帶鋼塔樓高層建筑的抗震設計方法研究.pdf

1、近年來,在高層建筑頂部安裝鋼結構塔樓的建筑結構體系應用日益增多.但是歷次地震震害表明,地震作用下屋頂上的塔樓地震反應強烈,即使在主體結構無震害或震害很輕的情況下,屋頂塔樓也會發(fā)生嚴重破壞.目前這種結構體系的抗震設計方法國內(nèi)研究得較少,更缺乏系統(tǒng)性的研究,以致工程設計上缺乏較為合理的實用設計方法.該文對帶鋼塔樓高層建筑結構體系的抗震設計方法進行了較為系統(tǒng)的研究,較為深入地研究了動力特性、阻尼計算模型、地震作用計算方法和抗震設計方法.以江蘇

2、省電網(wǎng)調(diào)度中心為例,采用三維空間有限元模型研究頂部安裝鋼結構塔樓的高層建筑動力特性.從整體動力特性可以看出,當高層建筑在地震動作用下產(chǎn)生振動時,屋頂鋼塔在高層建筑屋頂層振動的激勵下,產(chǎn)生二次型振動,發(fā)生顯著的"鞭梢效應".根據(jù)Rayleigh-Ritz法的基本原理,該文給出了帶鋼塔樓高層建筑動力特性的簡化近似計算方法.對于這種主體結構和鋼塔組成的組合體系,可以分別求出鋼塔和主體結構各自的周期和振型,采用Rayleigh-Ritz法將其進

3、行組合近似求解整體動力特性.討論了結構動力分析中阻尼計算模型的研究進展,在此基礎上研究了非比例阻尼結構體系的動力響應特點.從工程實際應用出發(fā),研究了帶鋼塔樓的鋼筋混凝土高層建筑結構體系等效粘滯阻尼比的計算方法,并采用等效粘滯阻尼比來考慮鋼塔樓和主體結構不同阻尼耗能特性的影響.分析表明,帶鋼塔樓的鋼筋混凝土高層建筑進行地震響應計算時,鋼塔樓內(nèi)力標準值需要根據(jù)結構的等效粘滯阻尼比進行調(diào)整,其余的結構地震響應可不作調(diào)整.在總結帶鋼塔樓高層建筑

4、整體地震作用的計算方法的基礎上,采用基于振型分解的結構地震響應時程分析方法分析高階振型在塔樓地震響應中的貢獻,提出了采用振型分解反應譜法和振型分解直接動力分析法時所適宜考慮的振型階數(shù).該文分析了高層建筑頂部塔樓鞭梢效應產(chǎn)生的本質原因,指出塔樓的鞭梢效應實質上是由于在地震作用下整體結構發(fā)生共振產(chǎn)生的,而與塔樓和主體結構自振周期的比值沒有直接的聯(lián)系,并提出了高層建筑頂部塔樓抗震概念設計的基本原則.研究了鋼塔樓地震作用的影響因素以及鋼塔樓對主