20130116-加强层结构分析与设计研究

建筑结构设计技术优化的研究与应用任崇高发布时间：2023-06-21T10:43:41.835Z 来源：《中国建设信息化》2023年7期作者：任崇高[导读] 通过建筑结构设计技术优化不但可以有效提升建筑质量，继而保证建设单位或者建筑使用者对质量的需求，而且还可以行之有效地降低工程总造价，提升建筑项目的综合效益。

基于此，建筑结构设计优化得到了建筑从业者的高度重视。

身份证号码：37092119890601XXXX 摘要：通过建筑结构设计技术优化不但可以有效提升建筑质量，继而保证建设单位或者建筑使用者对质量的需求，而且还可以行之有效地降低工程总造价，提升建筑项目的综合效益。

基于此，建筑结构设计优化得到了建筑从业者的高度重视。

关键词：建筑结构；设计优化；基础结构；整体结构；细部结构引言在土木工程建筑结构设计时，应掌握工程施工具体状况、各种问题以及实际需求，并对工程施工中的各种资源进行有效整合，以提升整个工程建设质量，增加企业经济效益。

然而，在现阶段结构设计中，依然会出现较多问题和不足，主要涉及建筑选址、结构安全性、设计材料等。

因此，根据土木工程结构设计的实际要求，对存在的各种问题采用不同的优化措施加以解决，从而提升结构设计质量和水平。

1建筑结构优化设计的相关理念当前，建筑行业的发展日新月异，在逐步深入展开研究的同时，也改变了社会对建筑结构各项设计性能的需求，因此逐渐更新了以下理念：一是建筑安全性能提升。

建筑安全性能是建筑保证建筑使用者安全使用建筑的基础，在优化过程中不得忽视安全性方面的内容。

二是改善建筑的功能性。

目前，保障人们正常生活和工作是建筑的主要使用功能，而建筑不仅具备这些功能，还可以拓宽其他用途。

因此，要改善和增加建筑的用途和功能，更好适应使用者的需要。

三是美化建筑结构，维护绿色生态环境。

建筑在建造和使用时，可能会对周边环境产生影响，要注重与周边环境相融合，减少对环境的污染，采用绿色环保材料，坚持与自然环境和谐共生。

T NOLO GY TR N D1加强层引起的结构刚度突变以38层的框架-核心筒结构为例,在第15层和27层设置水平加强层,其第1和第2振型的自振周期比不设加强层时明显减少;通过弹性动力分析得出了结构加速度反应包络、速度反应包络和位移反应。

输入地震波为上海波,地面加速度峰值为35ga l 。

设置加强层后加速度和速度反应包络有所降低,位移反应明显减少。

需特别注意的是,位移曲线在第15层和第27层两道加强层附近发生的变化,第15层处突变尤为显著。

这种形式的结构竖向刚度突变,不仅是加强层本层的水平剪切刚度突然增大,更主要的是,加强层处结构整体转动大幅度减少,加强层上、下几层的整体转动也随之减少。

两道加强层相当于给整个结构在15层及27层增加了两道“整体转动嵌固约束”,几乎把整个38层结构分成三断,1层-14层为第一段,15层-26层为第二段,27层-38层为第三段。

结构整体转动在加强层处突然减少,其主要原因是,加强层的水平伸臂构件(或外围框架周边环带)与该层的上、下楼板组成刚度甚大的箱型盘,此箱型盘将核心筒与外围框架连成整体,其整体转动基本上由外围框架的轴向变形控制,转动量显然是很小的。

这种形式的刚度突变必然伴随着结构内力突变以及整体结构传力途径的改变,从而使结构在地震作用下,其破坏和位移较容易集中在加强层附近,即形成薄弱层。

2加强层引起的结构内力突变和薄弱层加强层引起的结构内力突变和产生薄弱层的情况,基本概念可归纳为下面三点:1)核心筒墙肢在地震作用下所受内力的突变是很明显的,设置两道加强层后,核心筒墙肢沿高度弯矩图发生急剧变化,在加强层的上、下几层弯矩大幅度增加,核心筒墙肢的剪力在加强层的上、下几层同样有较大幅度的增加。

2)外围框架柱在地震作用下所受内力的突变也是很明显的(未包括垂直荷重产生的内力)。

柱的轴力在加强层的下层突然增大,柱的弯矩和剪力在加强层的上、下均急剧增加。

3)加强层的水平伸臂构件(或周边环带)承受很大的剪力和弯矩,加强层仅布置水平伸臂构件时,其承受的剪力和弯矩最大;在布置水平伸臂构件的同时,再布置周边环带,则所受剪力和弯矩降低较多。

高层建筑的加强层设计
林耀南;黄楠楠
【期刊名称】《建筑结构》
【年(卷),期】1998()7
【摘要】阐述了高层建筑中加强层的作用、特性、布置原则以及内力分析方法.并通过工程实例介绍了消除刚性伸臂附加弯矩的必要性和具体措施.
【总页数】2页(P17-18)
【关键词】加强层;位移;刚度;内力;设计;高层建筑
【作者】林耀南;黄楠楠
【作者单位】奥雅纳工程顾问香港有限公司;奥雅纳工程顾问香港有限公司深圳办事处
【正文语种】中文
【中图分类】TU973.19
【相关文献】
1.高层建筑水平加强层体系考虑加强层弯曲影响的自由振动分析 [J], 熊军;赵喜庆
2.超高层建筑伸臂加强层结构设计的若干问题 [J], 魏琏;林旭新;刘畅;;;;
3.超高层建筑伸臂加强层结构设计的若干问题 [J], 曾昭敏
4.超高层建筑伸臂加强层结构设计相关问题研究 [J], 刘吉军
5.超高层建筑伸臂加强层结构设计相关问题研究 [J], 王伟
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第41卷第2期2019年4月Vol.41,No.2Apr.2019工程抗震与加固改造Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting［文章编号］1002-8412(2019)02-0114-05DOI：10.16226/j.issn.l002-8412.2019.02.017某超高结构加强层的“嵌固”作用讨论关世钧，张昊强（甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃兰州730030）［提要］伸臂桁架能够协调核心筒和外部框架的变形，使结构整体刚度显著增加，但是加强层引起结构整体刚度突变，对其以上楼层形成“嵌固”作用。

