高层建筑基本周期经验公式国内外研究现状

建筑结构基本周期是结构设计所需的一项重要参数,经验公式是获得结构基本周期的主要方式之一。世界各国抗震设计规范中基本都存在结构基本周期计算公式的相关内容,且大部分规范都给出了不同结构的基本周期经验公式。由于发展背景的差异,不同国家存在着不同的结构基本周期经验公式。为充分对比国内外高层建筑结构基本周期经验公式的差异、找出我国规范中相关公式的不足之处,首先分析了我国历届规范中高层建筑结构基本周期经验公式的演变过程,并搜集了国外部分国家和地区的相关公式;然后对比分析了国内外经典经验公式的形成过程、不同之处;最后展望了我国相关规范中经验公式的未来发展方向和修订建议。     

海上风电工程基础结构抗震性能研究

为了探讨海上风电工程基础与结构体系的抗震性能,采用ANSYS程序建立了三种基础型式的风电塔架结构数值模型,先采用振型分解反应谱法计算了结构的地震响应,进而分别将传统地震动和最不利地震动作为输入地震动,分析了三种基础结构体系的最大地震响应。结果显示:风电结构属典型的长周期结构,基础型式对结构的振动周期影响明显,单立柱桩式结构振动周期最长,八桩承台结构振动周期最短。地震作用下,单立柱桩结构的顶端位移响应也最大;振型反应谱法与传统地震动作用下结构的响应满足现行建筑抗震规范的要求,但最不利地震作用下结构的位移响应偏大,不满足规范对位移的相关规定;组合三桩结构底部基础与结构连接处是应力集中区。海上风电工程结构抗震设计的重要性应引起充分重视。     

地震受损房屋结构自振特性测试

采用底部剪力法对结构进行抗震计算的重要一步就是确定结构的基本自振周期,抗震设计规范为此提供了自振周期计算和相应的折减方法。对于新建结构,规范经验公式是合理的,但对于地震受损结构,当需要进行抗震加固设计计算时,针对完好建筑结构给出的规范经验公式就不再适用。由于缺乏实测资料,无论是抗震鉴定标准还是加固技术规程,都没有给出可以参考的方法。作者在玉树地震后,利用环境脉动测试方法,对在玉树地震中受到破坏的20余栋不同结构类型的房屋建筑结构进行了现场测试,获得了这些受损房屋结构的实测基本自振特性,给出了对结构震害程度与结构自振周期变化之间关系的初步认识。为震损结构鉴定与加固设计提供了可参考数据,同时,实测结果也可为结构非线性分析方法的发展和结果的验证提供重要参考。     

基于输电塔风致响应的节点螺栓脱落损伤自动诊断的小波识别方法

以法兰螺栓联结为节点连接型式的输电塔架结构是一类应用广泛的结构型式。其中节点螺栓脱落损伤是一种常见的损伤形式。为了确保电力工业的正常运行,及时进行法兰联结节点螺栓松动损伤的诊断是十分必要的。本文依据输电塔结构塔身竖杆法兰联结节点风致响应的特点,推导了只与结构的损伤程度有关,与外加的风荷载无关的塔身竖杆节点风致竖向应变响应方差的归一化公式,并借助于噪声抑制能力强且对突变信号敏感的小波变换方法对该统计方差进行了小波变换分析,达到了对螺栓脱落损伤位置的有效识别,实际输电塔法兰螺栓松动损伤的仿真分析表明,本文提出的方法是有效而可行的,具有一定的实践价值。     

多层砌体校舍建筑低阶周期的测试与研究

采用脉动法对上海市73栋砖混结构、内框架或部分内框架结构以及砖木结构的多层砌体房屋进行了现场测试和数据采集,测得了每栋房屋的多阶自振频率。对以上实测数据中较可靠的前两阶自振频率进行分析整理,并选取典型实例用有限元法进行计算和比较。利用以上数据进行分析,得到了结构类型、砌筑材料、楼板形式、层数、层高、高度、平面几何形状、高宽比以及长宽比对建筑前两阶自振周期的影响关系,并据此选取对前两阶周期影响较大的几种因素,拟合出考虑多种因素的经验公式,随后提出了实用的简化公式并将这些公式与已有的公式进行了分析比较和实测验证,为砌体结构抗震设计和研究提供了依据。     

