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高層地震響應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)的論文
1工程項(xiàng)目案例
案例A為河南省鄭州市某塔樓項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)高度為295m，共67層。采用支撐框架-核心筒-環(huán)帶桁架混合結(jié)構(gòu)體系，其中外框架由型鋼混凝土柱、柱間支撐及鋼梁組成。柱間支撐沿著外框四邊的邊跨(跨度10.5m)布置，柱間支撐在第四道環(huán)帶桁架處(58層)停止。沿塔樓立面布置了4道加強(qiáng)層，每道加強(qiáng)層由2層樓高的環(huán)帶桁架將外圍框架柱連接在一起，增加了外框結(jié)構(gòu)的整體性和抗側(cè)能力。塔樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面和整體模型如圖1(a)和圖2(a)所示。豎向構(gòu)件尺寸由底到頂逐漸減小，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60～C50。型鋼混凝土柱直徑尺寸為2400～1200，含鋼率為邊柱2%～3%、角柱3%～4%。核心筒外墻厚為1100～600，內(nèi)墻厚為600～300。案例B為無(wú)錫市南長(zhǎng)區(qū)某住宅項(xiàng)目，塔樓地上33層，結(jié)構(gòu)高度為102m。采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，標(biāo)準(zhǔn)層墻厚為200，底部加強(qiáng)區(qū)墻厚為300mm。
2不同場(chǎng)地特征的地震作用反應(yīng)譜
抗震規(guī)范［4］提供的特征周期值如表2所示，由于場(chǎng)地類別為Ⅰ0的情況很少，只考察Ⅰ1，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ類場(chǎng)地的情況。根據(jù)設(shè)計(jì)地震分組及場(chǎng)地類別的不同，繪出兩案例的多遇地震反應(yīng)譜，如圖3，4所示，圖中Ts1和Ts2分別表示結(jié)構(gòu)第1，2階X向平動(dòng)周期。由圖3，4可以看出，設(shè)計(jì)地震分組和場(chǎng)地類別的不同均會(huì)反映在場(chǎng)地特征周期的不同上，因而引起反應(yīng)譜變化，特征周期越大，反應(yīng)譜的譜值越大，且反應(yīng)譜值受場(chǎng)地類別的影響比受設(shè)計(jì)地震分組的影響要大。
3不同場(chǎng)地特征的結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)
采用有限元軟件計(jì)算兩案例在多遇地震作用下不同設(shè)計(jì)地震分組及不同場(chǎng)地類別下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，案例A采用ETABS軟件，案例B采用PKPM軟件。表5，6為案例A，B在不同設(shè)計(jì)地震分組和不同場(chǎng)地類別下結(jié)構(gòu)的X向總響應(yīng)，圖5～8為案例A，B在不同設(shè)計(jì)地震分組和不同場(chǎng)地類別下結(jié)構(gòu)各層最大層間位移角。由表5，6可以看出，不同設(shè)計(jì)地震分組和場(chǎng)地類別下，高層建筑結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的基底剪力和傾覆力矩均有較大差異，且場(chǎng)地類別對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響相對(duì)設(shè)計(jì)地震分組的影響大。每改變一級(jí)設(shè)計(jì)地震分組，結(jié)構(gòu)總體受力改變10%左右，每改變一級(jí)場(chǎng)地類別，結(jié)構(gòu)總體受力改變15%左右。由表5，6和圖5～8可以看出，案例A(長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu))的層間位移角受設(shè)計(jì)地震分組及場(chǎng)地類別的影響較大，每改變一級(jí)設(shè)計(jì)地震分組，結(jié)構(gòu)最大層間位移角改變8%左右，每改變一級(jí)場(chǎng)地類別，結(jié)構(gòu)總體受力改變12%左右。案例B(短周期結(jié)構(gòu))的層間位移角在設(shè)計(jì)地震分組為第三組、場(chǎng)地類別為Ⅳ的時(shí)候與其他情況差異較大，相差20%左右，而在其他情況差異較小。圖8(b)案例B不同場(chǎng)地類別下的層間位移角之比顯示，場(chǎng)地類別Ⅳ時(shí)較其他三種場(chǎng)地類別時(shí)增加較大，主要是因?yàn)榈?階周期對(duì)應(yīng)的反應(yīng)譜值增加較多。而其他三種場(chǎng)地類別時(shí)，在第2周期及更高階周期對(duì)應(yīng)的反應(yīng)譜值差異較大，因而在結(jié)構(gòu)第2階及更高階響應(yīng)的差異較大，因此這三種場(chǎng)地類別對(duì)應(yīng)的層間位移角差異沿高度分布基本符合第2階平動(dòng)振型的形狀。
4不同場(chǎng)地特征的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)周期地震響應(yīng)
由表3，4可知，案例A為長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)，其第1階周期對(duì)應(yīng)的反應(yīng)譜值在不同場(chǎng)地特征下差異較小;案例B第1階周期對(duì)應(yīng)的反應(yīng)譜值在設(shè)計(jì)地震分組第三組和場(chǎng)地類別Ⅳ的情況下相對(duì)其他情況有較大增長(zhǎng)(26%)，而其他情況下的差異在8%以內(nèi)。表7列出了結(jié)構(gòu)在原場(chǎng)地參數(shù)下一階響應(yīng)占總響應(yīng)的比例，可以看出結(jié)構(gòu)一階響應(yīng)是總響應(yīng)的主要組成部分，周期越短的結(jié)構(gòu)(高頻結(jié)構(gòu))，一階效應(yīng)控制表現(xiàn)得越明顯。
5結(jié)論
結(jié)構(gòu)水平地震作用下的響應(yīng)隨不同設(shè)計(jì)地震分組和場(chǎng)地類別的不同而有所變化。針對(duì)實(shí)際工程中的高層建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行反應(yīng)譜分析，考察了場(chǎng)地特征參數(shù)對(duì)其地震響應(yīng)的影響。(1)對(duì)于不同設(shè)計(jì)地震分組和場(chǎng)地類別，高層建筑結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的基底剪力和傾覆力矩均有較大差異，且場(chǎng)地類別對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響相對(duì)設(shè)計(jì)地震分組的影響大:每改變一級(jí)設(shè)計(jì)地震分組，結(jié)構(gòu)總體受力改變10%左右，每改變一級(jí)場(chǎng)地類別，結(jié)構(gòu)總體受力改變15%左右。(2)基本周期大于3s的長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)，其層間位移角受設(shè)計(jì)地震分組及場(chǎng)地類別的影響較大，每改變一級(jí)設(shè)計(jì)地震分組，結(jié)構(gòu)最大層間位移角改變8%左右，每改變一級(jí)場(chǎng)地類別，結(jié)構(gòu)總體受力改變12%左右;基本周期在2.5～3s之間的短周期結(jié)構(gòu)，其層間位移角在設(shè)計(jì)地震分組第三組、場(chǎng)地類別Ⅳ的情況下比其他情況差異較大，相差20%左右，故該類結(jié)構(gòu)在該類場(chǎng)地下，可對(duì)結(jié)構(gòu)的基本周期稍做調(diào)整，使其基本周期大于3s。
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