高層地震響應的建筑結構的論文

　　1工程項目案例

　　案例A為河南省鄭州市某塔樓項目，結構高度為295m，共67層。采用支撐框架-核心筒-環(huán)帶桁架混合結構體系，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道加強層，每道加強層由2層樓高的環(huán)帶桁架將外圍框架柱連接在一起，增加了外框結構的整體性和抗側能力。塔樓標準層結構平面和整體模型如圖1(a)和圖2(a)所示。豎向構件尺寸由底到頂逐漸減小，混凝土強度等級為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，內墻厚為600～300。案例B為無錫市南長區(qū)某住宅項目，塔樓地上33層，結構高度為102m。采用剪力墻結構體系，標準層墻厚為200，底部加強區(qū)墻厚為300mm。

　　2不同場地特征的地震作用反應譜

　　抗震規(guī)范［4］提供的特征周期值如表2所示，由于場地類別為Ⅰ0的情況很少，只考察Ⅰ1，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ類場地的情況。根據設計地震分組及場地類別的不同，繪出兩案例的多遇地震反應譜，如圖3，4所示，圖中Ts1和Ts2分別表示結構第1，2階X向平動周期。由圖3，4可以看出，設計地震分組和場地類別的不同均會反映在場地特征周期的不同上，因而引起反應譜變化，特征周期越大，反應譜的譜值越大，且反應譜值受場地類別的影響比受設計地震分組的影響要大。

　　3不同場地特征的結構地震響應

　　采用有限元軟件計算兩案例在多遇地震作用下不同設計地震分組及不同場地類別下的結構響應，案例A采用ETABS軟件，案例B采用PKPM軟件。表5，6為案例A，B在不同設計地震分組和不同場地類別下結構的X向總響應，圖5～8為案例A，B在不同設計地震分組和不同場地類別下結構各層最大層間位移角。由表5，6可以看出，不同設計地震分組和場地類別下，高層建筑結構在多遇地震作用下的基底剪力和傾覆力矩均有較大差異，且場地類別對結構響應的影響相對設計地震分組的影響大。每改變一級設計地震分組，結構總體受力改變10%左右，每改變一級場地類別，結構總體受力改變15%左右。由表5，6和圖5～8可以看出，案例A(長周期結構)的層間位移角受設計地震分組及場地類別的影響較大，每改變一級設計地震分組，結構最大層間位移角改變8%左右，每改變一級場地類別，結構總體受力改變12%左右。案例B(短周期結構)的層間位移角在設計地震分組為第三組、場地類別為Ⅳ的時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不同場地類別下的層間位移角之比顯示，場地類別Ⅳ時較其他三種場地類別時增加較大，主要是因為第1階周期對應的反應譜值增加較多。而其他三種場地類別時，在第2周期及更高階周期對應的反應譜值差異較大，因而在結構第2階及更高階響應的差異較大，因此這三種場地類別對應的層間位移角差異沿高度分布基本符合第2階平動振型的形狀。

　　4不同場地特征的結構長周期地震響應

　　由表3，4可知，案例A為長周期結構，其第1階周期對應的反應譜值在不同場地特征下差異較小;案例B第1階周期對應的反應譜值在設計地震分組第三組和場地類別Ⅳ的情況下相對其他情況有較大增長(26%)，而其他情況下的差異在8%以內。表7列出了結構在原場地參數下一階響應占總響應的比例，可以看出結構一階響應是總響應的主要組成部分，周期越短的結構(高頻結構)，一階效應控制表現(xiàn)得越明顯。

　　5結論

　　結構水平地震作用下的響應隨不同設計地震分組和場地類別的不同而有所變化。針對實際工程中的高層建筑結構模型進行反應譜分析，考察了場地特征參數對其地震響應的影響。(1)對于不同設計地震分組和場地類別，高層建筑結構在多遇地震作用下的基底剪力和傾覆力矩均有較大差異，且場地類別對結構響應的影響相對設計地震分組的影響大:每改變一級設計地震分組，結構總體受力改變10%左右，每改變一級場地類別，結構總體受力改變15%左右。(2)基本周期大于3s的長周期結構，其層間位移角受設計地震分組及場地類別的影響較大，每改變一級設計地震分組，結構最大層間位移角改變8%左右，每改變一級場地類別，結構總體受力改變12%左右;基本周期在2.5～3s之間的短周期結構，其層間位移角在設計地震分組第三組、場地類別Ⅳ的情況下比其他情況差異較大，相差20%左右，故該類結構在該類場地下，可對結構的基本周期稍做調整，使其基本周期大于3s。

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