兰州市某超限高层采用钢管混凝土框架-核心筒-伸臂桁架结构体系，对该结构进行分析表明加强层处倾覆力矩、剪力和墙肢拉应力产生突变且明显增大，罕遇地震下加强层处是仅次于结构底部的第二屈服部位。

［关键词］超高层；加强层；“嵌固”作用；刚度突变；屈服机制［中图分类号］TU972+.9［文献标识码］ADiscussion on flxed effect of strengthened story in super high-rise buildingZheng Shi-jun,Zhang Hao-qiang(Gansu Institute of Architectural Design and Research Co.Ltd,Lanzhou730030,China)Abstract:Outrigger truss could coordinate the deformation between core tube and external frame,and make the fstructural integral stiffness increase significantly,however stiffness mutation is caused by strengthened story,which produced fixed effect.A super high-rise concrete filled steel tube frame-core tube-outrigger truss structure is discussed,the results show that overturn moment,shear and tensile stress of wall panel change suddenly and increase obviously near strengthened story.This region is the second yield part of the structure under rare earthquake.Keywords:super high-rise building；strengthened story；fixed effect；stiffness mutation；yield mechanismE-mail:446530693@1概述兰州市某商业综合体建筑采用框架-核心筒-伸臂桁架结构体系，房屋高度206.00m,共51层，位于8度设防烈度区，基本地震加速度为0.20g,地震分组为第三组，场地类别为II类。

加强对高层建筑钢筋结构设计相关内容的分析发表时间：2019-10-25T15:18:51.900Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年15期作者：罗森[导读] 从而寻找出更加优秀的设计方法和施工工艺，以期可以更好的提高高层建筑的质量，保证人们的生命财产安全。

林州市宏图建设工程有限公司河南安阳 456550 摘要：随着我国社会经济的发展，在我国的城市化建设进程中，大量的人口涌入城市，给城市造成了一定的空间压力。

而为了缓解城市空间压力，城市的建筑逐渐向高层和超高层发展。

而在当前这些高层建筑建设过程中，通常会应用到钢筋混凝结构。

应用钢筋混凝土结构能够有效地提高建筑的质量和性能，从而使得现代建筑的水平向前迈出了一大步。

然而就目前高层建筑中钢筋结构设计的实际情况而言，由于目前还没有形成一个统一全面的设计方法，因此在进行钢筋结构设计时，经常会出现配筋率过大以及钢筋锚固不够等问题。

为了提高高层建筑的质量和性能，加大对高层建筑中钢筋结构设计的研究力度不仅意义重大，而且迫在眉睫。

本文分析了高层建筑钢筋的结构设计，详细探讨了结构设计的要点，便于以后同类建筑的需要。

关键词：高层建筑；钢结构设计；施工工艺；分析1 高层建筑钢筋混凝土框架结构的破坏形式随着我国建筑科学的迅速发展，钢筋混凝土框架结构已经广泛的应用于高层建筑中。

高层建筑在地震荷载的作用下，通常会产生以下几种形式的破坏：框架柱的压弯破坏、剪切破坏、弯曲裂缝；框架梁的斜截面破坏、正截面破坏、锚固破坏；板四角的斜裂缝和平行于梁的通长裂缝；因钢筋配置不合理导致框架节点核芯区破坏。

现在建筑施工管理不断的规范，虽然施工时对钢筋的材质、钢筋加工质量、钢筋连接质量进行了严格的控制，但是如果施工图纸上没有对框架结构的节点进行详细设计，且没有任何的说明资料，从而造成一些节点的钢筋构造远远不能满足抗震设计的要求，导致钢筋混凝土框梁出现上述各种形式的破坏。

