高层建筑结构在地震作用下的扭转振动效应_徐培福
超限高层建筑结构抗震设计需重视的几个问题-徐培福

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7度,65层,305m
2层、5层楼板开大洞
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3. 结构方案设计中注意的问题
⑤ 结构两个正交方向的第一平动周期比大于0.8
– 天津嘉里中心,59层,200m – 调整前T1x=4.654s,T1y=3.653s,T1x/T1y=0.785
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3. 结构方案设计中注意的问题
⑥ 加强层伸臂桁架深入筒体剪力墙 伸臂桁架内力计算可不计楼板作用
– 层抗剪承载力计算中,加强层的斜撑承载力不能采用 25 绝对值的叠加
南京德基广场: 49层,209m, 11层、24层、37层设加强层
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Ki Vi / Ui
Ki Vi / Ui / hi
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3. 结构方案设计中注意的问题
④ 楼板大开洞
– 情况复杂 – 弹性楼板不计入平面外刚度,按大震计算楼 板应力 – 计算对竖向构件的不利影响
U2(m)
罕遇地震作用下,所有连廊隔震支座的最大变形分 别为39.5cm,支座选用最大位移量50cm
34
35
3. 结构方案设计中注意的 问题
⑧ 鞭梢效应的计算 按大震分析
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4. 对计算分析的要求
① 现有软件为结构工程师提供了十分必要的 分析工具,但仍需要工程师的分析判断 ② 弹性静力分析的计算原则严格遵守规范规 定 ③ 工程计算出现怪异情况的,设计工程师要 分析,软件工程师要及时改正
B12T1N B12T1S B12T2N B12T2S B23T2N B23T2S B23T3N B23T3S B35T3N B35T3S B35T5N B35T5S B56T5N B56T5S B56T6S B56T6N B69T6N B69T6S B69T9N B69T9S B78T7N B78T7S B78T8N B78T8S B89T8N B89T8S B89T9N B89T9S
东南大学成人教育学院工程结构抗震习题答案

东南大学成人教育学院工程结构抗震习题答案一、填空题1、构造地震为由于地壳构造运动造成地下岩层断裂或错动引起的地面振动。
2、建筑的场地类别,可根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为四类。
3、《抗震规范》将50年内超越概率为 10% 的烈度值称为基本地震烈度,超越概率为 63.2% 的烈度值称为多遇地震烈度。
4、丙类建筑房屋应根据抗震设防烈度,结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。
5、柱的轴压比n定义为 n=N/fc Ac(柱组合后的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比)6、震源在地表的投影位置称为震中,震源到地面的垂直距离称为震源深度。
7、表征地震动特性的要素有三,分别为最大加速度、频谱特征和强震持时。
8、某二层钢筋混凝土框架结构,集中于楼盖和屋盖处的重力荷载代表值相等G 1=G2=1200kN,第一振型φ12/φ11=1.618/1;第二振型φ22/φ21=-0.618/1。
则第一振型的振型参与系数j= 0、724 。
9、多层砌体房屋楼层地震剪力在同一层各墙体间的分配主要取决于楼盖的水平刚度(楼盖类型)和各墙体的侧移刚度及负荷面积。
10、建筑平面形状复杂将加重建筑物震害的原因为扭转效应、应力集中。
11、在多层砌体房屋计算简图中,当基础埋置较深且无地下室时,结构底层层高一般取至室外地面以下500mm处。
