长周期地震动频谱特性与长周期地震动作用下高层建筑结构抗震性能研究

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高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策

高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策【摘要】高层建筑在抗震设计中存在诸多问题，如设计标准滞后、结构设计不合理、施工工艺不当、监理不严格等。

为提高抗震性能，需加强设计标准修订、优化结构设计、控制施工质量、严格监理、协调抗震与节能设计。

通过这些对策，能有效提升高层建筑的抗震能力，确保建筑安全稳定。

【关键词】高层建筑、结构、抗震设计、设计标准、抗震性能、施工工艺、材料选择、监理、质量控制、节能设计、对策、修订、更新、优化、施工质量、监理力度、协调、双赢。

1. 引言1.1 高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策高层建筑作为城市的地标性建筑，其结构抗震设计至关重要。

在实际工程实践中，高层建筑结构抗震设计存在着诸多问题，需要采取相应的对策进行解决。

设计标准滞后，无法满足实际需求。

当前的抗震设计标准与高层建筑结构的复杂性和变化性不相适应，需要加强标准的修订和更新。

结构设计不合理，抗震性能不足。

一些高层建筑的结构设计存在缺陷，导致其在地震等自然灾害中易受损，需要优化结构设计，提高抗震性能。

施工工艺和材料选择不当也会影响结构抗震性能。

在施工过程中，需严格控制施工工艺和材料质量，确保符合抗震要求。

监理不到位、质量控制不严格也是问题之一，需要加强监理力度，确保施工质量。

抗震设计与节能设计之间存在矛盾，需要协调抗震设计与节能设计，实现双赢。

为了提高高层建筑结构的抗震性能，需要全面思考这些问题，并采取相应的对策，以确保高层建筑结构在面对各种自然灾害时能够安全稳固地屹立不倒。

2. 正文2.1 问题一：设计标准滞后，无法满足实际需求设计标准滞后是高层建筑结构抗震设计面临的主要问题之一。

由于抗震设计标准的滞后，很多高层建筑的结构设计并不能满足当前社会的实际需求，造成了抗震性能不足的情况。

设计标准的滞后意味着设计中所采用的抗震参数和计算方法可能已经过时，无法充分考虑到地震对建筑结构的影响。

随着地震工程领域的不断发展和新技术的涌现，原有的设计标准已经难以满足当前的抗震需求。

如何在工程力学中评估结构的抗震性能？

如何在工程力学中评估结构的抗震性能？地震是一种极具破坏力的自然灾害，给人类的生命和财产带来了巨大的威胁。

在工程建设中，确保建筑物和结构在地震作用下的安全性至关重要。

而评估结构的抗震性能则是实现这一目标的关键环节。

接下来，让我们深入探讨如何在工程力学中评估结构的抗震性能。

首先，我们需要了解地震对结构的作用机制。

地震产生的地面运动是一种复杂的随机过程，包括水平、垂直和扭转等多种运动形式。

这些运动通过基础传递给结构，使结构产生惯性力和变形。

结构在地震作用下的响应取决于其自身的特性，如质量、刚度、阻尼等，以及地震动的强度、频谱特性和持续时间等因素。

在评估结构的抗震性能时，结构分析是必不可少的一步。

常用的结构分析方法包括静力分析、动力分析和非线性分析等。

静力分析是一种简单的方法，通过施加等效的静态水平力来模拟地震作用，计算结构的内力和变形。

这种方法适用于规则、刚度较大的结构，但对于复杂结构和在强震作用下可能进入非线性状态的结构，其准确性有限。

动力分析则更加精确地考虑了地震动的时间历程和结构的动力特性。

其中，振型分解反应谱法是一种广泛应用的动力分析方法。

它基于结构的振型分解和地震反应谱，计算结构在地震作用下的响应。

时程分析法则直接输入地震动加速度时程，通过数值积分求解结构的动力方程，得到结构在整个地震过程中的响应。

这种方法能够更真实地反映结构在地震作用下的非线性行为，但计算量较大，对计算资源要求较高。

