某超高层建筑场地地震设计反应谱研究

场地地震设计反应谱是超高层结构抗震设计的重要依据,关系着结构设计的安全性和成本。结合某超高层设计案例,分析了不同超越概率对场地地震设计反应谱和水平加速度峰值的地震危险性概率贡献分布的影响,比较了场地地震设计反应谱与天然波平均反应谱的取值,验证了场地地震设计反应谱的可靠性。结果表明,对于超高层结构的抗震设计除考虑近场地震影响外,还应考虑远场大震影响,利用本文所述方法获得的天然波反应谱可用于结构抗震设计验算并能提高结构设计安全性。     

超高层建筑场地地震反应分析及长周期设计反应谱研究

建筑抗震设计规范中的标准设计反应谱不能满足基本自振周期大于6 s的超高层建筑抗震设计需要。今结合某超高层建筑,讨论了场地地震反应特性及其长周期设计反应谱,并根据拟建场地长周期设计反应谱选择了天然地震动记录,为工程抗震验算提供数据,可为同类型超限高层结构设计提供经验参考。     

不同地震记录选择方法下某超高层巨型框架结构能量反应分析

通过三种地震记录选择方法,对某超高层巨型框架结构进行了大震作用下的弹塑性时程分析,研究了不同地震记录选择方法对巨型框架结构能量反应的影响。依据结构地震能量反应结果,分析了拟合设计加速度谱和拟合能量谱这两种地震记录选择方法对结构能量反应的影响及区别。可知谱匹配法生成地震记录在保持天然记录诸多特性的同时,可很好地反映结构设计加速度谱的特点。建议分别采用拟合能量谱法和谱匹配法选择天然记录和人工记录。算例分析表明,由于设计加速度谱在长周期段有所放大,因而长周期段基于拟合设计加速度谱选择记录会带来过大的结构能量反应,为按能量谱拟合结果的10倍左右,超高层结构设计与大震作用下分析时需予以重视。     

梁式桥抗震设计的近场地震弹塑性反应谱

依据国内外规范对近场地震动的定义,收集了215条近场地震动,进而对近场地震弹塑性反应谱（加速度谱、位移谱、残余位移谱、强度折减系数谱）进行参数影响研究,得到地震动特性（地震震级、场地土质、PGA）和恢复力模型动力参数（不同恢复力模型、屈服后刚度比、阻尼比、位移延性系数）等因素对近场地震弹塑性反应谱的影响规律。与中远场地震弹塑性反应谱相比较可知：①Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性加速度谱的下降段较缓,Ⅳ类场地弹塑性加速度谱的敏感区更宽|②Ⅰ~Ⅲ类场地近场地震弹塑性位移谱的谱值相比Ⅳ类场地的谱值更大。在此基础上,建立了与我国桥梁抗震设计规范场地类型相对应的近场地震弹塑性反应谱,可用于近场地震下的桥梁抗震设计,并可为后续的近场地震能力谱法的研究提供近场地震需求谱。     

土层不均匀场地对地震反应的影响

工程场地的土层地震反应分析是地震安全性评价的重要组成部分,其结果为抗震设计及震后灾害评估提供主要依据。本文采用库伦-摩尔模型(Mohr-Coulomb)作为土体的本构模型,以粘弹性边界作为截取土层截面后的人工边界条件,使用Abaqus有限元分析软件对安评报告中的场地进行了二维有限元建模,以springs/dashpots单元模拟粘弹性边界,对场地进行有限元分析,研究土层横向不均匀对土层地震反应结构的影响,并且输入实际地震动,分析场地在真实地震下的响应。结果表明:随着土层介质分界面角度的增加,PGA呈规律变化;当分界面角度大于10°时,其PGA放大系数及加速度反应谱和一维水平成层模型有明显差异。     

考虑设计地震分组的深覆盖软土场地反应谱分析

基于汶川地震中不同震中距处获得的基岩地震动,合成了若干条非平稳基岩地震动做为输入,以不同震中距来考虑不同的设计地震分组,通过典型深覆盖软土场地地震反应分析得到地表加速度响应,对地表加速度响应的反应谱进行了分析。分析结果表明,设计地震分组对深覆盖软土场地反应谱影响较为明显,深覆盖软土场地反应谱与现行规范设计反应谱具有较大差异。最后,对其反应谱进行了拟合分析,得到符合深覆盖软土场地特征的拟合反应谱,为深覆盖软土场地上的结构抗震设计提供参考。     