因此，必须引起设计单位、施工单位的高度重视，必须对钢筋节点进行详细的设计，确保节点钢筋设置的合理性。

第37卷第4期2023年8月南华大学学报(自然科学版)Journal of University of South China(Science and Technology)Vol.37No.4Aug.2023收稿日期:2023-03-07基金项目:湖南省教育科研优秀青年项目(21B0420)作者简介:油恩禄(1999 ),男,硕士研究生,主要从事结构抗震方面的研究㊂E-mail:1348650432@㊂∗通信作者:龙㊀慧(1982 ),男,副教授,博士,主要从事岩土地震工程领域方面的研究㊂E-mail:28748388@DOI :10.19431/ki.1673-0062.2023.04.007典型框架结构与剪力墙结构间SSSI 效应非线性有限元分析油恩禄1,2,龙㊀慧1,2∗,汪博豪1,2,郭璟仪1,2,丘志杰1,2(1.南华大学土木工程学院,湖南衡阳421001;2.南华大学高性能特种混凝土湖南省重点实验室,湖南衡阳421001)摘㊀要:以典型的框架结构和剪力墙结构为研究对象,在考虑初始静力条件㊁结构-土体非线性特征的条件下进行二维有限元分析,研究了不同地震动作用下不同类型结构间结构-土-结构相互作用(structure-soil-structure interaction ,SSSI )的响应特征㊂研究表明:1)地震中框架结构和剪力墙结构对SSSI 效应的表现不同,且各部位的动力响应存在较大差异㊂2)中栋与边栋的动力响应表明结构存在相对有利的位置,并且受到结构类型和地震动频谱特性的影响有不一致的规律㊂3)SSSI 效应受地震动频谱特性影响较大,随着低频成分的增多结构响应更为不利,远场波作用下结构安全需要重视㊂关键词:结构-土-结构动力相互作用;地震响应;有限元分析;结构相对位置中图分类号:TU435文献标志码:A 文章编号:1673-0062(2023)04-0051-10Nonlinear Finite Element Analysis of SSSI Effect Between Typical FrameStructure and Shear Wall StructureYOU Enlu 1,2,LONG Hui 1,2∗,WANG Bohao 1,2,GUO Jingyi 1,2,QIU Zhijie 1,2(1.School of Civil Engineering,University of South China,Hengyang,Hunan 421001,China;2.Key Laboratory of High Performance Special Concrete in Hunan Province,Hengyang,Hunan 421001,China)Abstract :A typical frame structure and shear wall structure is used as the research object,and the response characteristics of structure-soil-structure interaction (SSSI)between dif-ferent types of structures under different ground vibrations are studied by two-dimensional finite element analysis with consideration of initial static conditions and structure-soil non-linear characteristics.Research shows that:(1)The frame structure and shear wall struc-ture behave differently to the SSSI effect in an earthquake,and there are large differences in the dynamic response of each part.(2)The dynamic response of the middle and side15第37卷第4期南华大学学报(自然科学版)2023年8月buildings indicates the existence of relatively favorable positions of the structure,and thereis an inconsistent pattern influenced by the type of structure and the spectral characteristicsof ground shaking.(3)The SSSI effect is influenced by the spectral characteristics of groundshaking,and the structural response is more unfavorable with the increase of low-frequencycomponents,and the structural safety under the action of far-field waves needs attention.key words:structure-soil-structure dynamic interaction;seismic response;finite element a-nalysis;structure relative position0㊀引㊀言近年来城市化进展迅速,城市建筑间的抗震设计有必要考虑结构-土-结构相互作用(SSSI),该问题的影响因素较为复杂,已有研究多从结构间距[1-4]㊁结构数量[4-6]㊁地震波种类[7]㊁结构类型[8-12]㊁场地条件[13-17]等方面考虑,其中针对结构类型的考虑多为单一结构类型,多类型结构共同布置并不多,J.Gan等[10]对框架-剪力墙结构和框架结构之间的SSSI效应做出了分析,结果显示SSSI效应中结构动力响应主要取决于结构特征㊂M.Kermani等[9]针对剪力墙结构做出了二维有限元分析,结果显示层间剪力在上部和下部分别增大和减小,剪力响应与单栋结构有较大差异㊂另外以上研究多在弹性或等效线性土体条件下分析,土体非线性特征考虑不足,因此有必要在非线性土体条件下进行多类型结构间的SSSI效应分析㊂综上所述,本文针对框架㊁剪力墙两种结构类型,在有限元软件Abaqus中建立框架结构㊁剪力墙结构组合的二维模型,输入频谱特性不同的地震波研究其静-动力耦合条件下的动力响应,并在分析中充分考虑结构㊁土体的非线性特征㊂对比研究了单一结构类型㊁框架结构和剪力墙结构共同排布时结构类型改变对结构-土-结构相互作用的影响规律㊂1㊀有限元分析模型1.1㊀结构信息前三阶的固有频率如表1所示㊂表1㊀结构固有频率Table1㊀Structural