地震作用下钢框架高层结构的抗震性能研究

钢框架高层建筑结构是当前高层建筑设计中使用最为广泛的技术,为提升其抗震性能,本文研究将调谐质量阻尼器安装在钢框架高层建筑结构顶部,考虑到建筑空间需求、防止集中荷载和提升控制效果等因素,在相同楼层或同顶部接近楼层中设置数个较小的、频率一致的子控制装置,通过设置调谐质量阻尼器受控结构等效阻尼比求极值的方法,获取最优刚度与最优阻尼系数;将获取的结果在有限元软件中进行模态分析获取模态质量,实现钢框架高层建筑结构扭转振动的减振控制。实验结果表明,地震荷载下,该方法使得建筑结构顶层角位移峰值和角加速度峰值分别降低50%和30%左右,建筑结构响应下降19%～26%,提高了高层建筑结构的稳定性。     

BIM技术在地震灾后重建房屋建筑工程造价控制方法中的研究

基于系统动力学控制重建房屋造价结果时,缺乏对地震后建筑成本数据的归集和处理过程,无法深入控制各个成本环节,控制效果差。深入研究地震灾区灾后重建房屋建筑工程造价控制方法,采用引入BIM技术的重建房屋建筑工程造价控制模型,通过该模型对建筑工程的造价成本进行预算,依据预算结果使用BIM技术归集成本数据后使用BIM数据平台存储和控制归集后的成本数据。通过造价控制体系实现地震灾后重建房屋建筑工程造价的有效控制,并采用财务ERP系统把控每个成本环节,实现工程造价优化控制。实验结果显示,该研究方法预算造价值与实际造价值差距小,约为1 000元,并在控制所有费用后节省了原始预算造价费用的11.91%,说明该方法造价控制效果好,能够有效节约震后灾区重建房屋工程造价成本。     

基于改进遗传算法的地震后重建工程造价模型改进设计

传统依据BP神经网络的地震后重建工程造价模型求导运算过程复杂,收敛效率较低,造价结果准确性低。提出基于改进遗传算法的地震后重建工程造价模型,结合地震后重建工程造价的影响因素,通过算法优化造价模型,选择更好的造价模拟数据,模拟数据构建造价函数模型,利用T系数运算分析造价函数模型数据,采用二进制计算规律对造价函数的数据参数实施拟定,通过公式演算获取高精度的数据参数值,得到精确的造价数据。实验结果表明:所设计的模型能够准确、快速的对地震后重建工程造价进行预算。     

灾区震后重建中建筑工程造价快速评估技术研究

针对传统方法无法对灾区震后重建中的建筑工程造价进行快速评估的问题,提出适合灾区震后重建的,基于灰色动态预测的建筑工程造价快速评估技术。采用朗格系数法对灾区重建中建筑工程造价进行综合评估分析,确定重建工程造价范围,通过加权平均数指数法对建筑工程造价情况进行判断,构建自回归移动模型防止建筑工程造价评估中受到异常因素影响,分析人工使用费、机械设备使用费、材料使用费,计算项目造价指数,根据基期单方造价与报告期单方造价计算结果,建立灰色动态预测图,实现对灾区震后重建中建筑工程造价快速评估。实验结果表明,采用改进评估技术可在短时间内对灾区震后重建中建筑工程造价进行评估,且评估误差较低,具有一定的优势。     

考虑模糊可靠度的抗震结构优化设计

在结构优化的目标函数中，不仅应考虑结构造价，而且应考虑结构服役期的损失期望。为此，我们定义了抗震结构模糊可靠度的概念。利用抗震设计原则和地震危险性分析给出了一个计算模糊可靠度的方法。然后提出了三步优化法；第一步，寻求一系列对应于不同设防烈度的最小造价设计；第二步，同时考虑造价和地震引起的损失期望，寻求最优设防烈度；第三步，寻找相应于此最优烈度的最小造价设计。     