12、某一场地土的覆盖层厚度为80米,场地土的等效剪切波速为200m/s,则该场地的场地土类别为Ⅲ类场地(中软土)。
13、动力平衡方程与静力平衡方程的主要区别是,动力平衡方程多惯性力 和 阻尼力 。
14、位于9度地震区的高层建筑的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合为 wk w w Evk Ev Ehk Eh G E G S S S S S γϕγγγ+++=。
15、楼层屈服强度系数为)(/)()(i V i V i e y y =ξ 为第i 层根据第一阶段设计所得到的截面实际配筋和材料强度标准值计算的受剪实际承载力与第i 层按罕遇地震动参数计算的弹性地震剪力的比值 。
建筑结构的扭转地震效应

案例二:某大型桥梁的减震设计
大型桥梁在地震中容易发生较大的位 移和振动,因此需要进行减震设计。
同时,还需要考虑桥梁的结构形式、 跨度、墩台基础等因素,综合采取多 种减震措施。
设计时,可以采用减震支座、减震阻 尼器等减震装置,减小桥梁的振动幅 度和位移。
案例三:某历史建筑的加固改造
历史建筑由于年代久远,结构老 化,需要进行加固改造。
扭转地震效应是指地震过程中, 地面运动引起的建筑物扭转振动,
对建筑物造成破坏的现象。
扭转地震效应的重要性
随着城市化进程的加速,高层建筑越来越多,扭转地震效应对建筑结构的影响也越 来越显著。
建筑结构的抗震设计需要充分考虑扭转地震效应,以确保建筑物的安全性和稳定性。
研究建筑结构的扭转地震效应对于提高建筑结构的抗震性能、保障人民生命财产安 全具有重要意义。
加强连接
加强梁、柱、墙等构件 之间的连接,提高结构
的整体性。
增设支撑
增设支撑构件,提高结 构的抗扭刚度。
增加配重
设置防震缝
在关键部位小地震作用下的扭
矩。
抗扭材料选择
高强度钢材
采用高强度钢材,以提高结构 的抗扭刚度。
复合材料
采用复合材料,以增强结构的 抗扭性能。
欧洲建筑抗震设计规范(EC8)
欧洲联盟制定的抗震设计规范,旨在提高建筑物在地震中的安全性和稳定性。
抗震性能评估实践
震害调查与案例分析
通过对地震灾害中建筑物震害的调查和分析,总结抗震性能的优 缺点和经验教训。
数值模拟与仿真分析
利用数值模拟和仿真分析方法,对建筑物在地震作用下的响应进行 预测和评估。
实地检测与验证
结构响应
建筑结构的扭转地震效应表现为结构 构件的弯曲、剪切和扭曲变形,这些 变形会引发结构损伤和破坏。
高层型钢混凝土框筒混合结构抗震性能试验研究_徐培福

3
二 、模型设计与制作 模型模拟的实际结构为 30 层型 钢混凝 土框架-核 心筒结构 , 双轴对称 , 平面尺 寸 24m ×24m , 见图 1 。结 构总高 109m , 层高 :层 1 为 4.5m , 层 2 为 6.5m , 层 3 ~ 30 为 3.5m 。层 1 , 2 的框架柱间距为 12m , 层 3 及以上 各层的柱 距 为 7.5m 和 9m 。 筒 体 平面 尺 寸 为 9m × 9m , 占总面积的 13 %。框 架柱 采用 型钢混 凝土 柱 ;混 凝土筒体四角 和洞口 两侧 配置型 钢 , 成 为型钢 混凝土 剪力墙 ;梁采用钢梁 , 层 2 框 架设置 转换 层 , 转换 梁采 用型钢混凝 土梁 。 层 1 ~ 10 混凝土 强 度等 级为 C50 , 层 11 以上为 C40 。
第 35 卷 第 5 期
建 筑 结 构
2005 年 5 月
高层型钢混凝土框筒混合结构抗震性能试验研究
徐培福1 薛彦涛1 肖从真1 王翠坤1 孙慧中1 徐自国1 谷荣杰2
(1 中国建筑科学研究院 北京 100013 ;2 北京香江兴利房地产开发有限公司 100020)
[ 提要] 为了研究高层混合结构的抗震性能 , 进行了一个 30 层型钢混凝土框架-核心筒结构模型的拟静力试 验 , 结构层 2 为转换层 ,模型缩尺比例为 1∶10 。 介绍了模型设计 、试验概况和主要试验结果 。 试验发现 :型钢 混凝土框架与核心筒的协同作用 , 使整体结构有较高的承载力 , 也具有一定的延性 , 抗震性能较好 ;结构未发 生层剪切破坏 , 最终破坏模式是在倾覆力矩作用下底部核心筒受拉墙肢及受拉侧外框柱拉断 。 [ 关键词] 高层建筑结构 钢-混凝土混合结构 型钢混凝土 框架-核心筒结构 转换层 拟静力试验