natural frequency Hzf1f2f3框架结构0.713 2.286 4.265剪力墙结构 3.36312.90615.867框架结构:选取15层(地上14层㊁地下1层)框架结构,标准层层高为3m,地下室层高为4.2m,地上总高42m㊂横向为三跨结构,纵向为6跨,除中跨外,梁上布置0.2m厚填充墙,基础设置为桩筏式基础,结构平面布置图见图1,具体尺寸见表2㊂图1㊀框架结构平面图Fig.1㊀Frame structure plan剪力墙结构:选取15层(地上14层㊁地下1层)剪力墙结构,标准层层高为3m,地下室层高为4.2m,地上总高42m㊂横向为三跨结构,纵向为6跨,轴距为6m,横向纵向剪力墙简化为拉通布置,厚度为0.2m,基础为桩筏式基础,尺寸参数如表2,平面布置图见图2㊂图2㊀剪力墙结构平面图Fig.2㊀Shear wall structure plan25第37卷第4期油恩禄等:典型框架结构与剪力墙结构间SSSI效应非线性有限元分析2023年8月1.2㊀材料本构结构:所有结构采用C30强度混凝土,本构模型为Abaqus软件自有损伤塑性模型㊂本构参数如表3㊂土体:选取南京某三类场地,简化场地土为水平层条件,土体厚度为35m,土体下考虑为基岩,场地宽度设置为460m的远置边界,土体本构为H.Y.Zhuang等[18-19]的黏塑性记忆嵌套面模型,能够很好的描述场地土的非线性特征㊂该模型基于土体广义塑性理论,使用等向硬化和随动硬化相结合的硬化模量场,建立了总应力形式下的土体黏塑性动力本构增量模型,具体信息见表4㊂表2㊀结构参数Table2㊀Structural parameters结构类型楼板厚/mm墙厚/mm结构高度/m 梁截面尺寸/mmˑmm桩截面尺寸/mmˑmm柱截面尺寸/mmˑmm框架10020042200ˑ500700ˑ700700ˑ700剪力墙10020042200ˑ500700ˑ700/表3㊀混凝土本构参数Table3㊀Concrete principal structure parameters参数密度ρ/(kg㊃m-3)弹性模量E/MPa最大屈服压应力/MPa内摩擦角φ/(ʎ)泊松比μ初始拉应力/MPa 数值2500 3.0ˑ10424.532.40.18 2.4表4㊀场地土模型参数Table4㊀Site soil model parameters土体名称厚度/m密度ρ/(kg㊃m-3)剪切波速V s/(m㊃s-1)内摩擦角φ/(ʎ)动态泊松比μ静泊松比μ0人工填土3 1.9289100.490.34中密粉砂 6.5 2.05137.1300.490.3淤泥质土 6.5 1.93128.5160.490.45密实细沙9 1.89172.7270.490.3中密-粉细砂10 2.12205.8300.490.321.3㊀接触与单元划分设置土体和结构之间的法向接触为硬接触,切向接触为库伦摩擦接触,摩擦系数设置为0.4,该接触适合于动力分析中接触面间断性接触分离的问题㊂法向接触为硬接触,受拉时可分离㊂切向接触面之间的摩擦力大于边界值时发生滑移㊂结构单元采用了平面应变全积分实体单元,划分尺寸为0.23mˑ0.23m,土壤单元采用平面应变缩减积分实体单元,划分尺寸为1mˑ1m㊂1.4㊀输入地震动本文选取两条天然波㊁一条人工地震动,分别为汶川地震清平测站台的清平波(QP wave)㊁Bor-rego Mt地震Los Angeles-So Cal Edison测站的Borrego波(BO wave)和人工地震动南京人工波(NJ wave),所有地震波都以水平地震动施加于模型底部,调整峰值加速度为0.1g㊂地震动加速度反应谱及时程曲线如图3所示㊂1.5㊀数值分析方法本文采用二维等效模型计算结构响应,为保证结果的准确性已对结构各部件进行二维等效处理,具体做法见参考文献[7]㊂考虑到了结构初始静力条件,进行了静力动力条件下的耦合分析,分析中考虑到静力与动力条件的差异,对此分别设置了不同的边界条件,并设置了边界条件的转换,具体分析方法见参考文献[7]㊂为方便对比SSSI效应的作用效果设置单栋工况和多栋工况,三栋框架工况边栋简称为KKK-L 其余类推,工况布置图如图4所示㊂35第37卷第4期南华大学学报(自然科学版)2023年8月图3㊀地震动加速度时程曲线及加速度反应谱Fig.3㊀Earthquake acceleration time curve and acceleration responsespectrum图4㊀工况布置图Fig.4㊀Working condition layout diagram2㊀数值结果分析2.1㊀峰值加速度响应为了描述方便定义峰值加速度影响系数如下:S =a -a 0a 0ˑ100%式中:S 为峰值加速度的影响系数;a 为地震波作用下三栋模型结构各层的峰值加速度,单位m /s 2;a 0为地震波作用下单栋模型结构各层的峰值加速度,单位m /s 2㊂S 为SSSI 效应对各楼层峰值加速度响应的影响程度,为正值时表示SSSI 效应放大了该层结构的峰值加速度响应,当为负值时表示结构的峰值加速度被削减了㊂为方便展示这里只给出单栋的加速度值如表5,其余工况影响程度如图5~图6所示㊂表5㊀单栋工况各层峰值加速度Table 5㊀Peak acceleration at each level for singlebuilding conditions单位:m㊃s -2楼层K-M BO NJ QP J-M BO NJ QP 楼顶 1.80 2.34 1.87 4.80 4.29 3.5014 1.64 2.05 1.64 4.52 4.02 3.2713 1.45 1.69 1.35 4.23 3.74 3.0412 1.26 1.27 1.03 3.94 3.46 2.8111 1.170.900.69 3.65 3.18 2.5810 1.100.860.48 3.36 2.92 2.359 1.13 1.100.82 3.06 2.67 2.128 1.24 1.32 1.16 2.81 2.41 1.907 1.35 1.62 1.43 2.63 2.16 1.6861.411.821.622.461.931.4645第37卷第4期油恩禄等:典型框架结构与剪力墙结构间SSSI 