非线性分析是评估结构抗震性能的重要手段，特别是对于在强震作用下可能发生显著非线性变形的结构，如钢筋混凝土结构。

非线性分析可以考虑材料的非线性特性，如混凝土的开裂、钢筋的屈服等，以及构件和节点的非线性行为，从而更准确地预测结构在地震作用下的破坏模式和极限承载能力。

除了结构分析，材料的力学性能也是评估抗震性能的关键因素。

在地震作用下，结构材料需要具备足够的强度、延性和耗能能力。

例如，钢筋混凝土中的钢筋应具有良好的屈服后变形能力，混凝土应具有一定的抗拉强度和韧性。

高层建筑与桩土共同作用抗震性能

高层建筑与桩土共同作用的抗震性能探讨摘要：地震作用的本质是土体-结构物在地震激励下产生的响应问题。

由于上覆土层对来自基岩的地震激励具有放大或过滤的双重效应，使得结构产生的地震响应具有不同的振动特性。

研究表明，对于地基地表反应或基岩地震动，根据上覆土层性质反演或正演得到土层中每点处的地震动，对基础或桩基础进行多点输入更为合理。

关键词：高层建筑，上部结构，共同作用，抗震一、结构模型某一钢筋混凝土框架-剪力墙结构，总高度31.5m，共10层，底层层高4.5m，2~10层层高为3m，柱网尺寸为6m×6m，承台板厚为800mm，采用柱下桩基，共12根桩，桩长17.5m。

柱网及剪力墙布置见图1。

以大型通用有限元分析软件ansys为平台，建立框架剪力墙上部结构-桩-土耦合有限元模型，以时域有限元方法进行框架剪力墙上部结构-桩-土耦合模型的水平地震响应分析。

场地土采用有限元模型，采用粘弹性人工边界模拟地震能量向远场的耗散效应，横向每3m划分一个单元，纵向每3m划分一个单元；框架梁、柱以及桩采用beam188单元模拟，梁、柱延长度方向每1.5m划分一个单元，桩沿长度方向每3m划分一个单元；楼板、剪力墙及承台板采用shell单元模拟，楼板、剪力墙以及承台板均沿边长每3m划分一个单元。

土-桩-框剪上部结构耦合有限元模型如图图2所示。

二、地震时程响应分析对土-桩-框架剪力墙上部结构耦合动力相互作用体系进行地震时程响应分析，输入三条天然地震动记录，分别为天津波、el-cento 波和汶川波，本文按基本烈度为7度对三条天然地震动进行峰值修正，修正后最大加速度值为122.625cm/s2。

不同地震动输入情况下，土-桩-框剪上部结构耦合系统的顶层加速度时程响应以及1、7层的位移时程响应分别见图3和图4。

同理分析并对比上部为框架结构可得到，当上部结构采用框架-剪力墙结构时，考虑相互作用与不考虑相互作用情况下的结构顶层峰值加速度响应差异较上部结构采用框架情况下要明显，由此可以推断，考虑相互作用与否对刚性较大的框架-剪力墙结构地震加速度响应的影响要比对刚性较小的框架结构显著。

地震工程学地震动特性

• 软土地基上地震动记录的卓越周期显著，而硬土地基上的地震动记录则包含多种频率成分。
8
3.3 地震动特性 3.3.2 地震动频谱特性
• 地基状况相同，震级与震中距不同
• 震级越大，地震动记录中长周期（低频）分量越显著；
• 震中距越远，地震动记录中的长周期（低频）分量越显著；
9
3.3 地震动特性 3.3.2 地震动频谱特性
F
m
xg
x max
✓ 意义：数学上当 x xm时ax
Fourier变换： F( )
xg(t)e i tdt
F( )
T
0 xg(
)e i
d
T
0 xg( )cos d
T
i 0 xg( )sin d
F( )
T
2
0 xg( )cos d
T
2
0 xg( )sin d
无阻尼的相对速度反应谱： Sv( )
t
0 xg ( ) cos[ (t
T
2
0 xg( )cos d
傅里叶变换对复数表达
x(t)
C ei(2 kt/T ) k
k
k
1 T
df ,Tk
f
x(t)
TCk ei2 (k/T )t
1 T
F f ei2 ftdf
1
2
F w ei tdw
连续傅里叶变换对
F f TCk
x t e i(2 ft)dt
x t e i tdt
傅里叶谱
Ff
TCk
T 2
Ak2
Bk2
✓ 初始条件： x(0) 0 x(0) 0
✓ 运动方程的解：令 D 1 2