浅议高层建筑结构设计中控制扭振效应的主要措施

黧。
塑二蕊凰浅议高层建筑结构设计中控制扭振效应的主要措施吕坚口兰£(长江大学工程技术学院,湖北荆州434020)在地震发生时,结构由于扭转效应产生的破坏是非常严重的,因此在高层建筑结构设计的过程中必须重视地震作用下结构的扭转振动效应。
在地震作用下,引起高层建筑扭转振动的原因有以下几个:不规则高层建筑都存在着质心和刚心不重合的问题;地震发生时,地面本身就存在扭转运动,这就不可避免的将引起建筑物的扭转振动;抗扭构件的非对称陛破坏碹将引起建筑物的扭转振动效应。
1注重概念设计由于地震及地震效应的随机性和复杂性,以及计算模型与实际情况的差异,使得地震时造成建筑破坏的程度很难准确预测。
因此,要进行精确的抗震计算是困难的,结构的抗震性能在更大程度上取决于良好的“概念设计”。
根据我国现行规范,概念设计应从以下几个方面把握:注意场地选择和地基基础设计,选择合理的抗震结构体系,尽量规则布置建筑结构,合理利用结构延性,同时重视非结构因素。
选择建筑场地时,宜选择有利地段,应避开不利场地。
在选择抗震结构体系时,对常用的抗震结构体系,如框架一抗震墙体系,筒体结构,巨型结构体系等,应注意使其具有明确的计算简图和合理的地震作用传递路径,因此应尽量使结构体型简单,平、立面布置应尽量规则、对称,质量和刚度变化宜均匀,具有良好的整体性。
最好能设置多道抗震防线,如增加结构超静定次数,设置人工塑性铰,利用框架的填充墙、耗能装置等。
同时,宜使结构体系具有合理的刚度和承载力分布,避免大的应力集中和塑性变形集中。
2抗侧力构件的合理布置水平地震作用是一种双向现象,因此结构必须能抵抗任何方向的水平地震作用,相应地,结构构件应布置成能提供任何方向的抗力。
通常将结构构件组成正交面内的结构网格,以保证在两主轴方向有相近的抗力和刚度特征。
设计中,对建筑结构刚度大小的选择,在试图将地震作用效应减至较小的同时,并应考虑到不能由于P~△效应而导致结构整体失稳的过大位移发展,也不应因结构刚度不足,层间位移过大,使非结构构件严重破坏而造成重大的经济损失。
浅谈高层建筑结构中的抗扭设计

浅谈高层建筑结构中的抗扭设计【摘要】地震的发生,对于高层建筑的破坏是巨大的,这主要是由于地震使得建筑产生扭转所引发的损失。
因此,在建筑设计的时候,要加强对建筑的抗震设计。
本文将重点对建筑地震中抗扭设计进行阐述。
【关键词】高层建筑;结构设计;抗扭设计一、前言地震是一种常见的自然灾害。
在地震发生的时候,会使得高层建筑结构在受到平移和剪切的影响,而且还有使建筑发生绕刚度中心的扭转效应。
通过大量震害数据分析表明,扭转是造成高层建筑结构破坏的一个重要因素。
因此一定要对高层结构的扭转问题予以高度重视。
二、引起结构扭转的因素1、建筑结构扭转振动主要由以下两方面因素引起(1)来自外来作用地震时地面质量间具有运动的差别性,使地面不仅产生平动分量,同时也产生转动分量,正是后者迫使结构产生了扭转。
但由于地震观测的工作条件复杂,使得扭转分量的相关理论和计算方法还不成熟,一些实际技术工作也没能得到解决,所以目前的抗震规范都没有给出地震扭转分量的计算公式。
但我国规范中考虑了其影响:当不对规则结构进行扭转耦联计算时,应将平行于地震作用方向的两个边榀的地震作用效应乘以一个适当的增大系数,通常短边可取1.15,长边可取1.05,若扭转刚度较小,则增大系数不宜小于1.3。
(2)建筑结构本身因素当建筑结构的刚度中心没有与质量中心重合时,会导致地震作用下结构的扭转振动。
就算各层的刚心与质心重合,但建筑整体的质心不在同一轴线上,也会受到地面运动的扭转分量、活荷载的偏心及其他复杂因素的影响,也会引起结构的扭转振动。
造成扭转破坏的一个重要原因是平面刚度是否均匀,而剪力墙的布置是影响刚度是否均匀的主要因素。
2、建筑结构的平面和立面布置(1)平面布置地震区的高层建筑,最好采用圆形、方形或矩形平面,椭圆形、扇形、正六边形、正八边形也可以采用。
虽然三角形平面看起来也比较简单和对称,但它并非沿主轴方向都对称,地震时也易产生较强的扭转振动,所以地震区高层建筑的现状尽量避免采用三角形。
高层建筑结构设计中扭转效应的控制措施

⾼层建筑结构设计中扭转效应的控制措施2019-09-13摘要:⽂章对结构扭转机理及扭转变形做了简单分析,结合⼯程实践,提出了⼀些⾼层建筑结构设计中扭转效应的控制措施。
