結(jié)構(gòu)動力學(xué)在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的應(yīng)用

1、結(jié)構(gòu)動力學(xué)在建筑結(jié)構(gòu)中的抗震分析杜方江（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院寧夏銀川750021）摘 要：結(jié)結(jié)構(gòu)動力力學(xué)在建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計中中起著重重要作用用，在抗抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計中中兩者是是相互依依存、缺缺一不可可的整體體。本文文針對結(jié)結(jié)構(gòu)動力力學(xué)在建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計中中的應(yīng)用用，分析析建筑結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計中不但但要考慮慮建筑結(jié)結(jié)構(gòu)的使使用功能能、建筑筑結(jié)構(gòu)的的安全度度、建筑筑使用年年限等。在在建筑結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計中要考考慮到當(dāng)當(dāng)?shù)卣饋韥砼R時使使建筑物物小震不不壞、中中震可修修、大震震不倒的的抗震原原則。關(guān)鍵詞：結(jié)結(jié)構(gòu)動力力學(xué) 結(jié)構(gòu)動動力特性性 建筑結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計 結(jié)構(gòu)安安全度動力學(xué)中的的結(jié)構(gòu)動動力特性性（1）結(jié)構(gòu)

2、構(gòu)動力特特性與結(jié)結(jié)構(gòu)的剛剛度及結(jié)結(jié)構(gòu)的質(zhì)質(zhì)量有關(guān)關(guān)。用表表達(dá)式表表示：式式中k為剛度;m為質(zhì)量量。結(jié)構(gòu)構(gòu)動力學(xué)學(xué)在建筑筑結(jié)構(gòu)中中反映抗抗震性質(zhì)質(zhì)的微分分方程： 其中的的系數(shù)和和可以根根據(jù)初始始條件確確定。假假設(shè)在初初始時刻t=0質(zhì)點有有初始位位移和初初始速度度，即：y(00)=，（0）=。由此此解得：，把和代入微微分方程程即得：（2）采用用一種能能夠處理理重復(fù)變變換加載載的三維維有限元元方法分分析鋼筋筋混凝土土柱在地地震荷載載作用下下的非線線性特性性。鋼筋筋混凝土土墻-框架體體系的非非彈性地地震反應(yīng)應(yīng)，主要要考慮連連續(xù)變化化的軸向向力和撓撓曲的相相互作用用以及剪剪切變形形的影響響，并且且軸向力

3、力的變化化對動力力反應(yīng)影影響顯著著，而剪剪切變形形影響不不大。分分析鋼框框架建筑筑的非彈彈性地震震反應(yīng)，發(fā)發(fā)現(xiàn)柱的的軸向塑塑性變性性在一個個方向積積累，會會導(dǎo)致水水平位移移增加，加加劇P-效應(yīng)。軸軸向力將將減小撓撓曲為主主的振型型的自振振頻率。采采用離散散變量的的方法，將將整個體體系加以以處理，用用拉格朗朗日方程程進行分分析，便便于考慮慮結(jié)構(gòu)的的空間特特性。2建筑結(jié)結(jié)構(gòu)的定定義及設(shè)設(shè)計優(yōu)化化建筑結(jié)構(gòu)是是在建筑筑中，由由若干構(gòu)構(gòu)件，即即組成結(jié)結(jié)構(gòu)的單單元如梁梁、板、柱柱等，連連接而構(gòu)構(gòu)成的能能承受作作用的平平面或空空間體系系。建筑筑結(jié)構(gòu)因因所用的的建筑材材料不同同，可分分為混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)、砌體體

4、結(jié)構(gòu)、鋼鋼結(jié)構(gòu)、輕輕型鋼結(jié)結(jié)構(gòu)、木木結(jié)構(gòu)和和組合結(jié)結(jié)構(gòu)等。結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計形狀優(yōu)優(yōu)化是通通過調(diào)整整結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)外邊界界形狀來來改善結(jié)結(jié)構(gòu)的動動力學(xué)性性能和達(dá)達(dá)到節(jié)省省材料的的目的。結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計形狀優(yōu)優(yōu)化從對對象上區(qū)區(qū)分，主主要有桁桁架框架架類的桿桿系結(jié)構(gòu)構(gòu)和塊體體、板、殼殼類的連連續(xù)體結(jié)結(jié)構(gòu)。在在進行優(yōu)優(yōu)化設(shè)計計時考慮慮剪切變變形、柱柱的軸向向變形、不不等截面面等多因因素，并并近似考考慮P-效應(yīng)，導(dǎo)導(dǎo)出樓層層轉(zhuǎn)換矩矩陣，通通過連乘乘運算，可可得頂層層與底層層之間的的矩陣關(guān)關(guān)系式，于于是便于于求解振振動問題題。同時時考慮柱柱和非正正交樓板板梁的特特性，可可求的柱柱的主位位移方向向和主側(cè)側(cè)移剛度度。3.結(jié)