长周期地震动的场地效应与大跨桥梁结构的动力响应分析

ＺＮｎｍｎＣＥｉｇｕＡＧＭｉｇｉｇＨＮＱｎｊｎ
（ｔｅＫｙＬｂｒｔｙｏｉｓｒＲｄｃｏｉｌｎｉｅｒｇＴｎｉｎｖｒｔ，ｈｎｈｉ００２ＣｉａＳａｅａｏａｒｆｓｔｅｕｔｎｉＣｖｇｅｎ，ｏ￣ｉｓｙＳａｇａ２０９，ｈ）ｔｏＤａｅｉｎｉＥｎｉＵｅｉｎ
了动力响应分析。结果表明，长周期地震波作用下桥梁结构基底反力及主要截面内力的最大值均大于
普通地震波作用下的结果，地震波行波输入对桥梁结构主要截面内力产生较大的影响。
关键词基岩长周期地震波，地效应，大跨桥梁结构，长周期地震反应分析场
ｂｉｇｔｃｒｓｕｊｃｅｎ —ｅｏｒｕｄｍｔｎＩｉｐｐｒｔｏｔｉｌｅｒｃｅｍｃｗｖｓｅｅｒｅｓｔｅｂｅｔｔｌｇｐｒｄｇｏｎｏｉ．ｎｔｓａｅ，ｐｃｄｏｋｓｉｉａｅｒｄｕｒｕｓｄｏｏｉｏｈｗｙａｂｓｗ
ｒｓｏｓｆｏｅｓｔｏｌｗａｎａｙｅｎｔｕｆｃｅｓｃｒｓｏｓｉｔｒｓｃｌｕａｅ．ｎｔｅｅｄ，ｈｓｅｐｎｅｏｎｉｓｉｅｓａｌｓｄａｄｉｓｓｒａｅｓｉｍｉｅｐｎｅｈｓｏｙｗａａｃｌｔｄＩｈｎｔｉｓｉｍｉｉｔｒｓｔｋｎａｎｕｏａａｙｅｄｎｍｉｅｐｎｅｏｎｏｇｓａｒｄｅｓｒｃｕｅＩｓｓｏｅｓｃｈｓｏｗａａｅｓｉｐｔｔｎｌｚｙａｃｒｓｏｓｆｏｅｌｎ — ｐｎｂｉｇｔｔｒ．ｔｗａｈｗｎｙｕｔａｈｘｍｕｒａｔｏｏｃｓａｄｔｅｍａｎ—ｅｔｏｏｃｆｔｅｂｒｄｅａｅｂｇｅｄｒｌｎ－ｅｏｅｓｃｈｔｔｅｍａｉｍｅｃｉｎｆｒｅｎｈｉｓｃｉｎｆｒｅｏｈｉｇｒｉｇｒｕｎｅｏｇｐｒｄｓｉｍｉｉｗａｅｈｎｔａｎｅｅｅａｅｓｃｗａｅ，ｎｄｔｅｒｓｔｎｉａｅｔａｈｅｍａｎｓｃｉｎｆｒｅｏｏ — ｐｎｖｓｔａｈｔｕｄｒｇｎｒｌｓｉｍｉｖｓａｈｅｕｌｉｄｃｔｈｔｔｉ — ｅｔｏｏｃｆｌｎｇｓａｓｂｄｇｌｅｇｅｔｆｅｔｄｂｈｅｅｃｔｔｎｏｒｖｌｇｗａｅ．ｉｒｅｗｉｂｒａｌａｆｃｅｙｔｘｉｉｆｔａｅｉｖｓｌｙａｏｎＫｅｙｗｏｄｓｌｎ — ｅｏｅｒｃｅｓｃｗａｅ，ｓｔｅｆｃ，ｌｎ —ｐａｒｄｅｓｒｃｕｅ，ｌｎ — ｒｏｓｉｍｉｒｏｇｐｒｄｂｄｏｋｓｉｍｉｖｉｉｅｆｅｔｏｇｓｎｂｉｇｔｔｒｕｏｇｐｅｉｄｅｓｃ

高层建筑结构设计思考题答案-(2)

第二章2.1钢筋混凝土房屋建筑和钢结构房屋建筑各有哪些抗侧力结构体系？钢筋混凝土房屋建筑和钢结构房屋建筑各有哪些抗侧力结构体系？每种结构体系举1~2例。

答：钢筋混凝土房屋建筑的抗侧力结构体系有：框架结构(如主体18层、局部22层的北京长城饭店)；框架剪力墙结构（如26层的上海宾馆）；剪力墙结构（包括全部落地剪力墙和部分框支剪力墙）；筒体结构[如芝加哥Dewitt-Chestnut公寓大厦（框筒），芝加哥John Hancock大厦（桁架筒），北京中国国际贸易大厦（筒中筒）]；框架核心筒结构（如广州中信大厦）；板柱-剪力墙结构。

钢结构房屋建筑的抗侧力体系有：框架结构（如北京的长富宫）；框架-支撑（抗震墙板）结构（如京广中心主楼）；筒体结构[芝加哥西尔斯大厦（束筒）]；巨型结构（如香港中银大厦）。

