长周期地震动作用下超高层建筑结构响应研究

超高层建筑结构自振周期相对较长,易受长周期地震动影响,是抗震设计时值得关注的问题。从PEER强震记录库中选取了Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类场地共410条工程中常用的强震记录,以一栋高250m、自振周期为6s的超高层建筑结构为例,从输入与输出两个层面对长周期地震动作用下的结构响应进行研究。输入层面,以规范设计反应谱为比较基准,通过分析地震动加速度反应谱,了解不同场地地震动的频谱特征;输出层面,以规范设计反应谱作用下的基底剪力为基准,通过分析超高层建筑结构在各类场地地震动作用下的基底剪力,获得不同场地地震动作用下的结构响应水平;同时,引用日本国土交通省公布的长周期设计地震动进行横向比较,通过弹塑性时程分析得到的不同时刻下结构塑性转角分布情况及发展规律,揭露长周期地震动作用下结构的响应特征与控制因素。     

盆地场地远场长周期地震动输入的确定

盆地场地的长周期结构在远场长周期地震动作用下震害明显,目前国内设计规范尚未将低幅值的远场长周期地震动记录纳入统计范围。研究盆地场地远场长周期地震动输入方法,可用于国内盆地建筑的抗震补充验算。文中针对日本沉积盆地台站地震动记录数据进行统计,拟合出盆地效应与沉积层厚度的关系曲线。结合国内板壳内地震下的基岩地震动衰减关系、盆地效应与沉积层厚度关系曲线以及局部工程场地放大作用,给出适用于国内的盆地场地远场长周期地震动输入方法。基于渭河盆地内的西安市区以及周边地震环境,进行了远场长周期地震动输入方法的案例分析。分析结果表明：盆地效应对加速度反应谱的放大作用和对地震波到达时刻的影响,均随盆地沉积层厚度的增加而变得更显著。文中方法综合考虑了震源分布、震级、震中距、盆地效应和局部工程场地的影响,可用于估计国内盆地场地远场长周期地震动加速度反应谱及其地震动时程,其模拟的加速度反应谱与地震动时程符合实际远场长周期地震动记录的特征。     

远场长周期地震动作用下超高层建筑响应特性

已有震害研究表明超高层建筑在远场长周期地震动作用下易出现长时间晃动的共振现象,国内超高层建筑在不同概率水平的远场长周期地震动作用下的响应特性有待验证。为此,参考实际工程建立超高层结构模型,利用已有方法确定不同概率水平的校验远场长周期地震动,对比分析超高层建筑在远场长周期地震动和规范设计地震动作用下的结构响应特性、非结构响应特性,以及居住者感受程度。分析结果表明：在结构响应方面,相较于同概率水平的规范设计地震动,远场长周期地震动作用下结构的层间位移角增大约15%,楼层累积滞回耗能提高约100%;在非结构响应方面,相较于同概率水平的规范设计地震动,远场长周期地震动作用下的中部楼层的位移敏感构件损坏、顶部楼层的长周期附属设备加速度响应、家具滑动和居住者不安度相对显著。超高层建筑主要应通过提高结构耗能能力和控制非结构响应来应对远场长周期地震动。     

超高层建筑地震动强度指标探讨

地震动强度指标是建筑结构抗震设计的重要依据。该文以弯-剪耦合梁模型为基础,建立超高层建筑的简化分析模型,分析不同地震动强度指标与超高层建筑结构抗震设计控制指标的相关性、离散度及其随结构基本周期的变化规律。并通过上海中心大厦(高632 m)的倒塌分析实例对不同地震动强度指标的适用性进行验证。结果表明:PGV与超高层结构的层间位移角响应具有较好的相关性,且离散度最小,可作为超高层建筑结构抗震分析和地震响应分析的地震动强度指标。     

超高层建筑场地地震动参数的确定

基于抗震设计的重要性,以厦门某超高层建筑场地为例,在场地地震危险性概率分析的基础上,对场地土层进行了一维地震反应分析计算,确定了该工程场地地震动参数,为抗震设计提供了依据.     