5、構(gòu)動動力學(xué)中中動力的的安全性性隨著經(jīng)濟的的發(fā)展，城城市現(xiàn)代代化改造造步伐的的加快，高高層建筑筑的快速速發(fā)展，在在城市進進行拆除除工作越越來越普普遍。拆拆除爆破破在獲得得巨大的的經(jīng)濟效效益的同同時，也也會產(chǎn)生生一系列列的負(fù)面面效應(yīng)，諸諸如震動動效應(yīng)、空空氣沖擊擊波效應(yīng)應(yīng)、爆破破飛石、噪噪聲、有有害氣體體等，這這些效應(yīng)應(yīng)會對周周圍建筑筑物或居居民造成成危害。為為了安全全，因此此在建筑筑結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計時，考考慮在動動力作用用下框架架結(jié)構(gòu)的的動力反反應(yīng)設(shè)計計時要確確保細(xì)心心進行設(shè)設(shè)計分析析。4.結(jié)構(gòu)動動力學(xué)在在建筑結(jié)結(jié)構(gòu)中的的抗震分分析（1）在建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計中中考慮建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)的兩個個主軸方方向地震震作

6、用，各各方向的的水平地地震作用用全部由由該方向向抗側(cè)力力構(gòu)件承承擔(dān)。有有斜角抗抗側(cè)力構(gòu)構(gòu)件的結(jié)結(jié)構(gòu)，當(dāng)當(dāng)相交角角大于15度時，宜宜分別考考慮各抗抗側(cè)力構(gòu)構(gòu)件方向向的水平平地震作作用。質(zhì)質(zhì)量和剛剛度不均均勻、不不對稱的的結(jié)構(gòu)，應(yīng)應(yīng)考慮水水平地震震作用的的扭轉(zhuǎn)影影響，同同時應(yīng)考考慮雙向向水平地地震的影影響。不不同方向向的抗震震力結(jié)構(gòu)構(gòu)的共同同構(gòu)件，應(yīng)應(yīng)考慮雙雙向水平平地震的的影響。8度和9度時的的大跨度度結(jié)構(gòu)、長長懸臂結(jié)結(jié)構(gòu)等應(yīng)應(yīng)考慮豎豎向地震震作用。（2）進行行建筑結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計時，必必須考慮慮的重力力荷載。要要考慮到到當(dāng)?shù)卣鹫饋砼R時時使建筑筑物小震震不壞、中中震可修修、大震震不倒的的抗震要要求。

7、對對結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件承載載力加以以調(diào)整，主主要考慮慮以下因因素。結(jié)構(gòu)動力力學(xué)中動動力荷載載下材料料比靜力力荷載下下要高。地震時時偶然作作用，建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)的抗震震可靠度度要求可可比承受受其他荷荷載的可可靠度要要求低。在罕遇遇地震下下，結(jié)構(gòu)構(gòu)薄弱層層部位的的層間彈彈塑性位位移應(yīng)滿滿足下式式的要求求：式中 為層層間彈塑塑性位移移； h為結(jié)結(jié)構(gòu)薄弱弱層的層層高或鋼鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)上柱高高度；為層間彈塑塑性位移移角限值值。（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)微振具具有環(huán)境境振動的的隨機性性，結(jié)構(gòu)構(gòu)在環(huán)境境振源的的激勵下下將產(chǎn)生生復(fù)雜的的響應(yīng)，對對建筑結(jié)結(jié)構(gòu)將產(chǎn)產(chǎn)生破環(huán)環(huán)。所以以，結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震是是結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計中需需要考慮慮的重要要問題，