2.2框架结构、剪力墙结构和框架----剪力墙结构在侧向力作用下的水平位移曲线各有什么特点？答：(1)框架结构在侧向力作用下，其侧移由两部分组成：梁和柱的弯曲变形产生的侧移，侧移曲线呈剪切型，自下而上层间位移减小；柱的轴向变形产生的侧移，侧移曲线为弯曲型，自下而上层间位移增大。

第一部分是主要的，所以框架在侧向力作用下的水平位移曲线以剪切型为主。

(2)剪力墙结构在侧向力作用下，其水平位移曲线呈弯曲型，即层间位移由下至上逐渐增大。

(3)框架-剪力墙在侧向力作用下，其水平位移曲线呈弯剪型, 层间位移上下趋于均匀。

2.3框架结构和框筒结构的结构构件平面布置有什么区别?答：(1)框架结构是平面结构，主要由与水平力方向平行的框架抵抗层剪力及倾覆力矩，必须在两个正交的主轴方向设置框架，以抵抗各个方向的侧向力。

抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。

框筒结是由密柱深梁组成的空间结构，沿四周布置的框架都参与抵抗水平力，框筒结构的四榀框架位于建筑物的周边，形成抗侧、抗扭刚度及承载力都很大的外筒。

2.5中心支撑钢框架和偏心支撑钢框架的支撑斜杆是如何布置的？偏心支撑钢框架有哪些类型？为什么偏心支撑钢框架的抗震性能比中心支撑框架好？答：中心支撑框架的支撑斜杆的轴线交汇于框架梁柱轴线的交点。

地震动特性与反应谱

生命线工程
扭转问题大跨度空间伸展
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4.3 地震动及其特征参数
相关性类别
同一地点多维地震动分量之间的相关性
水平与水平竖向与水平
不同地点地震动的相关性——空间相关性
不同地理位置之间地震动的相关性同一地理位置不同深度处地震动的相关性
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4.3 地震动及其特征参数
相关性类别
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与之对应，强地震加速度的合成也存在三个基本类别： 1）一般工程方法（以依赖于场地的反应谱为目标） 2）半经验综合方法（考虑震级、距离、场地的综合影响） 3) 理论或半理论方法（考虑发震断层的影响）
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简要介绍人工合成地震波的一般方法：
这类方法主要是现象学方面的数学模拟结果。
对于加速度过程,可以改写成:
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4.2.3 地震动加速度过程的频域表示
强震加速度时程是强震记录的直接结果，而且由于地震动的速度、位移与加速度有直接的积分联系，因此对加速度的随机过程描述研究较多。分频域描述和时域描述
频域描述：首先采取用平稳随机过程的方式来描述。二阶平稳过程的概率特征可以用功率谱密度表示。
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第四章地震动特性与反应谱
4.1 地震观测技术 4.2 地震动的随机过程描述 4.3 地震动及其特征参数 4.4 地震动反应谱 4.5 强震加速度合成
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4.1地震观测技术
地震动：指由震源释放出来的地震波引起的地面运动。这种地面运动可以用地面质点的加速度、速度或位移的时间函数表示。地震动的显著特点是其时程函数的不规则性。
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1）概率密度形式：
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2）特征函数形式：

框架结构抗地震倒塌能力的研究汶川地震极震区几个框架结构震害案例分析

框架结构抗地震倒塌能力的研究汶川地震极震区几个框架结构震害案例分析一、本文概述本文旨在深入研究框架结构在地震中的抗倒塌能力，特别是在汶川地震极震区的实际震害案例分析基础上，探讨框架结构的抗震性能和失效机制。