效应非线性有限元分析2023年8月㊀㊀续表楼层K-M BONJQPJ-M BONJQP5 1.49 1.93 1.72 2.30 1.73 1.274 1.57 1.91 1.74 2.15 1.55 1.113 1.66 1.91 1.70 2.01 1.42 1.022 1.71 1.87 1.59 1.88 1.290.961 1.72 1.75 1.44 1.76 1.290.90B11.681.54 1.201.641.360.832.1.1㊀单一类型结构位置对峰值加速度响应的影响1)对比KKK-L㊁KKK-M 来看各波作用下边栋与中栋其各层的加速度响应呈现不同的规律,两种结构类型的峰值加速度影响系数多为有利影响,且有利程度与地震动频谱特性有关㊂具体来讲:无论是三栋框架结构还是三栋剪力墙结构,SSSI 效应对边栋和中栋峰值加速度响应的有利影响随着地震动低频的增加而减少;个别楼层出现了峰值加速度放大的现象,这对结构的抗震设计不利,这是因为低频振动与结构固有频率接近更易引起较大的动力响应㊂2)地震波作用下各工况边栋结构与中栋结构的峰值加速度响应有利或不利的位置不同,且边栋和中栋各自存在有利于结构动力响应的部位,并且受到地震波种类影响呈现不一致的响应特点,如图5~图6所示㊂图5㊀两侧框架结构峰值加速度影响系数Fig.5㊀Peak acceleration influence coefficient of two side framestructures图6㊀两侧剪力墙结构峰值加速度影响系数Fig.6㊀Peak acceleration influence coefficient of shear wall structure on both sides㊀㊀(1)就KKK-L㊁KKK-M 而言,QP wave 作用下中栋框架结构11层以上的峰值加速度响应比边55第37卷第4期南华大学学报(自然科学版)2023年8月栋结构更为有利,而11层以下边栋更为有利㊂NJ wave作用下边栋与中栋结构在各层峰值响应系数差异不大,都存在优势楼层并且呈现出8字型走势㊂BO wave作用下边栋与中栋结构峰值加速度影响系数呈并行排布,边栋的加速度响应更为有利㊂框架结构整体的峰值加速度响应并没有特别一致的规律,这是由于框架结构抗侧移刚度较弱,在地震作用时动力响应较大,受频谱特性的影响较为明显㊂(2)就JJJ-L㊁JJJ-M而言,剪力墙结构与框架结构的峰值加速度影响系数变化有明显差异㊂各波作用下剪力墙结构地上部分中栋位置的峰值加速度响应更有利,而地下部分的峰值加速度响应有不一致的表现㊂例如QP wave㊁NJ wave㊁BO wave作用下中栋剪力墙结构地上部分峰值加速度的影响系数削减程度相比边栋分别大4%㊁7%㊁3%左右,地下结构中QP wave作用时边栋的地下一层峰值加速度响应更为不利㊁NJ wave地下结构相差不大㊁BO wave中栋更为有利,这是因为中栋结构与相邻剪力墙结构形成了刚性良好的结构体系减小了地上结构的加速度响应,对于地下结构其加速度的不利响应可能是由于地震波在两侧结构间相互反射叠加导致中栋产生了更大的峰值加速度响应,且受地震波频谱特性影响规律并不一致㊂总之,结构位置改变的结果表明JJJ工况边栋的地上结构更为不利,地下部分的响应特征较为复杂,结构位置改变的影响规律并不一致㊂2.1.2㊀中栋结构类型对边栋峰值加速度的影响1)总体来看,无论边栋为何种结构当中栋为剪力墙结构时,中栋结构类型的改变并没有显著影响到各层的峰值加速度响应趋势,但对个别楼层的影响程度不可忽略,其影响程度和地震动的频谱特性有关㊂具体而言,当两侧为框架结构时中栋剪力墙削弱了边栋大多数楼层的峰值加速度响应,但也放大了个别不利楼层的峰值加速度,这种响应特征在三种地震动作用下均有不同程度的体现,其中QP wave作用下KJK-L工况相较KKK-L 工况10层峰值加速度影响系数放大了5%,NJ wave作用下KJK-L工况相较KKK-L工况10层峰值加速度影响系数放大了3.5%,BO wave作用下KJK-L工况6层相较KKK-L工况放大了1.8%,并且这个效应随着地震波高频成分减少而减弱㊂两侧为剪力墙结构时,结构中栋为剪力墙结构的JJJ-L工况显著的优于JKJ-L工况,结构各层的峰值加速度削弱程度较为一致,一是因为剪力墙具有较大的质量与刚度,在地震过程中结构暂未进入塑性变形阶段,因此其各层的峰值加速度影响系数呈现一条直线;另一方面也可能是因为多栋剪力墙结构组成了一个良好的抗震体系,进一步削减了各层的峰值加速度响应差异㊂就现有工况来看对大多数楼层而言,中栋剪力墙的存在都有利于结构整体的峰值加速度响应,且有利程度取决于输入的地震动的频谱特性㊂2)对比KJK-L㊁KKK-L工况,随着地震动低频成分的增加,SSSI效应对边栋结构峰值加速度带来的有利影响逐渐减弱,BO wave作用下其峰值加速度的响应较其余地震波作用更为不利㊂如图5~图6所示QP wave㊁NJ wave㊁BO wave作用下各工况对峰值加速度的影响系数从X轴负方向逐渐贴近0刻度线,有利影响在不断减弱,其中BO wave作用下KJK-L㊁KKK-L工况部分楼层峰值加速度影响系数出现正值,这表明其峰值加速度响应均出现不同程度放大,JKJ-L㊁JJJ-L工况边栋剪力墙相较其余地震波作用其峰值加速度的削弱程度也有下降的趋势,这是因为远场波较多的低频成分更易与框架结构㊁剪力墙结构产生共振从而抵消了相邻结构带来的有利影响甚至放大了部分楼层的加速度,这对框架㊁剪力墙结构都是不利的,远场波作用下的SSSI值得重视㊂3)地震波低频成分的增加减弱了边栋为框架结构时中栋结构类型对边栋峰值加速度影响系数的作用效果,地震波作用下中栋改变对边栋的影响程度逐渐减弱,不同中栋结构类型的工况间的差异越来越小,这说明SSSI响应在高频成分较多的近场波中结构类型因素为主导,而低频成分较多的远场波作用下地震波频谱特性影响程度更大㊂2.2㊀峰值层间位移角响应定义W为峰值层间位移角影响系数㊂W=(Δu/h)-(Δu0/h)(Δu0/h)式中:Δu/h为地震波作用下三栋模型中栋结构各层的峰值层间位移角;Δu0/h为地震波作用下单栋模型结构各层的峰值层间位移角;Δu0为单栋结构峰值层间位移,单位m;h为该层层高,单位m;W为SSSI效应对各楼层峰值位移角响应的影响程度㊂当W为正值时,表示SSSI效应放大了该层的峰值层间位移角;当W为负值时表示结构的峰值层间位移角被削减了㊂单栋峰值层间位移角如表6,其余工况以峰值层间位移角影响系数表65第37卷第4期油恩禄等:典型框架结构与剪力墙结构间SSSI效应非线性有限元分析2023年8月示如图7~图8㊂表6㊀单栋工况各层层间位移角Table6㊀Interlayer