高層建筑靜動力特性分析

1、高層建筑靜動力特性分析 1靜動力分析 振型疊加法屬于線性分析手段，其思想是將振動方程所表示的物理參數(shù)坐標轉(zhuǎn)換成模態(tài)坐標，之后利用振型的正交性，多組二階微分方程解舉行解耦。詳細的是實現(xiàn)步驟:首先，求解系統(tǒng)的固有頻率和模態(tài)振型;第二，將運動方程轉(zhuǎn)換到模態(tài)空間;之后，求解一系列單自由度系統(tǒng)振動方程;最后，得到系統(tǒng)的物理響應。為了對結構整體舉行一個定量的分析推斷，保證結構的平安，第一要務是分析結構的自振特性，本文選用SAP2000軟件對結構建模，舉行模態(tài)分析，進而獵取結構的基本性能參數(shù)(包括自振頻率、周期、振型參加系數(shù)等)，有助于我們對結構有一個定量分析。除此之外，模態(tài)分析是其他舉行動力時程分析及譜分

2、析的基礎，因此模態(tài)分析是結構分析的關鍵步驟。本算例中，采用特征向量法舉行模態(tài)分析。圖1為結構的三維透視圖。 為了驗證本算例的正確性及為后續(xù)分析做打算，對結構的模態(tài)分析輸出參數(shù)值舉行了分析爭論。如表1所示，結構的第一階頻率是f=1645Hz，基本周期為155s。對于第一階振型，質(zhì)量參加系數(shù)UY=08，UX，UZ=0說明結構的三個平動自由度相比，屬于Y方向的平動，X=09，這也是與UY相對應的，由于UY方向的平動絕大部分質(zhì)量都是圍著X軸的旋轉(zhuǎn)，Y=0，Z=048，是由于結構的約束是發(fā)生在XY平面上的，所以Z代表結構的扭轉(zhuǎn)自由度質(zhì)量參加系數(shù)，因此得出結構的第一振型具有扭轉(zhuǎn)特性。同理可以分析其次振型，

3、UX=08，UY=0，UZ=0，Y=071，Z=0可以得出其次振型以平動為主，同時帶有一定的扭轉(zhuǎn)。第三振型以扭轉(zhuǎn)為主。推斷結構地震驚力分析所采用的模態(tài)分析的質(zhì)量參加要求，90%以上的水平質(zhì)量的參加系數(shù)的限制，從表中可知通過SumUX，SumUY舉行推斷，從本算例分析中SumUX=96%，SumUY=97%，滿意要求。結構前六階振型見圖2。 2反應譜分析 反應譜理論將時變動力問題改變?yōu)殪o力問題舉行分析，本質(zhì)上是一種擬動力問題分析。這樣的優(yōu)點是易于使設計工程師采納。其步驟:首先，按照強震記錄統(tǒng)計應用于抗震設計的地震驚反應譜;第二，對結構舉行振型分解，求得各振型的最大反應值;最后，用適當?shù)姆椒▽⒏髡?/p>

4、型反應值結合起來求得結構的最大反應值。它不需要多條地震波舉行復雜計算。在SAP2000中的實現(xiàn)有兩種形式，底部剪力法和振型分解反應譜法，考慮到此建造的結構類型，宜采用振型分解反應譜法。本案例中振型組合采用CQC(CompleteQuadraticCombination)法。 3動力時程分析 時程分析法本質(zhì)仍舊是通過對結構基本動力微分方程的求解來得到結構在動力荷載作用下結構的基本響應大小的方法，把動力荷載函數(shù)帶入到結構運動微分方程，通過數(shù)值計算可以求解每一時刻的結構響應。相比于底部剪力法和振型分解反應譜法最大的優(yōu)點每一時刻都能計算結構和構件的響應和內(nèi)力。當作用于劇烈的地震鼓勵時，結構的某些構件可

5、能屈服進而達到塑性，按照剛度的變化，直接獵取結構在彈塑性階段的各種變形和內(nèi)力值。時程分析法是高層建造結構抗震設計的一種補充計算，利用時程分析對結構可以舉行非彈性地震分析的優(yōu)勢，可以彌補底部剪力法和振型分解反應譜的不足，檢驗計算結果。 31地震波選取建造物的地震反應不僅與地震的峰值加速度有關，而且與地震的持續(xù)時光、場地土性質(zhì)、地震的卓越周期、建造物的位置和樣子有親密的關系。規(guī)范規(guī)定，“采用時程分析法時，應當按建造場地類別和設計地震分組選用不少于兩組的實際強震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線”4。文獻7對地震波的選取做了具體的推薦，詳細的選取準則不在此論述。 32分析方法及步驟SAP2000結構

6、分析軟件中，時程分析的積分方式分為模態(tài)積分和直接積分兩種，模態(tài)積分利用結構不同的模態(tài)積分求解獲得結構總響應值。直接積分的本質(zhì)是在一系列時光間隔范圍內(nèi)求解微分方程。在SAP2000中時光積分方法的抉擇是通過其他參數(shù)區(qū)域時光積分參數(shù)的定義來完成的。本算例采用直接積分法，使用程序中默認的Hiber-HugesTaytor方法。760節(jié)點時程軌跡輸出見圖3，25節(jié)點反應譜曲線輸出見圖4。由表2可以看出，在X方向的地震作用下，一層的X方向的層間位移最大為6915mm。判斷可知，底層為其薄弱層，要增加一層柱的整體抗力。 4結語 1)通過SAP2000軟件對鋼筋混凝土框架結構建立三維模型，對建立步驟舉行具體的推薦，模型結構較好的反映出實際動力特性，為高層結構的抗震性能研究供應了一種有效的途徑。2)文中以某一高層建造為研究背景，