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Ⅱ 誰能給我個工民建畢業設計設計方案
第十部分：科技資料翻譯
一科技資料原文
二科技資料翻譯
RTICLE IN PRESSEngineering Structures ( ) –
新結構控制概念的應用
Xilin Lua,_, Zhiguo Gongb, Dagen Wenga, Xiaosong Rena
同濟大學國家重點防震減災土木工程實驗室,上海四平路1239號, 200092, 中國上海建築科學研究院(集團)有限公司,上海200032,中國
2005年12月21日收到; 2006年10月5日修訂; 2006年10月6日通過審查
摘要:
目前已經提出並廣泛研究了聯合建築控制的概念.但是僅限於關於兩條平行相鄰建築的理論與實驗研究. 進一步,本文擴大了控制應用的范圍,對一個高層建築(60層總高333米)和周邊大型平台架構(10層共49米),以主要減少平台結構的地震扭轉效應導致的剛度和質量偏心. 首先引入一個宏觀有限元結構的概念來簡化建築物. 簡單的介紹了連接粘滯性阻尼器的模型分析和測試結果. 接下來,分析了建築的雙向水平地震作用包括了兩個不同的回歸周期的地震影響. 結果表明,使用連接阻尼器,可有效減少平台架構的地震扭轉反應. 此外,主樓抗震性能可以採用不同的方法提高 最後,平台和主樓用每個最大容量600KN的粘滯性阻尼器連接,此建築已經在2005年竣工並投入使用.
關鍵詞:連接建築物控制手段;主樓; 大型平台架構;連接流體阻尼器;地震的扭轉反應;實際應用
1. 介紹
由於高強度材料和現代建築技術使用的不斷增長、現代化城市設計和建造了越來越多的高樓大廈. 在市中心,很多建築由於土地的限制和集中功能的需要而造的靠近或者設計成復合式. 為了防止溫度裂縫和不均勻沉降,這些建築物沒有任何聯系結構. 如果它們的距離不足以調節,可能在強烈地震作用下發生相互碰撞事件.在以前的強烈地震中,已經發現了臨近建築碰撞的後果[[12].怎樣防止相互撞擊是個嚴重的問題.它是為鄰近的建築物的設計或者被波及的建築設計的.研究者在過去30年已經作出相關努力, 調查分析相鄰兩單自由度系統地震的沖擊效應. 我們建議安裝粘彈性阻尼器在碰撞可能接觸的位置. 可能在動力設計中沒有預料的是,阻尼器可能使沖擊荷載在兩個系統中傳遞. Westermo [4] Westermo建議使用連接絞連接兩相鄰相對樓層,那麼顯然這個系統能減震. 但是可能在一定程度上改變不連接建築物的地震動特性.
如果建築在幾何上不對稱,那麼就加大了地震反應. 而且增加了建築的基礎剪力. 事實上,剛聯結建築物受力特點更像一個單一建築體系.因此, 只有在設計階段採取適當的措施,才能採用新的臨近建築體系的建議. 但對鄰近現有建築物的防震,他們之間有相互作用因而這個建議不能正確的實現其功能. 進一步,消極的想法只是避免結構的相互沖擊、 更積極的想法是要利用撞擊減少建築物的動態效應. 提出用被動阻尼器,半主動阻尼器或者主動阻尼器連接臨近建築或者復合式建築的想法來改進抗震或抗風性能.
減震建築系統具有兩個基本特點.當地震或者強風發生的時候,第一是地震或者強風作用下兩個鄰近的建築物之間的相互作用. 第二是聯結減震器的耗能作用. 後者在減震中更加重要而且它一般情況下部分取決於前者. 結合這兩個特點,下文中用阻尼器連接臨近建築的控制概念稱為聯合建築控制.
在美國,Klein [5] 在1972年第一次提出平動-扭轉耦聯體系來增強抗風性能的計劃.在日本, Kunieda [6] 在1976年建議連接多重結構減少地震反應.從那時以來,許多調查已經對探查控制建築物的動態反應的可能性使用連接建築物控制手段的對策. 調查的絕大部分是理論上和數字的分析.涉及被動控制技術[7–12], 半自動和自動控制技術 [13–17]. 此外,一些實驗研究也證明了控制手段的有效性[18,19]. 這些調查得出一個共同的結論. 如果兩個鄰近的建築物的粘滯性阻尼器在適合位置恰當安裝,那麼風應力和地震動力響應將被減少很多. 基於這些研究,日本正在進行大規模試驗或正在考慮中. 如我所知,1989年東京建造的鹿島智能建築是第一個應用有關連接建築物控制手段的[20]. 在這計劃中,有一種凹型絞安裝在辦公室樓的5-層樓和9-層樓. 這種鋼質凹型絞有一種穩定的滯後性.它能在強烈地震期間通過屈服而吸收振動能量. 但是,剛性絞也能明顯改變單獨的建築物的動態特性. 2003年,Asano and Yamano et al. [21]在日本東京建設局也描述了這種剛性絞.