displacement angle of each floor in single building working condition楼层K-MBO NJ QPJ-MBO NJ QP140.001070.001400.002320.0007370.0009570.001285 130.001140.001540.003820.0005670.0007340.000976 120.001130.001680.004900.000590.0007660.001013 110.000950.001650.005340.000610.0007910.001041 100.000940.001630.005270.0006270.000810.001064 90.001040.001680.004850.000640.0008260.001082 80.001160.001780.004240.000650.0008380.001095 70.001270.001890.003540.0006570.0008470.001105 60.001340.001970.003030.000660.0008520.001111 50.001370.001980.002910.0006630.0008540.001114 40.001340.001920.002680.0006670.0008540.001114 30.001260.001800.002400.000660.0008520.001111 20.001130.001620.002100.000660.0008480.001106 10.000970.001400.001790.0006530.0008420.001099 B10.000800.001180.001540.0006470.0008340.001092.2.1㊀单一类型结构位置对峰值层间位移角响应的影响1)图7~图8对比了KKK工况结构和JJJ工况下其边栋位置和中栋位置的峰值加速度响应,结果显示结构峰值位移角的响应和结构相对位置有关,且地上结构与地下结构的峰值位移角响应不一致,其表现取决于地震动的频谱特性,具体来讲:KKK工况时边栋地上部分的峰值层间位移角对比中栋更具优势,在相对高频成分较多的QP wave㊁NJ wave作用下边栋的层间位移角更为有利,BO wave则相反,这可能和BO wave较多的低频成分有关,低频较多的BO wave与框架结构低阶频率共振产生的影响更大,影响到了边栋地上结构的动力响应优势㊂但无论何种地震波作用最有利楼层均为结构顶层㊂2)边栋和中栋结构其地下一层峰值层间位移角变化都有不利的趋势,且中栋位置的峰值加速度响应更为不利,这是因为地下结构埋置于土体中会受到相邻土体的影响,而中栋位置更易受到相邻结构作用造成土体变形进而影响地下室变形,因此造成了较大的峰值层间位移响应㊂地下结构的动力响应特征和周围土体作用有关仍需进一步研究㊂3)对于JJJ工况来说有利位置多为结构中栋,且各楼层峰值位移角响应较为一致,呈垂直走势㊂究其原因,其一是地上结构因剪力墙结构较大的抗侧移刚度导致其峰值层间位移响应差异很小,同时多剪力墙结构的共同排布增加了其整体的侧向刚度,其二是剪力墙结构并未进入塑性变形阶段,因此整体响应呈现出一条直线㊂整体看来剪力墙结构受SSSI影响时其峰值位移角处于有利状态,抗震性能相比框架结构更具优势㊂4)受地震动频谱特性影响,边栋与中栋结构峰值层间位移角影响系数也与加速度的响应一致,随着低频成分的增加SSSI对结构整体的峰值加速度趋于不利影响,这在框架结构与剪力墙结构中均有体现㊂另外剪力墙结构随着低频成分的增加边栋与中栋之间的响应差距逐渐增大,这说明低频成分增多时剪力墙结构各层的变形会受到结构相对位置的显著影响,相对位置的这一因素应该重视㊂2.2.2㊀中栋结构类型对边栋峰值层间位移角的影响1)如图7~图8所示,中栋结构的改变并没75第37卷第4期南华大学学报(自然科学版)2023年8月有引起边栋结构峰值层间位移角影响系数出现不一致的响应趋势,同类型结构的响应特征较为一致㊂但各部位因中栋结构类型改变对结构峰值位移角的影响程度不同,且取决于地震动频谱特性㊂两侧为框架结构时,就地上结构而言中栋剪力墙有利于边栋框架结构的峰值位移角响应,地下结构相对有不利的响应趋势,这在各波中均有不同程度的体现㊂其中QP wave 作用下中栋剪力墙对边栋的有利影响最大,NJ wave 次之,BO wave 最小㊂地下结构中QP wave 作用下峰值剪力影响系数因剪力墙的存在削减了峰值层间位移角,对结构有利,而NJ wave㊁BO wave 则相反,可见剪力墙的存在增大了地下结构的层间位移角㊂中栋结构的改变对结构地下部分的峰值位移角的影响值得关注㊂两侧为剪力墙结构时中栋结构的改变并未对各层的峰值位移角影响系数变化产生不一致的趋势,各层峰值位移角的响应十分一致㊂2)整体看来相较中栋为框架结构的工况,随着地震波低频成分增多导致中栋剪力墙对边栋结构峰值位移角的有利影响逐渐减弱,对地下结构甚至有不利影响,而对剪力墙结构来说并不明显㊂边栋框架结构在QP wave㊁NJ wave㊁BO wave 作用下由于中栋剪力墙对结构上部峰值层间位移角的有利影响逐渐减弱,地下室1层位置在NJ wave㊁BO wave 出现了放大现象㊂3)中栋结构的变更未改变低频震动对峰值位移角的不利影响㊂边栋为框架结构时,地上结构因SSSI 效应的有利影响在减弱,地下部分的层间位移角有放大的趋势;边栋为剪力墙结构时因自身较大的抗侧刚度地上地下结构均未出现明显差异,但峰值层间位移角影响系数依然趋于不利㊂图7㊀两侧框架结构峰值层间位移角影响系数Fig.7㊀Influence coefficient of peak inter-story displacement angle of frame structure on bothsides图8㊀两侧剪力墙结构峰值位移角影响系数Fig.8㊀Influence coefficient of peak inter-story displacement angle of shear wall structure on both