美国NEHRP推荐抗震设计条文地震动参数的研究

为了满足国际工程中使用美国规范的需要以及借鉴美国抗震设计规范的先进经验,通过对NEHRP系列抗震设计条文的中地震动参数的研究,给出水平设计地震作用取值的确定依据、MCE及地面运动地图确定的方法及其发展演变的过程。通过对NEHRP2009及NEHRP2003下美国西部、中部及东部城市地震动参数的比较,指出全美不同地域地震动参数取值的差异分布及原因,并为今后国际工程的设计提供参考。     

地震动长周期反应谱数值计算方法研究

阐述了国内外反应谱的通用模型及计算方法,并指出其共性问题,简单介绍了等效线性化位移反应谱数值模型,探讨了抗震设计谱的发展趋势以及所涉及的新课题,从而促进抗震设计谱的研究。     

远场长周期地震动反应谱拐点特征周期研究

研究远场长周期地震动反应谱两个拐点周期的统计特征以及主要因素的影响规律。考虑震中距、震级和场地类型不同,筛选长周期成分丰富的破坏性浅源强震数字化记录,通过反应谱分析,基于Newmark-Hall模型计算加速度反应谱第一下降段特征点周期和第二下降段特征点周期,分析特征周期的变化规律。结果表明：第一下降段特征点周期和第二下降段特征点周期随震中距和震级的增大而增大,场地类型对第一下降段特征点周期有显著影响,而对第二下降段特征点周期的影响不显著;震中距和震级与第一和第二下降段特征点周期的秩相关性处于中等偏弱水平,表明该两个特征点周期随震中距和震级而变化,采用单一的震中距和震级估算设计反应谱的特征点周期,并非可靠;第一和第二下降段特征点周期的线性相关性为中等偏弱水平,现有规范以第一下降段特征点周期估算第二下降段特征点周期的线性模型并不适用于长周期地震动反应谱。考虑震中距、震级和场地类型的综合影响,给出了长周期地震动反应谱第一和第二下降段特征点周期的计算模型;依据四类场地上的统计平均值,给出第一和第二下降段特征点周期建议取值,可供规范修订时参考。     

适用于超高层建筑的改进地震动强度指标

地震动强度指标选取是基于性能抗震设计的重要组成部分,地震动强度指标是联系结构地震响应和地震动记录的关键参数。合理的地震动强度指标可以使结构地震响应预测结果更加准确。为此,以超高层建筑结构为基本研究对象,考虑超高层建筑结构地震响应中高阶振型参与显著的特点,并考虑地震动强度指标表达形式的简便性,提出了适合于超高层建筑结构抗震分析用的地震动强度指标,利用大量的时程分析给出了振型参与数量的取值方法;基于2个超高层建筑结构的倒塌分析实例,比较了建议的地震动强度指标和部分现有地震动强度指标对超高层建筑结构的适用性。分析表明:与已有的地震动强度指标相比,采用建议的地震动强度指标表征结构临界倒塌的地震动强度时,其变异系数最小,能较好地反映超高层建筑结构中高阶振型的影响,对超高层建筑结构的抗震设计具有较好的适用性。     

适用于超高层建筑的改进地震动强度指标

地震动强度指标选取是基于性能抗震设计的重要组成部分,地震动强度指标是联系结构地震响应和地震动记录的关键参数。合理的地震动强度指标可以使结构地震响应预测结果更加准确。为此,以超高层建筑结构为基本研究对象,考虑超高层建筑结构地震响应中高阶振型参与显著的特点,并考虑地震动强度指标表达形式的简便性,提出了适合于超高层建筑结构抗震分析用的地震动强度指标,利用大量的时程分析给出了振型参与数量的取值方法;基于2个超高层建筑结构的倒塌分析实例,比较了建议的地震动强度指标和部分现有地震动强度指标对超高层建筑结构的适用性。分析表明：与已有的地震动强度指标相比,采用建议的地震动强度指标表征结构临界倒塌的地震动强度时,其变异系数最小,能较好地反映超高层建筑结构中高阶振型的影响,对超高层建筑结构的抗震设计具有较好的适用性。     

Appropriate ground motion intensity measures for estimating the earthquake demand of floor acceleration-sensitive elements in super high-rise buildings

To characterise the functionality resilience of super high-rise buildings subjected to earthquakes, an investigation is conducted on the selection of appropriate ground motion intensity measures (IMs) for developing an efficient and sufficient correlation with peak floor acceleration (PFA) and floor acceleration response spectrum (FARS) for floor acceleration-sensitive building contents and equipment. The efficiency and sufficiency of 53 collected IMs are assessed with respect to PFA and FARS at selected floors of two example-frame core-tube super high-rise buildings. Two sets of ground motions, i.e. far-field and pulse-type near-field motions, are chosen to reflect the record-to-record variability in the investigation. The investigation indicates that with respect to PFA, the collected IMs can be divided into three different groups based on their efficiency. The ground-acceleration-related IMs, i.e. PGA (peak ground acceleration), EDA (Effective design acceleration) and A₉₅ (threshold of acceleration when 95% of Arias intensity is achieved), are shown to be efficient in either set of ground motions. Regarding FARS, the appropriate IMs are notably different from those in the case of PFA, from the perspective of efficiency as well as sufficiency. None of the collected IMs can maintain its sufficiency with respect to the magnitude and source-to-site distance in any case.     