钢板剪力墙结构基本自振周期简化计算研究

本文针对钢板剪力墙结构自振周期缺乏研究的现状,将钢板剪力墙简化为Timoshenko梁,提出了考虑周边框架影响的钢板剪力墙等效抗剪刚度计算的方法,然后根据Southwell-Dunkerley理论,给出了钢板剪力墙结构基本自振周期的简化计算公式。然后,通过56个算例比较分析了本文公式计算结果与有限元计算结果发现:本文公式计算结果与有限元结果之比的平均值为1.015,标准差为0.049,说明本文公式具有足够的可靠性。接着,又对结构高度、均布质量、等效抗剪、抗弯刚度、钢板的高厚比、高宽比等参数进行了分析,分析结果表明:随着结构高度与均布质量开方的乘积增大,结构的基本自振周期增长;层数相同时,随着等效抗剪刚度、抗弯刚度的增大,周期有减小的趋势;层数相同时,随着钢板高厚比与高宽比乘积的增大,周期增长。     

密度与纵横波速度关系

用大庆地区４８口井的全波声波测井和密度测井资料进行了大庆地区密度与纵波速度、密度与横波速度经验公式，经５套文献数据和大庆，南阳，江陵等地实际测井资料检验证明，密度与纵波速度经验公式精度高于Ｇａｒｄｎｅｒ公式，并可看出误差的地区性差异；密度与横波速度经验公式无前人公式比较，但可看出其精度低于密度与纵波速度经验公式，建议在建立上述经验公式时，各地区最好根据本区资料确定经验公式中参数。如无本区公式可使用     

砖石古塔基本周期的简化计算方法

古塔的自振周期是古塔损伤程度评价和抗震分析的重要参数。本文依据结构动力学基本理论和古塔动力特性实测数据,以砌体的材料性能、塔身厚度、塔身截面形状、塔身开洞率等关键参数为指标,通过古塔基本周期的理论分析和计算机模拟,提出了基于弯曲悬臂杆模型的四系数简化计算公式。按照该公式对14座典型砖石古塔的基本周期进行了计算,并与现场实测值做了对比,表明该公式计算精度满足工程要求,可用于多种类型砖石古塔的动力特性估算。     

调谐结构体系在地震作用下的参数配置研究

为研究调谐结构体系在基底水平地震作用下的减震效果,采用有代表性的两质点模型,从简谐激励出发得出了稳态位移响应表达式和影响参数。在此基础上,计算了子结构周期影响,得出其优化配置公式;分析了子结构与基本结构质量比的影响及配置;分析了基本结构周期、结构阻尼对减震效果的影响。进一步评析了调谐体系在宽带地震反应控制中的参数配置。研究指出质量比是地震作用下高效减震控制的重要参数,并指出了基本结构周期配置的重要性。     

考虑土-结构相互作用的风力发电机塔架地震响应分析

利用有限单元法建立用弹簧阻尼单元近似模拟土-结构相互作用的风力发电机塔架结构模型.采用更新的拉格朗日增量有限元格式,逐步积分的Newmark法求解,通过算例分析了多维地震荷载作用下风力机塔架结构的时程响应规律,研究了P-Δ效应、竖向地震作用和土-结构相互作用的影响.分析得出:土-结构相互作用对风力发电机塔架结构的地震动力响应的影响不容忽视,在材料线弹性范围内竖向地震荷载和P-Δ效应对结构的动力特性影响较小.     

昆明高(超高)层建筑环境振动特性实测与统计分析

对昆明16栋典型钢筋混凝土高层建筑物的振动特征(包括建筑物的固有频率、振型和阻尼比)进行观测与分析,对地震响应数值模拟研究,获取实测高层建筑物第一至第三振型及结构,计算第一至第二振型自振周期结果,采用数学线性回归方法,模拟得到昆明高(超高)层建筑结构实测第一至三振型和计算第一至第二振型周期公式,为类似建筑结构的设计提供经验和依据。     

梁铰型屈服RC框架结构地震弹塑性位移增大系数研究

本文通过弹性和弹塑性时程分析,研究了水平地震作用下梁铰型屈服RC框架模型结构的楼层屈服剪力系数、基本自振周期、楼层数3个因素对弹塑性位移增大系数的影响,通过非线性回归分析给出了弹塑性层间位移增大系数经验公式;通过分析滞回耗能沿楼层高度的分布,初步确定了梁铰型屈服RC框架结构的薄弱楼层位置;基于结构损伤分析,讨论了抗震规范中RC框架结构弹塑性层间位移角限值的水准。     

高层建筑结构体系选择与截面预估

针对我国高层建筑常用的钢筋混凝土框架、框架－剪力墙、剪力墙等结构，就如何进行体系选择和截面预估，在理论与实践的结合上进行了阐述，并依据承载力、变形和抗震的要求，推导了简单易行的经验公式。这些经验公式对于方案选择和初步设计有很大的实用价值，经应用到设计实例中，节约了材料，缩短了设计周期，减少了计算机时，取得了良好的经济效果。     

