雅庭园商业中心大厦的动力特性和地震反应分析——兼论超高层建筑结构的若干问题
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摘要
超高层建筑结构的设计，结构的动力特性和地震反应分析是关键。结构动力特性和地震反应的分析对于深入了解结构的抗震性能、反应结构性能是非常有效的手段，特别是对于动态作用比较敏感的超高层建筑，确定其动力特性和地震反应，对结构的设计和结构性能的评估提供了重要依据。本文以实际工程项目——雅庭园商业中心大厦(地面以上40层，建筑总高度为125.4米)为研究对象，结构设计采用SATWE，结构的动力特性和地震反应分析采用SAP2000。结构SATWE和SAP2000分析的计算模型均按结构的实际尺寸建立，SATWE分析模型的梁柱采用杆元模拟，楼板用薄壁壳元模拟和剪力墙用墙元模拟，楼板平面内无限刚、平面外刚度为零；SAP2000分析模型的梁柱采用杆元模拟，楼板和剪力墙用壳元模拟，楼板为弹性板。通过比较两种分析软件的计算结果，得出以下结论：(1)本结构设计满足规范要求。(2)比较SATWE和SAP2000分析结果可知，对于复杂的带转换层的超高层建筑结构应采用至少两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体计算以及采用振型分解反应谱法和时程分析法进行地震反应分析是必要的。(3)在SAP2000分析中，将楼板模拟成弹性板，与SATWE分析中的楼板平面内无限刚平面外刚度为零的模拟方式相比，这种模拟方式能更真实的反应结构的实际受力情况。前者模型的刚度较后者柔，其周期较后者长。且楼板模型的选取对结构的扭转影响较大。(4)结构的Y向刚度略小于X向刚度，两方向刚度比较接近，整体性较好。转换层、20层附近以及顶层为结构的薄弱层，需采取加强措施以防在强震下产生塑性变形。(5)本结构的振动形式表
西安理工大学硕士学位论文
现为平动与扭转的祸连，取结构的前巧阶振型作分析能够较精确的反应结构的实际
受力状态。(6)通过分析动力时程分析的结果可知，地震波的合理选取是至关重要的，
它决定着究竟是以静力还是以动力分析结果作为设计依据。此外求出输入地震波的频
谱特性，可更好的分析结构的地震反应。
The Analysis of the structure dynamic-characteristic and earthquake response is vital in the structure design of the high-rise building. The analysis of the structure dynamic characteristic and earthquake response is the very effective means of deeply learning the structure earthquake response performance and dynamic response property, especially in the high-rise building with being sensitive to dynamic loading. So, assuring the structure dynamic characteristic and earthquake response supplies the important basis for the structure design and the assessment of structure performance. The research object in this
text is the actual project--the mansion of YaTingYuan (40 layers above the ground,
125.4 meter high ) .The structure-design is by SATWE and the analysis of the structure dynamic characteristic and earthquake response by SAP2000,whose calculation models are set up according to the actual size of the structure .In SATWE, the analysis model of beam and column is simulated by frame-element , slab is plane-element , shear-wall is wall-element and slab is infinitely rigid in the internal and zero in the external ; In SAP2000 , beam and column is frame-element , slab and shear-wall is shell-element and slab is elastic floor. Trough comparing the analysis results of two kinds of calculation model, drawing the following conclusion : (1) This structure-design satisfies the standard;(2)In analyzing the complicated high-rise building with transfer-floor , it is very necessary to adopt at least two three-dimension-space analysis procedures with different mechanic model and use the Response-Spectrum Analysis and Time-History Analysis to analyze the
structure earthquake response;(3) The calculation model with elastic slab is better than the other with being infinitely rigid in the internal slab and zero in the external slab, which reflects the real load-function situation of the structure. The stiffness of the former is less than the latter, and the natural periods of the former is longer than the latter. In addition to, the slab model influent the structure-torsion greater. (4) The stiffness in Y-direction is nearly equal to that in X-direction. This structure- globosity is better. And ,the structure weak-regions lie respectively in the transfer-floor, the vicinity of the 20th floor and the roof , which need to make the measure to avoid the structure plastic deformation under the action of stronger earthquake.(5)The vibration form appears the coupling of move and torsion, electing the first 15 modes to analyze can reflect accurately the actual load-function situation of the structure. (6)By analyzing the result of Time-History-Analysis, it is vital to
adopt the right earthquake-wave, which determines the design consideration by the light of the results of the static analysis or the dynamic analysis. In addition to, acquiring the frequency-spectrum response of imported earthquake-wave can be better to analyze the earthquake response of the structure.