汶川地震是中国历史上一次具有极大破坏性的地震，其极震区的震害情况尤为严重，为我们提供了宝贵的震害数据和实际案例。

本文通过分析这些案例，旨在提升对框架结构抗震性能的理解，为未来的抗震设计和防灾减灾提供科学依据。

文章首先将对框架结构的基本特性和抗震设计原理进行概述，为后续的分析和讨论提供理论基础。

随后，将详细介绍汶川地震极震区的几个典型框架结构震害案例，包括震害现象、破坏程度和影响因素等。

通过对这些案例的深入分析，我们将揭示框架结构在地震中的倒塌机制和薄弱环节，探讨现有抗震设计方法的优点和不足。

在此基础上，文章将进一步研究提高框架结构抗地震倒塌能力的有效措施和方法。

结合震害案例的分析结果，我们将探讨如何优化框架结构的抗震设计，提高结构的延性、耗能能力和整体稳定性。

还将关注新型抗震材料和技术的应用，以期在未来抗震设计和防灾减灾工作中取得更好的效果。

本文将对研究成果进行总结，并提出对未来研究方向的展望。

通过本文的研究，我们期望能够为提升我国框架结构抗震性能提供有益的建议和参考，为保障人民群众生命财产安全做出积极贡献。

二、框架结构的抗地震倒塌能力分析框架结构作为一种常见的建筑结构形式，其抗地震倒塌能力一直是工程界和学术界研究的重点。

在汶川地震极震区的震害案例分析中，我们可以发现，框架结构的抗地震倒塌能力受到多种因素的影响，包括结构设计、材料性能、施工质量、地震动特性等。

从结构设计的角度来看，合理的抗震设计是提高框架结构抗地震倒塌能力的关键。

在汶川地震中，一些遵循了现行抗震设计规范的框架结构表现出了较好的抗震性能，能够在地震中保持结构的整体性和稳定性。

然而，也有一些框架结构由于设计上的不足，如结构布置不合理、节点连接不牢固等，导致在地震中出现了严重的破坏甚至倒塌。

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长周期地震动频谱特性与长周期地震动作用下高层建筑
结构抗震性能研究
长周期地震动频谱特性与长周期地震动作用下高层建筑结构抗震性能研究
地震是一种自然灾害，对于高层建筑结构来说，地震作用是一项重要的考虑因素。

长周期地震动频谱特性与地震作用下高层建筑结构的抗震性能研究成为了当前结构工程领域的热点。

本文将围绕这一主题展开。

地震是地球上地壳运动的结果，它有着多种震动周期。

地表和结构震动一般分为两种：短周期地震动和长周期地震动。

短周期地震动主要指波长在1秒以下的地震动，而长周期地震动则指波长在1秒以上的地震动。

长周期地震动频谱特性研究主要是探索地震动在不同周期下的能量分布情况，以及对建筑结构的影响。

高层建筑结构是指在地震作用下容易受到影响的建筑物，因此其抗震性能研究尤为重要。

长周期地震动作用下的高层建筑结构的抗震性能研究，可以帮助我们更好地了解结构在地震动作用下的响应和破坏机理，为结构设计和抗震设计提供理论依据。

同时，对于防震减灾工作也具有重要的指导价值。

长周期地震动频谱特性主要受到地震波类型、震源和传播路径等因素的影响。

地震波类型通常分为体波和表面波两种，其中体波包括P波和S波，表面波包括Rayleigh波和Love波。

不同类型的地震波在传播过程中，由于介质的散射和衰减效应会导致波形变形，从而影响长周期地震动频谱特性。

此外，震源和传播路径也会对震动频谱产生影响，例如不同震源的地震动频谱特性可能存在差异，而传播路径的地形和介质条件也会
对震动的传播和衰减产生影响。

在高层建筑结构的抗震性能研究中，人们常常关注地震动频谱特性与结构破坏机理之间的关系。

由于长周期地震动作用下高层建筑结构具有较大的周期，结构在地震动作用下的动力反应可能会引起严重的振动和破坏。

因此，研究长周期地震动频谱特性与结构的抗震性能之间的关系对于提高高层建筑结构的地震安全性具有重要意义。

为了研究长周期地震动频谱特性与高层建筑结构的抗震性能之间的关系，目前采用了多种方法和技术。

一种常用的方法是通过数值模拟，使用地震波传播理论和结构动力学理论来模拟地震动作用下的结构响应。

此外，实验室的物理试验和大型结构的振动台试验也被广泛应用。

通过这些试验，可以获得长周期地震动频谱特性与结构反应之间的关系，进而指导结构设计和抗震设计。

总的来说，长周期地震动频谱特性与长周期地震动作用下高层建筑结构抗震性能的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。

随着科学技术的不断进步，我们相信将能够更深入地理解长周期地震动频谱特性与结构响应之间的关系，为高层建筑结构的抗震设计提供更加可靠的理论基础。

同时，我们也希望借助先进的试验技术和数值模拟方法，从而提高高层建筑结构的抗震性能，为地震灾害预防和减灾工作做出更大的贡献
通过研究长周期地震动频谱特性与高层建筑结构抗震性能之间的关系，我们可以更好地理解地震动作用下结构的动力反应和破坏机理。

这对于提高高层建筑结构的地震安全性具有重要意义。

目前，通过数值模拟和实验室试验等方法，我们已经取得了一些关于长周期地震动频谱特性与结构响应之间的关系
的研究成果。

随着科学技术的不断进步，我们相信将能够进一步深入地研究这一关系，并为高层建筑结构的抗震设计提供更可靠的理论基础。

同时，借助先进的试验技术和数值模拟方法，我们也有望提高高层建筑结构的抗震性能，为地震灾害预防和减灾工作做出更大的贡献。