某高层框架剪力墙结构减震性能分析

为了研究剪切型铅阻尼器在高层建筑结构中的耗能减震效果,以高烈度地区某设置剪切型铅阻尼器的框架-剪力墙结构为工程背景,首先通过Sap2000分析了结构的动力特性,在此基础上对结构进行了消能减震设计。其次采用非线性分析软件ABAQUS对结构进行了罕遇地震作用下的有限元分析,对比了不同地震波作用下的结构弹塑性分析结果。分析结果表明:设置剪切型铅阻尼器的高层建筑结构的抗震性能较好,为剪切型铅阻尼器在高层框架-剪力墙结构中的应用提供了成功的工程案例,其设计思路可以为高层结构的减震提供有益的借鉴和参考。     

基于增量动力地震易损性分析的高层结构抗震加固研究

由于承重结构构件分布不均匀,导致高层建筑框架承重构件间的距离不相等。在地震时,这种不规则分布可能引起加速度共振效应,从而导致建筑失稳。为此,以地震动强度、地震动速度峰值、最大层间位移角为参数指标,分析高层建筑的极限状态,提出基于增量动力地震易损性分析的高层结构抗震加固研究。以某实际工程为试验对象,运用ABAQUS软件构造高层建筑框架结构三维模型,选取多条地震波以及符合场地条件的地震动记录进行验证,绘制地震易损性曲线。结果表明:在高层建筑框架结构中安装阻尼器,可增强结构中各构件的承载力,改善高层建筑抗震性能;增加钢板厚度可提高结构抗震水平,降低极限状态下框架结构IO、LS与CP的超越概率;提高混凝土强度,可改善框架结构抗倒塌性能。高层结构完成抗震加固后,抗震能力由0.91提升至1.01。由此证明,以增量动力分析得到的结构易损性为基础,对建筑易损性较大的地方进行加固、完善,能够改善高层建筑框架结构地震易损性,减少地震灾害损失。     

带加强层超高层建筑结构基于能力谱法的抗震设计

带加强层结构在加强层处的刚度发生剧变,从而引起侧向荷载下结构内力分布及变形的相应变化,地震作用下此类结构容易形成薄弱层,因而抗震性能较差。同时,带加强层的建筑物很多属于超限复杂高层建筑结构,无法直接套用规范方法进行抗震设计。根据带加强层高层建筑结构的受力变形特点及国内外研究者的研究成果,结合模态推覆分析理论和能力谱抗震设计方法,本文对带加强层高层建筑结构的受力变形性能作了详细的分析,提出此类结构基于能力谱法的抗震设计方法。此法采用受力层间侧移角作为性能指标,并针对加强层和普通楼层采用了不同的性能水准量化值,根据结构特点以底部和加强层上部两层楼作为薄弱层进行验算,最后通过算例验证所提方法的可行性。     

装配式钢混组合结构加固时抗震性能模糊综合评估模型研究

参数化的装配式钢混组合结构建筑信息模型缺少结构信息描述,无法实现装配式钢混组合结构图档的修正和自主更新,对结构构件的损伤评估效果差,抗震加固性能差。据此提出用于装配式钢混组合结构抗震加固的建筑信息模型,模型框架包括建筑设计模型、结构设计模型、结构抗震加固设计和损伤评估;通过结构构件的实体定义、属性定义和关联性定义,全面描述柱、梁、板和墙等钢混组合结构构件的抗震加固性能信息;采用模糊加固评估方法获取精准的结构构建综合损伤指数,评估结构构件的加固等级,提高抗震加固性能。经实验证明,所设计模型得到的结构损伤指数与实际损伤指数的误差低于0.03,说明该模型分析装配式钢混组合结构抗震加固性能准确性较高。     

电力系统的抗震脆弱性评估模型设计与实现

传统基于多Agent的电力系统抗震脆弱性评估模型,对电力系统抗震脆弱性实施分析时,未考虑节点权重的分配情况,评估效果不理想。因此,设计基于层次分析法的电力系统抗震脆弱性评估模型,基于电力系统节点服务类型和拓扑位置,构建抗震脆弱性评价指标的层次分析模型,基于该模型设置节点权值分配方案,依据该方案采用层次分析法获取风险综合指标,对节点脆弱性指标实施运算,采集不同状态下的各节点脆弱性权值并进行平均运算,获节点脆弱性指标值。基于节点脆弱性指标值,通过层次分析法实现电力系统抗震脆弱性评估。实验结果说明,所设计模型的抗震脆弱性评估结果精度和效率高。     