关键词:⾼层建筑;结构设计;扭转效应;控制措施Abstract: the paper analyses the mechanism and torsional deformation structure reverse do a simple analysis, combined with the engineering practice, this paper puts forward some high-rise building structural design of controlling torsion effect of the measures.Keywords: high building; Structure design; Torsion effect; Control measures中图分类号:S611⽂献标识码:A ⽂章编号:1引⾔国内外历次震害表明,当结构平⾯不规则、质量中⼼与刚度中⼼偏差较⼤或者结构的抗扭刚度较⼩时,地震时会产⽣较⼤的扭转效应,使得结构产⽣较严重的破坏。
国内⼀些振动台模型的试验结果也表明了这⼀点。
因此,《⾼层建筑混凝⼟结构技术规程》(JGJ3―2002)(以下简称《⾼规》)针对扭转控制提出了⼀些控制措施及控制参数,防⽌结构出现较⼤的扭转反应⽽导致破坏。
下⾯结合⼯程实例讨论下在⾼层建筑结构的设计中如何对结构的扭转进⾏控制。
2结构扭转机理及扭转变形分析2.1结构扭转机理根据材料⼒学可知,当⼀个构件受到扭矩作⽤时,离构件刚度中⼼越远的地⽅剪应⼒越⼤,剪切变形也越⼤。
在整体建筑结构中,当结构受到扭矩作⽤时,竖向构件将承受剪⼒。
如图1所⽰的⼀均匀对称的结构,质⼼和刚⼼重合于O点,当结构受到⼀扭矩T,那么将在各柱中产⽣F1和F2的剪⼒。
超限高层建筑结构基于性能的抗震设计--徐培福

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剪力墙结构,170米,中震不屈服
超限高层建筑结构基于性能的抗震设 计--徐培福
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外支撑框架无楼板连接
超限高层建筑结构基于性能的抗震设 计--徐培福
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花隔外框加普通 外框,楼板不连 续,梁加强,中 震不屈服,试验
超限高层建筑结构基于性能的抗震设 计--徐培福
楼板作用
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超限高层建筑结构基于性能的抗震设 计--徐培福
4. 实例
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超限高层建筑结构基于性能的抗震设 计--徐培福
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大连国贸 330米, 内筒外框, 中震下弹 性,内筒 大震下不 剪坏,外 框25%总 剪力,斜 撑剪力墙 试验。
超限高层建筑结构基于性能的抗震设 计--徐培福
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超限高层建筑结构基于性能的抗震设 计--徐培福
1. 性能目标的选定
建筑物性能目标=在某一设定的地震地面 运动下(小震、中震、大震),建筑物的 性能水准。
建筑物的性能水准为结构的性能水准,与 非结构性能水准各种组合。
对“超限”高层结构抗震设计,先不涉及 非结构,将结构的安全性能水准具体化。
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超限高层建筑结构基于性能的抗震设 计--徐培福
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120米,框 支层中震 不屈服, 减少扭转 效应,楼 板连接部 位出铰进 行复核。
超限高层建筑结构基于性能的抗震设 计--徐培福
