪力墙构件模型和混凝土本构模型,实现了RC框架-核心筒超高层结构的抗震弹塑性分析,并以一系列剪力墙和一栋141.8m高框架-核心筒超高层为例,通过与试验结果和通用有限元程序MSC.Marc计算结果的对比,验证了该文提出的单元和计算方法 的合理性和可靠性,可为进一步开展基于开源有限元程序OpenSees的超高层建筑结构地震灾变行为研究提供参考。     

超高层建筑束筒结构受确定性动力作用的半解析分析

将超高层建筑束筒结构与其基础等效连续化为一个支撑在半无限大弹性地基上具有三维连续分布刚度和质量特性的加劲薄壁筒组合体,并以此模型,对其在多维简谐动力作用下的稳态反应进行了半解析分析,并计算出了共振响应,那就是当激励荷载的频率与结构系统的自振频率很接近时,结构的动力响应会出现非常大的突变。计算结果表明:模型的简化是合理的、可行的,从而为超高层建筑束筒结构的整体动力分析提供了一种可行的方法,并给出了几点对此类结构的抗震设计有指导意义的结论。     

超高层建筑空间巨型框架自由振动计算的新方法

该文是在前一个简化计算模型的基础上(即将空间巨型框架简化为巨型柱和弹性地基上的巨型梁的组合,二级框架柱考虑其轴向变形作为巨型梁的Winkler弹性地基,按空间刚架进行刚度分析,建筑物的质量集中于巨型梁的楼层,按空间杆系-层模型进行振动计算),进一步将巨型框架柱考虑为剪切型弹性地基上的巨型柱(二级框架梁、柱考虑其弯曲变形作为巨型柱的剪切型弹性地基),使简化振动模型更为合理,极大地提高了计算的精确度,为超高层建筑空间巨型框架的振动分析提供一个合理可行的算法。     

中美高层钢筋混凝土框架-核心筒结构抗震设计对比

为综合对比中美抗震设计规范体系的总体效果,根据美国太平洋地震工程研究中心(PEER)给出的典型高层钢筋混凝土框架-核心筒结构案例的设计结果,采用中国规范对其进行了对比设计研究,详细分析了按照中、美规范设计得到的结构构件尺寸、动力特性、设计地震作用和材料用量。并建立了中美两个结构的弹塑性有限元模型,初步研究了二者的抗震性能。通过研究发现,中美抗震设计方法存在较大差异。该研究中,在相同地震危险性情况下,我国规范反应谱的设计地震作用较大,并且我国规范对结构层间位移角的限制比较严格,二者使得按照中国规范设计的结构其设计地震作用以及材料用量均显著高于美方设计结果。但中美设计方案在不同强度地震作用下的抗震性能基本相当。该文对比结果可供我国高层建筑抗震设计研究参考。     

应用改进非线性分层壳模型的超高层框架-核心筒结构强震响应分析

该文开发了一种适用于模拟超高层建筑中钢筋混凝土剪力墙的分层壳模型。超高层结构中剪力墙的截面尺寸会随着高度的增加不断减小,因此底层墙体的厚度与顶层墙体存在较大差异,导致NLDKGQ壳单元模拟超高层剪力墙构件力学性能不足。基于广义协调理论构造的厚薄板通用元TMQ对四边形平板壳单元NLDKGQ进行了改进,使其可以有效地模拟超高层剪力墙平面外的性能,并结合自行编制的混凝土二维膜材料开发了适用于模拟超高层剪力墙构件的分层壳模型。将提出的分层壳模型集成到自行开发的程序平台中,对板元采用缩减积分来克服可能的剪切闭锁问题,并依次应用于混凝土板、剪力墙构件及框剪结构的计算分析,验证了提出模型的合理性和可靠性;通过分析得出,当结构中剪力墙构件的数量较多、厚跨比较大且剪切效应明显时,建议采用能够考虑面外剪切的壳元。最后,对超高层框架-核心筒结构模型进行动力时程分析得出,是否考虑剪力墙构件的剪切变形对于整体结构的宏观响应影响较小,但对底层重要位置剪力墙构件非线性行为影响较大,因此很有必要开展针对超高层剪力墙壳元的研究。     

高层建筑抗风优化设计和风振控制相关问题研究

高层建筑由于自振周期长、阻尼小,其高柔的特征使其对风荷载特别敏感,风荷载是沿海地区超高层建筑的主要水平控制荷载,因此在强/台风作用下,其抗风设计须在满足规范安全要求的前提下,同时又要经济实用和结构性能高效,为此,开展高层建筑抗风优化和风振控制方面的研究具有十分重要的现实意义。该文在对高层建筑抗风优化设计和风振控制研究现状做简要介绍的基础上,首先根据风荷载的特点,着重研究了考虑风速风向联合概率分布和基于可靠度及性能化的高层建筑抗风设计方法,采用最优准则法,以结构的总重或总造价为目标函数,以顶部位移、层间侧移以及顶部风致加速度为约束条件,对高层建筑结构杆件截面抗风优化设计的相关问题进行了研究。同时为提高基因遗传智能优化算法的收敛速度和获得最可能优化解,该文提出了传统基因遗传的改进算法(如基于改进罚函数及分级遗传算法)用于结构抗风优化设计。在结构拓扑抗风优化方面,则主要引入分层优化的概念,对变密度法和改进动态进化率的双向渐进拓扑优化方法,应用于抗风结构的拓扑构型优化算法进行了相关研究。通过实例分析验证了上述结构抗风优化算法的高效和正确性。在风振控制方面,该文结合摩擦摆系统和调谐质量阻尼器各自的优点,提出了摩擦摆调谐质量阻尼器(FPS-TMD)被动控制系统,对其力学和动力特性,以及高层建筑顶部带FPS-TMD系统的风振控制理论,进行了相关研究。以结构控制第三代Benchmark模型为实例,研究顶部带FPS-TMD系统的高层建筑风振控制效果,同时结合该文开发的基于小型电振动台的实时混合实验测试平台,采用风振控制实时混合实验结果与理论模拟计算结果的对比,验证了该文提出的FPS-TMD被动控制系统,应用于高层建筑风振控制的有效性。     

改变框架-核心筒结构剪力调整策略对其抗震性能影响的研究

框架-核心筒体系是超高层结构的常用结构体系之一。我国规范对框架-核心筒结构设计时的框架剪力做了相关的调整规定,但其在超高层结构中的适用性有待进一步研究。该文对比了中美规范的相关规定,并以一实际超高层建筑为例,改变其剪力调整策略得到新设计方案。并建立新、旧两方案的精细有限元模型,进行了大震弹塑性分析和特大震抗倒塌能力分析。分析结果表明:改变剪力调整策略的新模型设计难度降低,抗大震性能与满足中国规范的原模型相当,且其抗特大震倒塌能力更优。研究结果可以为超高层框架-核心筒结构的设计提供参考。