高层建筑在连续振动下的壁板结构失稳定BIM模型设计

为了提高高层建筑壁板结构的抗震性,需设计高层建筑在连续振动下的壁板结构失稳定BIM模型。应用软件:通过Revit塑造高层建筑模型和结构模型,结合SAP2000建模性能塑造高层建筑结构的有限元实体模型,实现高层建筑模型的转换,设计BIM模型的IFOD软件总体结构,实现BIM模型的智能化管理。参数:在BIM模型的基础上,分析了连续振动下高层建筑壁板结构风致响应,给出高层建筑壁板结构的平均风响应、脉动风响应,得出高层建筑壁板结构位移,实现了高层建筑在连续振动下的壁板结构稳定性分析。实验:实验结果说明,所设计BIM模型可对连续振动下的高层建筑加速度时程以及位移时程进行准确分析,且相比传统方法,本文方法对高层建筑在连续振动下的壁板结构是否失稳判断结果比较准确。     

混凝土高层建筑结构地震破坏抗毁能力评估

提出基于构件性能的混凝土高层建筑结构地震破坏抗毁能力评估方法,采用强度与延性法分析混凝土高层建筑构件强度和变形,以对强震作用下混凝土高层建筑结构性能实施准确描述。基于建筑结构性能以及多条地震波情况下高层建筑结构倒塌极限状态的分析规范,采用IDA方法设置建筑结构抗倒塌能力系数,并依据该系数获取基于构件性能的混凝土高层建筑结构地震破坏抗毁能力评估流程,实现建筑结构地震破坏抗毁能力的准确评估。实验结果说明,所提方法实现了混凝土高层建筑结构地震破坏抗毁能力的准确评估。     

远场长周期地震下高层建筑的地震损伤模型研究

传统高层建筑地震损伤模型不能反映构件极限滞回耗能随累积幅值的改变情况,无法有效确定组合参数,离散性较大。为此,设计一种远场长周期地震下高层建筑的地震损伤模型。针对不同层次高层建筑结构,依据广义力-广义变形曲线,构建变形损伤模型。结合累积能量比、远场长周期地震瞬时输入能比构建能量损伤模型。从变形与能量两方面综合评价损伤,依据钢筋混凝土结构构建最大反应变形与耗损能量的线性组合地震损伤模型,并对其进行改进。实验选用ILA003、ILA048和TCU115三种长周期地震波,计算不同构件和高层建筑结构整体损伤结果,验证所提模型的可靠性。将所提模型应用于实际高层建筑中,发现其实用性强。     

地震状态下高层建筑物安全防护避让距离的估计研究

高层建筑物在地震作用下易出现倒塌状况,严重影响人身安全,因此高层建筑物地震安全防护距离的预测至关重要。设计以基础数据库为核心的高层建筑物地震安全防护距离预测系统,通过高层建筑物基本信息系统采集高层建筑物高度、宽度、结构类型等基本数据信息,并将这些信息存储到震害数据库系统中;地震危害模型分析系统依据数据库系统中存储的这些建筑物基本信息,分析地震危险性后,通过研究地震时高层建筑上部结构水平、底部及顶部先接触地面三种落地状态情况下,计算得到薄弱层和薄弱层上部结构高度的安全防护距离。实验验证在人工地震波作用下,利用该预测系统可有效获取实验小区高层建筑物的安全防护距离界定示意图,且其能够准确分析地震作用下高层建筑物晃动时"飞石"安全距离,以及三种地震波作用下建筑物地震安全防护距离分布规律和主要影响范围,其预测效果好。     

