高層建筑靜動力特性分析 靜態(tài)特性

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高層建筑靜動力特性分析

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(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(yīng)。為了對布局整體舉行一個定量的分析判斷，保證布局的安好，第一要務(wù)是分析布局的自振特性，本文選用SAP2000軟件對布局建模，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)，有助于我們對布局有一個定量分析。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。為了驗證本算例的正確性及為后續(xù)分析做打定，對布局的模態(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說明布局的三個平動自由度相比，屬于Y方向的平動，ＲX=0．9，這也是與UY相對應(yīng)的，由于UY方向的平動絕大片面質(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為主，同時帶有確定的扭轉(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變動力問題轉(zhuǎn)變?yōu)殪o力問題舉行分析，本質(zhì)上是一種擬動力問題分析。這樣的優(yōu)點(diǎn)是易于使設(shè)計工程師采納。其步驟:首先，根據(jù)強(qiáng)震記錄統(tǒng)計應(yīng)用于抗震設(shè)計的地震撼回響譜;其次，對布局舉行振型分解，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動力時程分析時程分析法本質(zhì)依舊是通過對布局根本動力微分方程的求解來得到布局在動力荷載作用下布局的根本響應(yīng)大小的方法，把動力荷載函數(shù)帶入到布局運(yùn)動微分方程，通過數(shù)值計算可以求解每一時刻的布局響應(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)每一時刻都能計算布局和構(gòu)件的響應(yīng)和內(nèi)力。當(dāng)作用于猛烈的地震鼓舞時，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。時程分析法是高層建筑布局抗震設(shè)計的一種補(bǔ)充計算，利用時程分析對布局可以舉行非彈性地震分析的優(yōu)勢，可以彌補(bǔ)底部剪力法和振型分解回響譜的缺乏，檢驗計算結(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)時間、場地土性質(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，“采用時程分析法時，理應(yīng)按建筑場地類別和設(shè)計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程曲線”［4］。文獻(xiàn)［7］對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)是在一系列時間間隔范圍內(nèi)求解微分方程。在SAP2000中時間積分方法的選擇是通過其他參數(shù)區(qū)域時間積分參數(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軟件對鋼筋混凝土框架布局建立三維模型，對建立步驟舉行細(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