宿迁南互通匝道桥地震反应分析

建立了三种空间杆系计算模型,按地震安全性评价报告给出的场地设计规准反应谱,分别计算了宿迁南互通匝道桥主跨的地震反应,对三种模型的计算结果进行了对比分析,指出了9度强震作用下三墩共同作用的重要性。     

从不同场地反应谱形状看设计谱的研究

本文通过对两种场址的土层地震反应分析表明，不同场地的加速度反应谱，在不同地震波的作用下有关明显不同的特性。有些场地的谱特性与输入波关系不大，而有些场地的则反之。现有的规范场地分类方法没有反映这种特性。为此，我们认为在设计谱的选取上如何区别这两种情形是值是讨论的。     

从不同场地反应谱形状看设计谱的确定

本文通过对两种场址的土层地震反应分析表明，不同场地的加速度反应谱，在不同地震波的作用下有着明显不同的特性。有些场地的谱特性与输入波关系不大，而有些场地的则反之。现有的规范场地分类方法没有反映这种特性。为此，我们认为在设计谱的选取上如何区别这两种情形是值得讨论的。     

银泰中心主塔楼方案的抗震分析

银泰中心主塔楼为一超高层钢结构建筑。首先探讨了其动力特性 ,然后对其进行了振型分解反应谱和弹性动力时程分析 ,其中反应谱分析分别采用了抗震规范GB5 0 0 1 1— 2 0 0 1和场地地震安全性评价报告提供的反应谱 ,并对此反应谱分别进行了设计基准期和阻尼比调整。最后对各种计算结果进行了详细分析和比较 ,结果表明 ,按抗震规范进行基准期调整的反应谱进行计算将给出最大的地震反应     

超高层钢结构地震反应谱特征分析

为分析超高层建筑楼面地震反应谱特征,计算了国家金融信息大厦超高层钢结构在不同输入地震动下的楼面地震反应谱。从地震系数、动力放大系数、特征周期和动力放大系数谱谱型4个方面对比了楼面和地面地震反应谱的差别。结果表明:楼面地震系数和楼面动力放大系数最大值分别存在大于和小于地面地震系数和地面动力放大系数最大值的情况,最大相差近1倍;楼面地震反应谱的特征周期均大于地面地震反应谱的特征周期,最大相差60%以上;地面与楼面动力放大系数谱的谱型在某些条件下存在明显不同,楼面动力放大系数谱的第二谱峰值有可能很大,甚至出现接近第一峰值的情况,而地面地震反应谱无此现象;计算楼层附属结构地震作用时,需根据主体结构考虑地震系数、动力系数、特征周期及动力放大系数谱谱型的变化。     

Seismic performance analysis of viscous damping outrigger in super high‐rise buildings

This paper introduces a seismic energy dissipation technology—viscous damping outrigger (VDO)—which is composed of outrigger truss and viscous damper. The viscous damper is set up vertically at the end of outrigger truss, which is an innovative and high‐efficiency arrangement. VDO can fully utilize the characteristic of structural lateral deformation of super high‐rise buildings to increase the efficiency of viscous dampers for enhancing structural security, improving seismic performance, and reducing construction expenditure. In this paper, working principle and seismic energy dissipating mechanism of VDO are explained firstly. Then, the influence of viscous damper parameters on energy dissipation efficiency is studied. Next, the optimal position of VDO in a super high‐rise building is analyzed in detail. Lastly, the application of VDO in structural seismic design of a super high‐rise building in China will be clearly verified based on their feasibility, economy, and safety.     