高层钢结构建筑横向支撑地震动力响应分析

为测试高层钢结构建筑抗震性能,在有限元模型中以某高层钢框架结构办公大厦作为研究对象,测试其横向支撑地震动力响应状况。选取地震峰值加速度为200 cm/s^2的El-Centro波作为地震波输入,采用瞬态动力方法分析不同楼板厚度下建筑地震模拟响应,得到建筑顶层位移时程曲线;在SAP2000结构软件中分析建筑工程添加横向支撑前后的反应谱,记录各楼层垂直与水平方向位移与层间位移角。得到如下结果:高层钢结构建筑在地震响应下产生的位移不随楼板厚度的增加而增大,楼板厚度为100 mm、170 mm时位移波动显著;添加横向支撑后,建筑水平刚度显著提升,同理,添加横向支撑后横向层间位移角的最大值变化较大,且低于1/250,符合相关建筑标准。     

Semi-active model predictive control for 3rd generation benchmark problem using smart dampers

A semi-active strategy for model predictive control (MPC), in which magneto-rheological dampers are used as an actuator, is presented for use in reducing the nonlinear seismic response of high-rise buildings. A multi-step predictive model is developed to estimate the seismic performance of high-rise buildings, taking into account of the effects of nonlinearity, time-variability, model mismatching, and disturbances and uncertainty of controlled system parameters by the predicted error feedback in the multi-step predictive model. Based on the predictive model, a Kalman-Bucy observer suitable for semi-active strategy is proposed to estimate the state vector from the acceleration and semi-active control force feedback. The main advantage of the proposed strategy is its inherent stability, simplicity, on-line real-time operation, and the ability to handle nonlinearity, uncertainty, and time-variability properties of structures. Numerical simulation of the nonlinear seismic responses of a controlled 20-story benchmark building is carried out, and the simulation results are compared to those of other control systems. The results show that the developed semi-active strategy can efficiently reduce the nonlinear seismic response of high-rise buildings.     

填充墙刚度影响的实测高层建筑增量动力分析

高层结构中的填充墙在地震作用下与周围结构构件之间的相互作用十分复杂,对建筑结构的整体抗震性能具有较大影响。然而我国规范在设计阶段通常不考虑填充墙对结构抗震性能的影响,统一采用周期折减系数来考虑其刚度变化引起的内力变化,因此准确评估填充墙对结构抗震性能的影响具有重要意义。本文在对一栋框-剪结构和一栋剪力墙高层建筑进行随机振动测试的基础上,利用Perform-3D对每栋高层分别建立了3种分析模型。其中对未考虑填充墙作用的结构模型,分别采取规范建议值和实测结果值两种方式进行周期折减。对通过添加斜撑单元来考虑填充墙作用的结构模型,利用环境激励测试识别获得的结构模态信息进行模型修正。对该3种模型进行了增量动力分析,探讨潜在危险性水平地震作用下填充墙对高层建筑抗震性能的影响。结果表明,填充墙增加了结构在弹性阶段的整体初始刚度,但随着地震动强度的增加逐渐丧失对结构刚度的贡献作用。相比考虑了填充墙作用的模型计算结果,规范建议的周期折减系数较为保守。同时研究发现,填充墙对高层框-剪结构的影响程度要比剪力墙结构大。     

混沌遗传算法在高层结构风振控制优化中的应用研究

将混沌遗传算法(Chaos Genetic Algorithm,简称CGA)引入高层结构的风振控制优化中,对采用黏弹性阻尼器来控制风振响应的高层结构进行参数优化;用Matlab语言编制了均布法、迭代法、简单遗传算法(Simple Genetic Algorithm,简称SGA)和混沌遗传算法的风振控制优化分析程序;对9个高层结构进行风振控制优化,对比了算法程序的计算效率以及无控、均布、迭代、SGA和CGA工况下的结构风振响应。研究结果表明:混沌遗传算法可以应用于高层结构风振控制优化之中;混沌遗传算法的计算效率比简单遗传算法最高提升了29%;经混沌遗传算法优化后,黏弹性阻尼器附加给结构的附加阻尼比与均布和迭代相比最高分别提高了61%和22%,CGA工况的顶层加速度响应与均布和迭代法相比最高分别减小了14%和12%。为高层结构风振控制优化研究提供了新思路,具有一定的理论价值和实际意义。