8、尤尤其是對對于城市市交通附附近的建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計，要要控制結(jié)結(jié)構(gòu)微振振，就要要分析結(jié)結(jié)構(gòu)防微微振性能能，設(shè)計計合理的的防微振振方案。目目前對于于結(jié)構(gòu)防防微振的的分析多多集中于于設(shè)備隔隔振、減減振措施施及動力力分析等等方面。5結(jié)構(gòu)動動力學(xué)在在建筑結(jié)結(jié)構(gòu)中抗抗震的設(shè)設(shè)計方法法5.1 反反應(yīng)譜設(shè)設(shè)計法根據(jù)結(jié)構(gòu)動動力學(xué)的的特性，地地震作用用下結(jié)構(gòu)構(gòu)的動力力效應(yīng)，即即結(jié)構(gòu)上上質(zhì)點的的地震反反應(yīng)加速速度不同同于地面面運動加加速度，而而是與結(jié)結(jié)構(gòu)自振振周期和和阻尼比比有關(guān)。采采用動力力學(xué)的方方法可以以求得不不同周期期單自由由度彈性性體系質(zhì)質(zhì)點的加加速度反反應(yīng)。以以地震加加速度反反應(yīng)為豎豎坐標(biāo)，以以體系的的自

9、振周周期為橫橫坐標(biāo)，所所得到的的關(guān)系曲曲線地震震加速度度反應(yīng)譜譜，以此此來計算算地震作作用引起起的結(jié)構(gòu)構(gòu)上的水水平慣性性力，對對于多自自由度體體系，可可以采用用振型分分解組合合方法來來確定地地震作用用。5.2 延延性設(shè)計計法通過地震力力減低系系數(shù)R將反應(yīng)應(yīng)譜法得得到的加加速度反反應(yīng)值am降低到到與靜力力法水平平地震相相當(dāng)?shù)脑O(shè)設(shè)計地震震加速度度ad，ad=am/R地震力力降低系系數(shù)R對延性性較差的的結(jié)構(gòu)取取值較小小，對延延性較好好的結(jié)構(gòu)構(gòu)取值較較高。盡盡管最初初利用地地震力降降低系數(shù)數(shù)R將加速速度反應(yīng)應(yīng)降下來來只是經(jīng)經(jīng)驗性的的，但人人們已經(jīng)經(jīng)意識到到應(yīng)根據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)的的延性性性質(zhì)不同同來取不不同的地

10、地震力降降低系數(shù)數(shù)。5.3 能能力設(shè)計計法為了保證鋼鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)具有足足夠彈塑塑性變形形能力的的能力設(shè)設(shè)計方法法。該方方法是基基于對非非彈性性性能對結(jié)結(jié)構(gòu)抗震震能力的的理解和和超靜定定結(jié)構(gòu)在在地震作作用下實實現(xiàn)具有有延性破破環(huán)機制制的控制制思想提提出的，可可有效保保證和達(dá)達(dá)到結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震設(shè)設(shè)防目標(biāo)標(biāo)，同時時又使設(shè)設(shè)計做到到經(jīng)濟合合理。能能力設(shè)計計方法的的核心。引導(dǎo)框架架結(jié)構(gòu)或或框架-剪力墻墻結(jié)構(gòu)在在地震作作用下形形成梁鉸鉸機構(gòu)，即即控制塑塑性變形形能力大大的梁端端先于柱柱出現(xiàn)塑塑性鉸，即即所謂的的強柱弱弱梁；避免構(gòu)構(gòu)件剪力力較大的的部位在在梁端達(dá)達(dá)到塑性性變形能能力極限限之前發(fā)發(fā)生非延延性破環(huán)環(huán)，即控控制脆性性破環(huán)形形式的發(fā)發(fā)生，即即所謂的的強剪弱弱彎；通過各各類構(gòu)造造措施保保證將出出現(xiàn)較大大塑性變變形的部部位確實實具有所所需要的的非彈性性變形能能力。6.結(jié)語通過以上分分析，在在進行建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計時時不但要要考慮建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)的使用用功能、建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)的安全全度、建建筑使用用年限等等。在建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計過過程中要要考慮到到當(dāng)?shù)卣鹫饋砼R時時使得建建筑物小小震不壞壞、中震震可修、大大震不倒倒的抗震震原則。在在結(jié)構(gòu)抗抗震設(shè)計計時，尤尤