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连接体及相 邻墙体中 震不屈服, 竖向地震 时程分析, 连体跨中 6-7倍, 模型试验。
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超限高层建筑结构基于性能的抗震设 计--徐培福
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2.2 计算模型 (1)初始系统 高层建筑结构平面如图 1 。 建
立坐标系 , 使 X 、Y 轴与主振型方向重合 , 原点位于 刚度中心 和质心 的重 合点 O , 这就使 每一 楼层 的 u0 、v 0 、θ0 三个自由度互不耦连 。 按照通常的方法 建立结构的平衡方程 , 然后对总体刚度阵和总体质 量阵作凝聚处理 , 这样仅保留结构顶部的三个自由
[ 2] 及本文 2.1 节所述的假定 , 取 : S a(ξ1 , λ1)=(T g/ T 1)0.9 αmax g
S a(ξ2 , λ2)=(T g/ T 2)0.9 αmax g
(20)
式中 , g 为重力加速度 。并取耦连系数为 :
ρ12 = 1+
λ1 λ2
0.02 1-
λ1 1.5
λ2
λ1 λ2
作者认为 , 高层建筑结构的抗震设计应该考虑扭 转振动效应 , 特别是扭转与平移振动的耦连反应引发 的动力放大作用 。 为此 , 研究提出了考虑扭转与平移 振动耦连反应的近似计算公式 , 分析了影响扭振效应 动力增大的主要因素 , 并在此基础上提出了考虑扭振 效应偶然性及动力增大作用的抗震设计建议 。
Response of Torsional V ibration of Tall Building Structures Induced by Seismic Action
XU Pei-f u , HUANG Ji-f eng , WEI Chen-gi
(China Academy of Building Research , Beijing 100013 , China)
度 u0 、v 0 、θ0 。鉴于这三个自由度互不耦连 , 当研究 X 向地震作用时 , 可以去除无关的 Y 向位移 v 0 , 结 构的刚度阵和质量阵可表示为 :
K0
=
Kl 0
0 Kt
(1)
M0
=
ml 0
0 mt
(2)
式中 , K l 、K t 分别为凝聚后的结构顶部的侧向刚度 与扭转刚度 ;m l 、m t 分别为凝聚后的结构顶部的质
2
建 筑 科 学 第 16 卷
2 高层建筑结构考虑扭转与平移振动耦连 反应的近似计算公式
2.1 基本假定
本近似计算方法主要是针对结构竖向布置比较 均匀的高层建筑结构 , 其一阶侧振及扭振周期大于
场地特征周期(T g)。 公式推导中引入刚性 楼板假 定 ;考虑一阶侧移振型与一阶扭转振型的耦连反应 , 忽略高阶振型的影响 。
Y 1 d=ef Y
Y2
~
(1 4)
其中 :Y 是主振型坐标 。可得 :
M
* i
··
Y
i
+C
* i
·
Y
i
+K
* iYi来自=- φ ~ Ti MB~ ax(t )
(i =1 , 2)
(1 5)
其中
:M
* i
=
φ ~ Ti M
φ~ i ,
C
* i
=φ ~ Ti C
φ~ i ,
K
* i
=φ ~ Ti K
φ~ i
2
+0.01
λ1 λ2
(21)
采用 CQC 法 , 考虑一阶侧振和一阶扭振的交
互影响 , 可求得结构顶部相对扭 转响应 θr/ u 的近
似计算公式如下 :
θr u
=
r
θ21 +θ22 +2ρ12 θ1 θ2
u
2 1
+u
2 2
+2ρ12 u1 u2
=
1 e/ r
g
2 1
+
λ1 λ2
1.1
g
2 2
φ~ 2 =(u2 , θ2)T =(-e λl , λl -λ2)T (2)偏心系统在侧向地震作用下的响应
(11)
偏心系统在侧向 地震作用下的动力平衡方程
为:
··
·
··
MX ~
+CX ~
+K X~
=-MX ~
g
(12)
其中 :X~
=(u
,
θ)T
;C
为阻尼阵
··
;X ~
g
为地面运动加
速度向量 , 可如下表示 :
=e2
λ2l
-e λl +r 2(λl -λ2)2
将式(16)展开 :
(1 7)
u1 = f 1
e r
,
λt λl
