高層建筑靜動(dòng)力特性分析 靜態(tài)特性

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高層建筑靜動(dòng)力特性分析

高層建筑靜動(dòng)力特性分析1靜動(dòng)力分析振型疊加法屬于線性分析手段，其思想是將振動(dòng)方程所表示的物理參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成模態(tài)坐標(biāo)，之后利用振型的正交性，多組二階微分方程解舉行解耦。概括的是實(shí)現(xiàn)步驟:首先，求解系統(tǒng)的固有頻率和模態(tài)振型;其次，將運(yùn)動(dòng)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(dòng)方程;最后，得到系統(tǒng)的物理響應(yīng)。為了對(duì)布局整體舉行一個(gè)定量的分析判斷，保證布局的安好，第一要?jiǎng)?wù)是分析布局的自振特性，本文選用SAP2000軟件對(duì)布局建模，舉行模態(tài)分析，進(jìn)而獲取布局的根本性能參數(shù)(包括自振頻率、周期、振型參與系數(shù)等)，有助于我們對(duì)布局有一個(gè)定量分析。除此之外，模態(tài)分析是其他舉行動(dòng)力時(shí)程分析及譜分析的根基，因此模態(tài)分析是布局分析的關(guān)鍵步驟。本算例中，采用特征向量法舉行模態(tài)分析。圖1為布局的三維透視圖。為了驗(yàn)證本算例的正確性及為后續(xù)分析做打定，對(duì)布局的模態(tài)分析輸出參數(shù)值舉行了分析議論。如表1所示，布局的第一階頻率是f=1．645Hz，根本周期為1．55s。對(duì)于第一階振型，質(zhì)量參與系數(shù)UY=0．8，UX，UZ=0說明布局的三個(gè)平動(dòng)自由度相比，屬于Y方向的平動(dòng)，ＲX=0．9，這也是與UY相對(duì)應(yīng)的，由于UY方向的平動(dòng)絕大片面質(zhì)量都是圍著X軸的旋轉(zhuǎn)，ＲY=0，ＲZ=0．48，是由于布局的約束是發(fā)生在XY平面上的，所以ＲZ代表布局的扭轉(zhuǎn)自由度質(zhì)量參與系數(shù)，因此得出布局的第一振型具有扭轉(zhuǎn)特性。同理可以分析其次振型，UX=0．8，UY=0，UZ=0，ＲY=0．71，ＲZ=0可以得出其次振型以平動(dòng)為主，同時(shí)帶有確定的扭轉(zhuǎn)。第三振型以扭轉(zhuǎn)為主。判斷布局地震撼力分析所采用的模態(tài)分析的質(zhì)量參與要求，90%以上的水平質(zhì)量的參與系數(shù)的限制，從表中可知通過SumUX，SumUY舉行判斷，從本算例分析中SumUX=96%，SumUY=97%，得志要求。

布局前六階振型見圖2。

2回響譜分析回響譜理論將時(shí)變動(dòng)力問題轉(zhuǎn)變?yōu)殪o力問題舉行分析，本質(zhì)上是一種擬動(dòng)力問題分析。這樣的優(yōu)點(diǎn)是易于使設(shè)計(jì)工程師采納。其步驟:首先，根據(jù)強(qiáng)震記錄統(tǒng)計(jì)應(yīng)用于抗震設(shè)計(jì)的地震撼回響譜;其次，對(duì)布局舉行振型分解，求得各振型的最大回響值;結(jié)果，用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒏髡裥突仨懼到Y(jié)合起來求得布局的最大回響值。它不需要多條地震波舉行繁雜計(jì)算。在SAP2000中的實(shí)現(xiàn)有兩種形式，底部剪力法和振型分解回響譜法，考慮到此建筑的布局類型，宜采用振型分解回響譜法。本案例中振型組合采用CQC(CompleteQuadraticCombination)法。

3動(dòng)力時(shí)程分析時(shí)程分析法本質(zhì)依舊是通過對(duì)布局根本動(dòng)力微分方程的求解來得到布局在動(dòng)力荷載作用下布局的根本響應(yīng)大小的方法，把動(dòng)力荷載函數(shù)帶入到布局運(yùn)動(dòng)微分方程，通過數(shù)值計(jì)算可以求解每一時(shí)刻的布局響應(yīng)。相比于底部剪力法和振型分解回響譜法最大的優(yōu)點(diǎn)每一時(shí)刻都能計(jì)算布局和構(gòu)件的響應(yīng)和內(nèi)力。當(dāng)作用于猛烈的地震鼓舞時(shí)，布局的某些構(gòu)件可能屈服進(jìn)而達(dá)成塑性，根據(jù)剛度的變化，直接獲取結(jié)構(gòu)在彈塑性階段的各種變形和內(nèi)力值。時(shí)程分析法是高層建筑布局抗震設(shè)計(jì)的一種補(bǔ)充計(jì)算，利用時(shí)程分析對(duì)布局可以舉行非彈性地震分析的優(yōu)勢(shì)，可以彌補(bǔ)底部剪力法和振型分解回響譜的缺乏，檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果。3．1地震波選取建筑物的地震回響不僅與地震的峰值加速度有關(guān)，而且與地震的持續(xù)時(shí)間、場(chǎng)地土性質(zhì)、地震的卓越周期、建筑物的位置和外形有緊密的關(guān)系。模范規(guī)定，“采用時(shí)程分析法時(shí)，理應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于兩組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線”［4］。文獻(xiàn)［7］對(duì)地震波的選取做了細(xì)致的介紹，概括的選取準(zhǔn)那么不在此論述。

3．2分析方法及步驟SAP2000布局分析軟件中，時(shí)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)積分利用布局不同的模態(tài)積分求解獲得布局總響應(yīng)值。直接積分的本質(zhì)是在一系列時(shí)間間隔范圍內(nèi)求解微分方程。在SAP2000中時(shí)間積分方法的選擇是通過其他參數(shù)區(qū)域時(shí)間積分參數(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(rèn)的Hiber-HugesTaytor方法。760節(jié)點(diǎn)時(shí)程軌跡輸出見圖3，25節(jié)點(diǎn)回響譜曲線輸出見圖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69．15mm。推斷可知，底層為其薄弱層，要鞏固一層柱的整體抗力。4結(jié)語1)通過SAP2000軟件對(duì)鋼筋混凝土框架布局建立三維模型，對(duì)建立步驟舉行細(xì)致的介紹，模型布局較好的反映出實(shí)際動(dòng)力特性，為高層布局的抗震性能研究供給了一種有效的途徑。2)文中