Current situation and research of structural design for super high-rise buildings in China

With China's economic progress, super high-rise buildings have mushroomed from Yantze River delta and Pearl River delta to Circum-Bohai-Sea region and some second-tier cities. The applicability of frame-core tube, framed tube-core tube, mega frame-core tube and mega frame-core tube-mega support is described. With the increase in height, mega frame and mega support have found more applicatons. Composite structures are popular for super high-rise buildings. Based on the construction cost of collected buildings projects, the influences of height, seismic intensity and structural system on the cost of installation and civil engineering are analyzed. Issues of structural design and analysis, such as aerodynamics modification for wind-resistant and influence of structures on long-period responses, are discussed.     

超高层结构地震剪力系数限值研究

基于目前抗震设计规范中地震剪力系数限值的要求,针对目前国内高度较高(500m以上)的超高层建筑设计实际,介绍了地震剪力系数一般较难满足规范要求的情况,分析了超高层结构地震剪力系数的影响因素,指出结构周期、场地土特征周期是相对较为显著的影响因素,超高层结构阻尼比因变化幅度较小一般对地震剪力系数影响较小。分析了设计中提高地震剪力系数的方法。提出了地震剪力系数限值的一些建议,包括地震剪力系数限值与场地土类型相关、减小高度超高结构地震剪力系数限值等。     

超限高层小震设计与中震设计的对比分析

超限高层的抗震等级往往取为一级或特一级。较高抗震等级结构的内力调整系数较大,导致小震弹性设计内力放大较多,甚至超过中震的内力设计值。通过详细的分析,给出小震设计内力与中震设计内力的对比,并提出相应的设计建议,为实现性能设计提供参考。     

超高层建筑中钻孔灌注桩后注浆技术分析及其应用

近年来,钻孔灌注桩后注浆技术在超高层建筑桩基中应用日益广泛。本文根据工程实践资料,介绍了后注浆加固机理,分析了后注浆钻孔灌注桩的承载力和变形特性,总结了后注浆施工工艺关键参数的确定方法,归纳了现场施工质量控制的关键环节,例举了苏州某超高层建筑钻孔灌注桩后注浆技术的成功案例,对推广钻孔灌注桩后注浆技术在超高层建筑桩基中的应用具有一定的价值。     

超高压消防泵在超高层建筑的供水测试及应用分析

消防供水是超高层建筑火灾扑救的关键因素之一,通过试验测试超高压消防泵在超高层建筑的实际应用,获得压力、流量等关键技术参数。试验结果表明,供水高度303 m,水泵最高压力7.5 MPa,供水流量26.9 L/s,最大流量达到44.4 L/s,理论供水高度可超600 m,满足实际灭火需求。该系统具有压力高、流量大、可靠性高等优点,能有效解决超高层建筑消防供水难题。     

超高层施工监测系统的研发与应用

随着超大型结构的迅速发展,传统人工检测方法的工作效率与测量范围难以满足结构施工安全的需要,大量超限结构的施工安全缺少实测数据支持,有必要对大型施工监测系统进行深入研究。以京基金融中心为工程背景,对超高层施工监测系统进行研究,将施工全过程模拟技术运用于测点优化布置,依据施工模拟过程中的结构响应变化规律,制定合理的温度、竖向位移、应力测点布设方案;依据传感器和采集硬件的自身适用标准及相关选型原则,对二者进行具体的优化选型,并运用Labview平台开发超高层施工监测软件系统;将无线传输技术运用到系统监测中,制定无线分散式数据传输网络方案,解决复杂施工现场的数据实时传输问题;最后采用合理安装工艺及现场保护措施,对京基金融中心施工监测系统进行现场搭建,并进行现场数据采集。监测数据分析表明：系统工作稳定,数据趋势性良好,可以反映结构受日照及季节影响的温度变化规律,获得结构施工过程中的力学响应指标,为了解施工过程中的结构状态及相关工程决策提供实测依据,同时系统的建立与运行也为类似大型工程的高集成度及自动化施工监测的实施提供了参考。图19表2参17