·
S
a(ξ1 , λ1
λ1)
u2 = f 2 θ1 = g1
e r
,
λt λl
·
S
a(ξ2 , λ2
λ2)
e r
,
λt λl
·
S a(ξ1 , λ1) e λ1
(1 8)
θ2 = g2
e r
,
λt λl
·
S a(ξ2 , λ2) e λ2
式中 :
f1 = g1 =
e2
e r
r
2
+
1
-
λ1 λl
2 , f2 =
e r
e r
2
2
λ1 λl
-1
+
1
-
λ1 λl
2 , g2 =
e2
r
e r
2
+
1
-
λ2 λl
2
e r
2
λ2 λl
-1
e r
2
+
1
-
λ2 λl
2
(1 9)
依据 GBJ 11 -89《建筑抗震设计规范》 、文献
λ2)
(1 6)
式中 , Sa(ξ, λ)为加速度谱曲线函数 ;ξ为振型阻尼
比 , 取 ξ1 =ξ2 =0.05 ;γ1 、γ2 为振型参与系数 , 表达 式如下 :
γ1
=
φ ~ T1 MB~ φ ~ T1 M φ~ 1
=e2
λ2l
-e λl +r 2(λl -λ1)2
γ2
=
φ ~ T2
MB ~
φ ~ T2 M φ~ 2
[ 摘 要] 研究了高层建筑结构在地震作用下扭 转与平移振动的 耦连反应 及其近 似计算 , 分析 了影响 扭转振 动效应 动
力增大的主要因素 , 并提出考虑扭转振动效应 的抗震设计建议 。
[ 关键词] 高层建筑结构 ;扭转振动效应 ;抗震设计 [ 中图分类号] T U 973+.31 ;T U973 +.2 [ 文献标识码] A
分别为主振型坐标中的广义质量 、阻尼和刚度 。
利用 杜哈曼 积分 可直 接给 出微 分方 程(1 5)的 稳
态解 。在此基础上 , 利用反应谱理论 , 可以求出各振
型上的位移分量为 :
(u 1
,
θ1)T
=
γ1 λ1
φ ~ 1 S
a(ξ1 ,
λ1)
(u 2
,
θ2)T
=
γ2 λ2
φ ~ 2 S
a(ξ2 ,
(1)偏心系统的固有振动特性(X 向)
偏心系统的特征值问题 :
K l eK l eK l K t +e2K l
u θ
=λ
ml 0
0 mt
u θ
(7)
其特征方程为 :
λ2 -
Kt
+K l e2 mt
+mK
l l
λ+Km
l l
·
Kt mt
=0
(8)
定义 r =
m m
t l
为系统回转半
径
,
[ Abstract] In this paper the crossed-response of torsional and translational vibration of tall building structures under seismic actio n and the approx imate calculation about the crossed-response are studied .T he main factors effecting on dynamic enlargement of the
量与转动惯量 。
图 1 高层建筑结构平面
该初始系统的侧振和扭转的特征值分别为 :
λl =mK
l l
λt =
K m
t t
(3)
(2)引入质量偏心后的系统(简称偏心系统)
如图 1 , 若地震作用方向为 X 向 , 令质心在垂直于侧
振方向上沿 Y 轴移动距离 e 至 A 点 , e 为偏心距 。 A 点的位移向量为(u 、θ)T , 由刚性楼板假定可得 :
个是 e/ r (可称为相对偏心距);另一个是特征值比
值 λt/ λl , 也可用周期比 T t/ T l 代替 λt/ λl 。
λt λl
=(T
1 t/ T
l)2
(23)
式中 , T t 为一阶扭转振动周期 ;T l 为地震作用方向 的一阶侧移振动周期 。
为清楚起见 , 可将式(22)汇总为 :
θr u
实际上 , 高层建筑结构在地震作用下的扭转振 动是难以避免的 。 这是由于地面的扭转运动(地面 运动的相位差)将引发建筑物的扭转振动 , 建筑物质
[ 收稿日期] 1999 -10 -16 [ 基金项目] 国家自 然科学 基金委 员会和 建设部 联合资 助重大 项目
(项目批准号 :59895410)
量分布不均匀变化 、结构刚度计算的局限性 、设计假 定的正确程度以及抗扭构件的非对称性破坏等也将