為什麼連接建築物控制手段是少見的?有兩點理由: 第一,是鄰近的建築物的相互影響有可能產生潛在不良反應, 特別對於那些聯結阻尼器,例如粘彈性阻尼器或者粘滯性阻尼器.他們可能有害於地震附近建築. Xu and Lu et al提出了一個簡單的解決方案. [10,18,19], 就是向連接建築物使用減速阻尼器例如各種各樣粘滯性阻尼器. 將兩個建築的動響應降低到最小同時將屈服阻尼升到很高的水準 因此,這在設計很快將在工程中得到應用. 第二,鄰近的建築物中連接建築物控制並沒有很多適合的例子. 通常新設計的大廈, 結構工程師通過改變結構布置或者改變結構體系來解決撞擊問題或扭轉力問題. 因此,對於適用的建築控制耦合限於有限范圍.為了使控制方法提高到更加適用的水平,本文對基於大型平台架構的高層控制的實際應用進行了全面研究.此建築為一個簡單的例子. 然後對宏觀結構的有限元模型進行解析其性能測試和分析模型採用的阻尼. 隨後,聯結阻尼器提高建築的抗震性能的效果.特別是通過一系列地震反應分析的估計解決平台架構的結構扭力反應.
2. 建築描述
2.1. 建設綱要
該項目為位於上海南京路步行街起點的上海世茂國際廣場. 這是中國最著名的商業街. 整個工程包括主樓、平台結構和公共廣場. 主樓,其低層作為高檔辦公樓,其高層是五星級飯店, 共60層及三層地下室. 主樓樓頂海拔約246米, 若附加在裝飾天線桅桿,總高度達到 333米,這將是上海市區黃浦江以西最高的建築了.其結構圖和建築表現圖將在一年內出圖. 圖1上海世茂國際廣場配置結構和連接阻尼的安排[注:平台和廣場為點ABCD主樓的點A0,B0,C0,D0,7樓到10樓安排阻尼器的位置 圖2:同濟大學用三軸震動台試驗的1:35模型
2.2. 結構體系
主樓為鋼筋混凝土核心筒,外加支腿系統. 從第一層至11層、外牆鋼筋混凝土框架和核心筒選段一級 鋼筋混凝土框架的外牆改為鋼筋混凝土框架結構. 3個支點組成懸臂桁架結構加強主樓、 各自位於11層和28層和47層. 該平台部分,設計10層鋼筋混凝土框架牆結構抵制縱向和橫向荷載. 至於廣場部分,從一到六層是空地,除了一些支撐七到十層的填充柱,屋頂有一個巨大跨度的網架結構.在第七至十樓有一個平台廣場.
2.3. 結構設計是主要難點
在初步結構設計中, 對整個平台及廣場安裝巨大的斜支撐來加強細長的混凝土柱解決剛度分配不均勻的問題. 然而,為了保持彈性空間加強斜撐的建議被取消了. 因此,為整個平台和廣場,扭轉反應可能會因大偏心突出剛度和質量分布而加劇.廣場部分剛度過於薄弱,其位移響應可能嚴重到失控的程度,設計規范不能完全滿足. 作為一個解決辦法, 設計師嘗試在各樓層之間安裝剛性桿來連接主樓與整個廣場及平台. 盡管如此, 連接桿強度和變形能力可能不足以抵禦地震.因為主樓和整個廣場及平台剛度和質量差別很大. 同濟大學市政工程系在防震減災國家重點實驗室進行了一系列振動台模型試驗來驗證是否可以使用連接桿連接主樓與周邊部分.振動台試驗結果表明,在預先設計的建築僅在基本地震下運行 (50年一遇) 根據地震基本烈度,建築物發生各種損害情況.當評估建築物的抗震性能(見2000年期刊), 整個廣場及平台剛性桿扭轉反應還是很大的. 應當指出,抗震設計實施的的三個層次的保護措施,要按全國抗震設計規范與上海本地的法律的規定設計. 其中 一級地震基本做到了詳細設計和施工,另外兩項措施須經計算地震作用. 上海本地的規范中震幅7度時加速度在0.035g,0.10g and 0.20g 對應 相應的三個層次.