西安理工大学硕士学位论文
现为平动与扭转的祸连，取结构的前巧阶振型作分析能够较精确的反应结构的实际
受力状态。(6)通过分析动力时程分析的结果可知，地震波的合理选取是至关重要的，
它决定着究竟是以静力还是以动力分析结果作为设计依据。此外求出输入地震波的频
谱特性，可更好的分析结构的地震反应。
The Analysis of the structure dynamic-characteristic and earthquake response is vital in the structure design of the high-rise building. The analysis of the structure dynamic characteristic and earthquake response is the very effective means of deeply learning the structure earthquake response performance and dynamic response property, especially in the high-rise building with being sensitive to dynamic loading. So, assuring the structure dynamic characteristic and earthquake response supplies the important basis for the structure design and the assessment of structure performance. The research object in this
text is the actual project--the mansion of YaTingYuan (40 layers above the ground,
125.4 meter high ) .The structure-design is by SATWE and the analysis of the structure dynamic characteristic and earthquake response by SAP2000,whose calculation models are set up according to the actual size of the structure .In SATWE, the analysis model of beam and column is simulated by frame-element , slab is plane-element , shear-wall is wall-element and slab is infinitely rigid in the internal and zero in the external ; In SAP2000 , beam and column is frame-element , slab and shear-wall is shell-element and slab is elastic floor. Trough comparing the analysis results of two kinds of calculation model, drawing the following conclusion : (1) This structure-design satisfies the standard;(2)In analyzing the complicated high-rise building with transfer-floor , it is very necessary to adopt at least two three-dimension-space analysis procedures with different mechanic model and use the Response-Spectrum Analysis and Time-History Analysis to analyze the
structure earthquake response;(3) The calculation model with elastic slab is better than the other with being infinitely rigid in the internal slab and zero in the external slab, which reflects the real load-function situation of the structure. The stiffness of the former is less than the latter, and the natural periods of the former is longer than the latter. In addition to, the slab model influent the structure-torsion greater. (4) The stiffness in Y-direction is nearly equal to that in X-direction. This structure- globosity is better. And ,the structure weak-regions lie respectively in the transfer-floor, the vicinity of the 20th floor and the roof , which need to make the measure to avoid the structure plastic deformation under the action of stronger earthquake.(5)The vibration form appears the coupling of move and torsion, electing the first 15 modes to analyze can reflect accurately the actual load-function situation of the structure. (6)By analyzing the result of Time-History-Analysis, it is vital to
adopt the right earthquake-wave, which determines the design consideration by the light of the results of the static analysis or the dynamic analysis. In addition to, acquiring the frequency-spectrum response of imported earthquake-wave can be better to analyze the earthquake response of the structure.
引文
【1】徐培福，郝锐坤．钢筋棍凝土高层建筑结构设计手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1996．
【2】包世华．新编高层建筑结构[M]．北京：中国水利水电出版社， 2001．
【3】李培林，吴学民．多层与高层混凝土建筑结构设计[M]，北京中国建筑工业出版社，1998．
【4】赵西安．现代高层建筑结构设计(上册)[M]．北京：科学出版社，2000．
【5】唐维新等．高层建筑结构简化分析与实用设计[M]，中国建筑工业出版社，1991．
【6】高层及多层钢筋棍凝十建筑抗震设计手册编写组．抗震设计手册[M]．中国建筑科学研究院抗震研究所，1985．
【7】郭颖．建筑抗震设计规范实施手册[M]．长春：吉林科学技术出版社，2002．
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【10】吕西林，金国芳等．钢筋混凝土非线性有限元理论与应用[M]．上海：同济大学出版社，1996．
【11】赵经文，王宏钮．结构有限元分析[M]．第二版．北京：科学出版社，2001．
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【20】R．W．克拉夫．J 著，彭津译．结构动力学[M]．北京：科学出版社．1981．
【21】《高层建筑混凝土结构技术规程》(GBJ02-2001)．
【22】李君如，詹肖兰，欧阳炎．高层建筑结构分析[M]．北京：人民交通出版社，1990．
【23】尹之潜，刘岩．高层建筑地震反应分析方法[J]．北京：地震工程研究文集，地震出版社，1993．
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【34】 娄宇等．大底盘上双塔和连体高层建筑的振动分析[J]．，《建筑结构》1999，第4期．
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【44】陈礼建．效应对高层高耸结构地震反应影响的研究[J]．《工程抗震》2001，第4期．
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【47】肖伟，底部两层框架—抗振墙砖房抗震分析的计算机方法[J]．《工程抗震》2001，第3期．
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