Actual Measurement and Statistic Analysis of Ambient Vibration Characteristics of the High-rise (Skyscraper) Buildings in Kunming

对昆明16栋典型钢筋混凝土高层建筑物的振动特征(包括建筑物的固有频率、振型和阻尼比)进行观测与分析,对地震响应数值模拟研究,获取实测高层建筑物第一至第三振型及结构,计算第一至第二振型自振周期结果,采用数学线性回归方法,模拟得到昆明高(超高)层建筑结构实测第一至三振型和计算第一至第二振型周期公式,为类似建筑结构的设计提供经验和依据.     

重大建设工程基本自振周期估算方法探讨

在对规范和文献资料的研究和分析的基础上,本文探讨了(超)高层建筑、巨型储油罐、大跨桥梁工程等重大建设工程基本自振周期的估算方法.在工程场地地震安全性评价工作中,可采用本文提供的重大建设工程基本自振周期估算的公式.同时,本文为长周期地震动对工程结构作用的相关参数的合理确定提供了依据.     

核心单筒式高层悬挂结构考虑土—结构相互作用的动力分析

分析了核心单筒式高层悬挂结构考虑土－结构相互作用的动力特性,推导了适合于分析此结构与土动力相互作用的基本方程与核筒的单元刚度矩阵,得出了高层悬挂结构有利于抗振的结论,文中还提出了前三个周期的近似计算公式。     

考虑叶片与塔架耦合作用的风电塔架风振响应分析

现有的风力发电塔架风振响应分析大多忽略叶片与塔架的耦合作用,而由于叶片质量和扫略面积较大,对风力发电塔架风振响应分析的影响不可忽视,因此,在风电塔架的研究中考虑叶片对塔架的影响,其结果会更加接近实际情况。本文考虑叶片与塔架耦合作用对风力发电塔架风振响应的影响,建立了相应的力学模型和运动方程。分别对有无叶片塔架耦合作用进行模态分析,比较了两者的固有频率。并通过MATLAB软件编写程序得到脉动风荷载时程曲线,最后在ANSYS中对风电塔架脉动风荷载进行时程分析,得到两种不同风电塔架模型的风振响应时程曲线,比较了两者在同一高度处的位移、速度和加速度反应,为进一步研究实际风电塔架结构提供了可靠的理论依据。     

天津市小洋楼民居抗震有限元分析

天津市小洋已楼有100a历史。由于使用时间长,因此不满足现行抗震设计规范的要求,在地震作用下可能会发生较大震害。首先用有限元软件分析了模型的固有频率,得出的结果和经验公式基本相符;其次然后输入地震动时程,通过结构损伤、地震剪力和加速度的分析给出了结构的抗震能力,结构在地震"三水准"下的破坏状和抗震鉴定的结果相符,并针对结构的损伤部位提出了圈梁构造柱的加固措施。因此,通过有限元分析研究该类房屋的抗震能力,为天津市小洋楼民居的抗震加固提供了科学依据和技术支持,对小洋楼民居的防震减灾能力提升具有重要意义。     

集集地震地震动频谱参数研究

地震动的频谱特征是影响结构动力反应的重要因素。以集集地震动记录为数据基础,对反映地震动频谱特征的4个参数周期(反应谱卓越周期Tp,平滑化反应谱卓越周期To,傅氏幅值谱平均周期Tm和反应谱特征周期Tg)进行了研究。依据理论模型,经非线性回归分析,给出了不同场地上地震动各周期分量随断层距变化的经验公式。结果表明,不同的频谱参数周期反映地震动不同的频谱特征;同一场地上各周期随断层距的增大而增大;To和Tm具有较好的可估性。     

地震作用下高层隔震结构高宽比限值计算

针对高层隔震结构体系,采用多质点体系,基于隔震结构在地震中不出现倾覆的条件,结构边缘隔震支座拉应力不超过1 MPa,压应力不超过30 MPa,推导了高层隔震结构的高宽比限值,并考虑了不同的设防烈度、场地条件和结构阻尼比的影响。分析高宽比限值与结构基本周期的关系,得知了结构的基本周期变化对高宽比限值的影响。以三跨高层基础隔震结构为例,计算了隔震支座最大位移为300 mm和400 mm时隔震结构的高宽比限值,分析结果为设计高层隔震结构时对高宽比的取值提供参考。