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。     

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。     

Integrated multi‐type sensor placement and response reconstruction method for high‐rise buildings under unknown seismic loading

Structural health monitoring system has been implemented on high‐rise buildings to provide real‐time measurement of structural responses for evaluating their serviceability, safety, and sustainability. However, because of the complex structural configuration of a high‐rise building and the limited number of sensors installed in the building, the complete evaluation of structural performance of the building in terms of the information directly recorded by a structural health monitoring system is almost impossible. This is particularly true when seismic‐induced ground motion is unknown. This paper thus proposes an integrated method that enables the optimal placement of multi‐type sensors on a high‐rise building on one hand and the reconstruction of structural responses and excitations using the information from the optimally located sensors on the other hand. The structural responses measured from multi‐type sensors are fused to estimate the full state of the building in the modal coordinates using Kalman filters, from which the structural responses at unmeasured locations and the seismic‐induced ground motion can be reconstructed. The optimal multi‐type sensor placement is simultaneously achieved by minimizing the overall estimation errors of structural responses at the locations of interest to a desired target level. A numerical study using a simplified finite element model of a high‐rise building is performed to illustrate the effectiveness and accuracy of the proposed method. The numerical results show that by using 3 types of sensors (inclinometers, Global Positioning System, and accelerometers), the proposed method offers an effective way to design a multi‐type sensor system, and the multi‐type sensors at their optimal locations can produce sufficient information on the response and excitation reconstruction.     

软钢阻尼器对建筑楼层反应谱的影响

鉴于控制地震响应的软钢阻尼器可能显著改变结构系统的自振周期,结构抗震设计中有必要明确阻尼器对楼层非结构构件反应谱的影响。以已有的弹性结构楼层反应谱评估方法为基础,考虑主体结构与非结构构件周期比和主体结构黏滞阻尼比的影响,提出了黏滞阻尼减震结构的楼层反应谱预测公式。建立了非线性减震结构系统平均等价刚度和平均等价阻尼比的计算方法,基于等价线性系统提出了软钢阻尼器减震结构的楼层反应谱预测方法,并得到了楼层反应谱的性能曲线,用以描述阻尼器参数对非结构构件加速度响应的影响规律。研究结果表明:将等价线性化方法应用于软钢阻尼器减震结构能较好地进行非线性系统的楼层反应谱预测,修正的楼层反应谱预测公式可直接基于地震动弹性反应谱和减震结构等价参数估计楼层反应谱,可用于周期比为0.5～2、阻尼比为0.05～0.2的结构系统,该方法将为考虑非结构构件地震响应的减震结构优化设计提供有益参考。     

轻轨铁路站桥整体结构的结构设计与抗震分析

本文结合地处高烈度地震区的天津轻轨工程,对轻轨铁路车站建筑与高架桥梁进行了整体设计与抗震分析。在结构设计中,首次将轻轨铁路的车站建筑与高架桥梁设计成为一个整体框架结构;在抗震分析中,分别按照不同的规范反应谱法和时程分析法对站桥整体结构进行全面分析。研究结果表明,轻轨铁路站桥整体结构的结构设计概念明确、优点明显,可避免建筑与桥梁之间的地震碰撞;按照规范反应谱法设计的站桥整体结构的抗震安全性存在不足,设计中必须按照工程建设场地地震危险性评价所给出的地震动参数对站桥整体结构进行时程分析,才能确保轻轨铁路的抗震安全性。     

超高层结构地震位移及剪力响应峰值时滞效应研究

近年结构震害表明,超高层结构在远场地震动作用下出现了楼顶长时间大幅值晃动现象且时滞效应明显,其中大幅值晃动造成非结构构件破坏严重,现行设计方法对地震作用下超高层结构大变形的控制还有不足。因此,文中简要分析了结构响应峰值机理,对长周期结构进行了近场及远场地震波作用下的时程分析,研究了长周期结构响应峰值与地震波中和结构基本周期对应频率的脉冲族之间的相关性,讨论了结构弹塑性对超高层结构响应峰值时滞特征的影响。结果表明：超高层结构与地震波中对应频率的脉冲族产生类共振是引起结构大幅值晃动的主要原因,仅基于加速度反应谱拟合精度选出的地震波不能较好预测超高层结构的大变形;类共振出现在地震波衰减段时会引起时滞效应;结构弹塑性引起的刚度退化会影响结构响应峰值及其出现时刻。     

超限高层住宅的结构设计

超限高层的总高度大,结构侧向刚度相对较小,呈现出高柔的特点,水平力作用是结构的主要控制因素。本文介绍了超高层住宅的结构设计要点,确定了抗震性能目标,采用不同力学模型的计算软件对结构进行对比分析,针对结构超限采取相应的加强措施,确保了结构的抗震安全性。