表a:1940年E1地震中心E–W 和 S–N的加速時間
表b:記錄在加州理工學院的1952年7月21日發生在肯德基州的E–W 和S–N方向的加速時間歷史
表c: 上海SHW2人工加速度產生的峰值為0.1g
圖三加速時間歷史對三個地震模擬振動台模型試驗
2.4. 聯結阻尼器的應用
為了避免剛性桿件的缺點,有人建議在主樓及周邊配備部分安裝粘滯性阻尼器來代替剛桿剛性使耗能阻尼器更有效地控制地震反應、尤其是減少整個廣場及平台的扭轉反應. 圖表1顯示上海世茂國際廣場中粘滯性阻尼器的計劃配置. 在一系列優化之前用SAP 2000設計的簡化模型進行詳細的分析. 對三個方案進行時程分析來比較減弱的效果
X. Lu et al. / 工程結構 ( ) – 5
表 1
7樓到10樓中點A到點D不同的阻尼遭受的相對水平位移
Floor Point Case 1 Case 2 Case 3
7F
A 96.8 29.0 28.2
D 58.3 27.9 27.5
8F
A 104.5 30.1 30.0
D 63.0 29.4 29.0
9F
A 109.6 31.3 31.6
D 66.0 31.8 31.2
10F
A 113.7 32.6 33.3
D 68.3 34.6 34.0
情況1, 主樓及周邊部分沒有聯結阻尼器
情況2: 主樓及周邊部分從七樓到十樓分布40個聯結阻尼器
情況3:主樓及周邊部分從一樓到 十樓分布100個聯結阻尼器
十樓從A點到D點的位移比較如表1. 可以得出情況2能得到比較滿意的減弱效果.但是情況2增加的阻尼器效果增加不明顯.所以採用情況2中阻尼器的數量和位置詳細分析.
3:選擇的聯結阻尼器和結構的動荷載
3.1.分析模型及基本假設
文中建立了兩個分析模型.SAP2000軟體建立的有限元模型, 主要用於進行特徵值分析和彈性分析、由於地震的不確定性和局限性,不能滿足非線性時程分析的要求.用CANNY軟體進行非線性時程分析的宏觀單元模型. 圖4為宏觀要素分析模型.該模型是用來描述桿件基於剪力牆材料的應力應變關系. 圖5為鋼筋混凝土在循環荷載下的應力應變曲線. 找出鋼筋混凝土三軸壓應變最高的壓應力, __c and "u是壓力應變控制點的下降部分所能承受的最大壓力. _t是鋼筋混凝土最高單軸應力相關應變.
_ "t 是下降點的最大強度控制點; "0 是起點,到達之前的定點 _c; --為參數,指示混凝土應力卸載前到達_c _y和"Y是鋼材拉伸屈服應力和相關的應變. _0y and "0y 是鋼的相關的壓縮屈服強度和變形. --是卸載控制參數. 考慮到矩軸力互動和材料應力應變曲線. 此體系能自動形成雙向彎矩-曲率關系
根據有限元模型的結果,宏觀模型採用的詳細樓層重量在表2. 阻尼比率是結構預測響應的關鍵組成之一. 經過仔細比較不同類型阻尼比的分析反應. 電腦模式對於模式1和模式2定義4%臨界阻尼為瑞利型阻尼.在計算中採用以下基本假設:
(1)樓層是剛性平面;
(2) 忽視土和結構的相互作用;
(3) 基礎能承載上部結構;
(4) 忽視地震垂直作用.
3.2. 聯結阻尼器分析模型
根據粘滯性阻尼器減少臨近建築的變形反應的優越性[19], 設計中採用一種非線性粘滯性阻尼器.
粘滯性阻尼器的機械特性可用下式表示:
Fd = CvSign(V/Vmax)@
_
(1)
Cv: 阻尼系數 (kN).
V: 活塞和容器中的流體相對速率(mm/s).
Vmax: 活塞和容器中的流體最高速率(mm/s).
_:速度指數,通常介於0.1和1.0. --等於1.0時,線性速度存在. 隨著--的數值下降, 在小型平台阻尼力隨速度增長很快,但在大型平台,阻尼力隨速度增長速度緩慢. OBE和SEE對高層建築,如上海世茂國際廣場的設計必須都滿足上海本地抗震設計規范. 為了充分利用耗能阻尼器的能力,
_應該選擇較小值. 同時根據兩個因素判定_ 和Cv的阻尼系數 (1) 流體阻尼器耗能表現佳,為在OBE范圍下減少平台架構下的扭轉反應,
表4用CANNY程序進行整體結構的宏觀模型分析
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