高层建筑巨子型结构的动力性能研究

论文摘要

巨子型结构是一种新的超高层建筑结构形式,由美国学者MariaQ.F和Akira Mita于1995年提出,它结合结构控制的基本思想和一般巨型框架结构二级结构形式的特点,巧妙地将TMD和MTMD的质量调频原理应用于结构中,在满足建筑功能要求的同时,依靠结构自身功能单元(子结构)实现响应控制,形成了具有自减振功能的结构体系。目前巨子型结构在国内外还没有工程实例,有必要对其结构的自减振效果、动力响应特点及其计算方法以及影响因素进行深入地研究。在前人研究的基础上,为了使分析结果能更准确的反映实际结构受力特性,本文参考日本神户TC大厦、日本NEC办公大楼的结构形式,建立了杆系有限元模型。为解决巨子型结构中主、子结构间碰撞及子结构加速度响应过大等问题,在主、子结构顶层安装耗能阻尼器。首先进行了模态分析,研究了巨子型结构的动力特性。对巨子型结构进行地震激励作用下的动力时程分析,并与普通巨型框架结构进行对比；运用有限元分析软件动力分析中的单点响应谱分析(SPRS),研究了附加阻尼器阻尼参数、附加阻尼器的设置位置、子结构与主结构的刚度比RK、子结构与主结构的主频率比Rω等控制参数变量对该结构体系的控制性能的影响。结果表明,巨子型结构对主结构和子结构的加速度和位移响应控制效果明显；通过合理选择子结构的结构参数,可以较好的控制主结构和子结构在地震作用下的位移和加速度响应；合理选取附加阻尼值不会改变巨子型结构的自备调谐能力的特性,同时附加阻尼能够显著减小巨子型结构的动力响应；附加阻尼器设置在子结构顶层时,对巨子型结构的动力响应控制效果最好。本文提出的分析过程和所得结论为进一步丰富巨子型结构的研究提供了参考依据,同时对工程实践具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 高层建筑的产生及发展
• 1.1.2 高层建筑的特点
• 1.2 巨型框架结构的概念、分类及特点
• 1.2.1 巨型框架结构的概念
• 1.2.2 巨型框架结构体系的分类
• 1.2.3 巨型框架结构的特点
• 1.2.4 巨型框架结构的研究现状
• 1.3 结构的振动控制
• 1.4 巨子型结构
• 1.5 本文主要工作和意义
• 1.5.1 本文主要工作
• 1.5.2 本文研究的意义
• 第2章 巨子型结构的动力计算模型与动力特性
• 2.1 结构动力计算模型简述
• 2.1.1 层模型
• 2.1.2 杆系模型
• 2.1.3 杆系-层模型
• 2.2 有限单元法的应用
• 2.3 巨子型结构的结构方案
• 2.4 巨子型结构的有限元模型
• 2.5 结构动力特性分析
• 2.5.1 模态分析简介
• 2.5.2 模态分析结果
• 第3章 巨子型结构在地震激励下的时程分析
• 3.1 动力时程分析的应用
• 3.2 动力时程分析的计算理论
• 3.2.1 动力反应分析的求解方法
• 3.2.2 Newmark时间积分法
• 3.2.3 地震波的选取
• 3.2.4 阻尼取值
• 3.3 动力时程分析结果
• 3.3.1 El-centro波作用下结构响应分析
• 3.3.2 Taft波作用下的结构响应分析
• 3.3.3 上海人工波作用下的结构响应分析
• 小结
• 第4章 巨子型结构参数的研究
• 4.1 谱分析的基本理论
• 4.1.1 单自由度系统的地震反应谱分析
• 4.1.2 多自由度系统的地震反应谱分析
• 4.1.3 反应谱
• 4.1.4 设计反应谱
• 4.2 算例分析
• 4.2.1 反应谱分析结果
• 4.2.2 附加阻尼器动力参数的影响
• 4.2.3 附加阻尼器位置的影响
• 4.2.4 主子结构刚度比的影响
• 4.2.5 主子结构频率比的影响
• 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录