sides85第37卷第4期油恩禄等:典型框架结构与剪力墙结构间SSSI效应非线性有限元分析2023年8月3㊀结㊀论采用有限元法,建立了不同工况的建筑群,对比分析了不同地震波作用下结构类型及结构位置在SSSI效应中的影响效果,同时场地与结构非线性特征也被考虑在内,此条件更接近工程实际情况,其结论如下㊂1)边栋与中栋都存在优势位置,纯框架结构和纯剪力墙结构边栋与中栋的峰值加速度响应趋势一致但各自存在相对有利的情况,且结构不同部位并不是总在一个位置取得优势㊂当为框架结构工况时受地震波频谱特性的影响加速度响应并未展现一致规律,结构中栋和边栋都存在相对有利的情况出现㊂而剪力墙工况时边栋地上结构更为不利,地下结构的响应未有一致规律㊂实际上结构整体动力响应较弱时优势位置比较明显,结构动力响应较大时其优势位置受多种因素影响规律并不明显㊂例如:框架结构整体和剪力墙地下部分的动力响应较大,因此该位置的加速度响应并未有一致规律,位置优势其实是结构类型㊁周围土体作用以及地震波频谱特性共同影响的结果㊂2)中栋结构类型的改变并未显著影响结构的动力响应趋势,无论两侧为何种结构中栋剪力墙有利于边栋结构动力响应,但也放大了框架结构某些部位的峰值加速度㊁峰值位移角,框架结构受相邻结构类型的影响不可忽略㊂另外边栋为框架结构工况中,随着地震波低频的增多中栋剪力墙相比中栋框架结构带来的有利影响也逐渐减弱,低频振动导致了较大的动力响应抵消了剪力墙结构的有利影响㊂3)中栋结构类型和整体结构类型没有改变地震动频谱特性的作用规律,随着地震动低频成分的增加SSSI响应对峰值位移角㊁峰值加速度的有利影响逐渐减弱,其动力响应逐渐趋于不利,其中远场波低频最为丰富对结构的动力响应也最为不利㊂4)结构类型的改变可以控制SSSI效应的影响效果,两侧为框架结构时在相对高频成分较多的近场波作用下,因中栋剪力墙结构带来的有利影响最大,通过控制相邻结构类型减弱结构地震时的动力响应成为可能㊂参考文献:[1]LI P,LIU S,LU Z.Studies on pounding response consid-ering structure-soil-structure interaction under seismicloads[J].Sustainability,2017,9(12):2219. 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*CAPACITY *CAST *CAVITY *CECHARGE*CECURRENT *CENTROID *CFILM *CFLOW *CFLUX *CHANGE *CLAY *CLEARANCE *CLOAD *CO *COHESIVE *COMBINED *COMPLEX*CONCRETE *CONDUCTIVITY *CONNECTOR *CONSTRAINT *CONTACT *CONTOUR *CONTROLS *CORRELATION *COUPLED *COUPLING*CRADIATE *CREEP *CRUSHABLE *CYCLED *CYCLIC *D *DAMAGE *DAMPING *DASHPOT *DEBOND *DECHARGE *DECURRENT*DEFORMATION *DENSITY *DEPVAR *DESIGN *DETONATION *DFLOW *DFLUX *DIAGNOSTICS *DIELECTRIC *DIFFUSIVITY*DIRECT *DISPLAY *DISTRIBUTING *DISTRIBUTION *DLOAD *DRAG *DRUCKER *DSA *DSECHARGE *DSECURRENT *DSFLOW*DSFLUX *DSLOAD *DYNAMIC *EL *ELASTIC *ELCOPY *ELECTRICAL *ELEMENT *ELGEN *ELSET *EMBEDDED *EMISSIVITY*END *ENERGY *ENRICHMENT *EOS *EPJOINT *EQUATION *EULERIAN *EXPANSION *EXTREME *FABRIC *FAIL *FAILURE*FASTENER *FIELD *FILE *FILM *FILTER *FIXED *FLOW *FLUID *FOUNDATION *FRACTURE *FRAME *FREQUENCY *FRICTION*GAP *GASKET *GEL *GEOSTATIC *GLOBAL *HEADING *HEAT *HEATCAP *HOURGLASS *HYPERELASTIC *HYPERFOAM *HYPOELASTIC*HYSTERESIS *IMPEDANCE *IMPERFECTION *IMPORT *INCIDENT *INCLUDE *INCREMENTATION *INELASTIC *INERTIA*INITIAL *INSTANCE *INTEGRATED *INTERACTION *INTERFACE *ITS *JOINT *JOINTED *JOULE *KAPPA *KINEMATIC*LATENT *LOAD *LOADING *LOW *M1 *M2 *MAP *MASS *MATERIAL *MATRIX*MEMBRANE *MODAL *MODEL *MOHR *MOISTURE*MOLECULAR *MONITOR *MOTION *MPC *MULLINS *NCOPY *NFILL *NGEN *NMAP *NO *NODAL *NODE *NONSTRUCTURAL*NORMAL *NSET *ORIENTATION *ORNL *OUTPUT *PARAMETER *PART *PERIODIC *PERMEABILITY *PHYSICAL *PIEZOELECTRIC*PIPE *PLANAR *PLASTIC *POROUS *POST *POTENTIAL *PRE *PREPRINT *PRESSURE *PRESTRESS *PRINT *PSD *RADIATE*RADIATION *RANDOM *RATE *RATIOS *REBAR *REFLECTION *RELEASE *RESPONSE *RESTART *RETAINED *RIGID *ROTARY*SECTION *SELECT *SFILM *SFLOW *SHEAR *SHELL *SIMPEDANCE *SIMPLE *SLIDE *SLOAD *SOILS *SOLID *SOLUBILITY*SOLUTION *SOLVER *SORPTION *SPECIFIC *SPECTRUM *SPRING *SRADIATE *STATIC *STEADY *STEP *SUBMODEL*SUBSTRUCTURE *SURFACE *SWELLING *SYMMETRIC *SYSTEM *TEMPERATURE *TENSILE *TENSION *THERMAL *TIE *TIME*TORQUE *TRACER *TRANSFORM *TRANSPORT *TRANSVERSE *TRIAXIAL *TRS *UEL *UNDEX *UNIAXIAL *UNLOADING *USER*VARIABLE *VIEWFACTOR *VISCO *VISCOELASTIC *VISCOUS *VOID *VOLUMETRIC *WAVE *WIND-AXISYMMETRIC -DEFINITION -DISPLACEMENT -SIMULATION -SOIL -TENSION /C2"Keywords2"ACTIVATION ADDED AREA ASSEMBLE ASSEMBLY ASSIGNMENT AXIAL BEHAVIOR BODY BULKCASE CAVITY CENTER CHAIN CHANGE CHARGE CLEARANCE COMPACTION COMPONENT COMPRESSION CONDITIONS CONDUCTANCE CONDUCTIVITY CONSTANTS CONSTITUTIVE CONSTRAINT CONTACT CONTROL CONTROLS COPY CORRECTION COULOMB COUPLINGCRACKING CREEP CRITERIA CRITERION CYCLICDAMAGE DAMAGED DAMPING DATA DEFINED DEFINITION DELETE DENSITY DEPENDENCE DEPENDENT DERIVED DETECTIONDIFFUSION DIRECTORY DOFS DYNAMIC DYNAMICSEFFECT EIGENMODES ELASTIC ELASTICITY ELECTRICAL ELEMENT ELSET ENVELOPE EVOLUTION EXCHANGE EXCLUSIONSEXPANSIONFACTORS FAILURE FIELD FILE FLAW FLOW FLUID FLUX FOAM FORMAT FORMULATION FRACTION FREQUENCY FRICTIONGENERAL GENERATE GENERATION GRADIENTHARDENING HEAT HOLD HYPERELASTICINCLUSIONS INERTIA INFLATOR INITIATION INPUT INSTANCE INTEGRAL INTERACTION INTERFERENCE IRONLAYER LEAKOFF LENGTH LINE LINK LOAD LOCKM1 M2 MATERIAL MATRIX MEDIUM MESH METAL MIXTURE MODEL MODES MODULI MODULUS MOTIONNODAL NODE NSET NUCLEATIONORIGIN OUTPUTPAIR PARAMETER PART PARTICLE PATH PENETRATION PLASTIC PLASTICITY POINT POINTS POTENTIAL PRAGER PRINTPROPERTYRADIATION RATE RATIOS REDUCTION REFERENCE REFLECTION REGION RELIEF RESPONSE RESULTS RETENTIONSECTION SCALING SHAPE SHEAR SOLID SOLUTION SPECTRUM STABILIZATION STATE STEP STIFFENING STIFFNESS STOPSTRAIN STRESS SURFACE SWELLING SYMMETRYTABLE TECHNIQUE TEMPERATURE TENSION TEST THERMAL THICKNESS TO TORQUE TRANSFER TRANSPORTVALUE VARIABLES VARIATION VELOCITY VIEWFACTOR VISCOSITYWAVE WEIGHT/C3"ElementType" STYLE_ELEMENTAC1D2 AC1D3 AC2D3 AC2D4 AC2D4R AC2D6 AC2D8 AC3D4 AC3D6 AC3D8 AC3D8R AC3D10 AC3D15 AC3D20 ACAX3 ACAX4ACAX4R ACAX6 ACAX8 ACIN2D2 ACIN2D3 ACIN3D3 ACIN3D4 ACIN3D6 ACIN3D8 ACINAX2 ACINAX3 ASI1 ASI2 ASI2AASI2D2 ASI2D3 ASI3 ASI3A ASI3D3 ASI3D4 ASI3D6 ASI3D8 ASI4 ASI8 ASIAX2 ASIAX3B21 B21H B22 B22H B23 B23H B31 B31H B31OS B31OSH B32 B32H B32OS B32OSH B33 B33HC3D4 C3D4E C3D4H C3D4P C3D4T C3D6 C3D6E C3D6H C3D6P C3D6T C3D8 C3D8E C3D8H C3D8HT C3D8I C3D8IH C3D8PC3D8PH C3D8PHT C3D8PT C3D8R C3D8RH C3D8RHT C3D8RP C3D8RPH C3D8RPHT C3D8RPT C3D8RT C3D8T C3D10 C3D10EC3D10H C3D10I C3D10M C3D10MH C3D10MHT C3D10MP C3D10MPH C3D10MPT C3D10MT C3D15 C3D15E C3D15H C3D15VC3D15VH C3D20 C3D20E C3D20H C3D20HT C3D20P C3D20PH C3D20R C3D20RE C3D20RH C3D20RHT C3D20RP C3D20RPHC3D20RT C3D20T C3D27 C3D27H C3D27R C3D27RH CAX3 CAX3E CAX3H CAX3T CAX4 CAX4E CAX4H CAX4HT CAX4ICAX4IH CAX4P CAX4PH CAX4PT CAX4R CAX4RH CAX4RHT CAX4RP CAX4RPH CAX4RPHT CAX4RPT CAX4RT CAX4T CAX6CAX6E CAX6H CAX6M CAX6MH CAX6MHT CAX6MP CAX6MPH CAX6MT CAX8 CAX8E CAX8H CAX8HT CAX8P CAX8PH CAX8RCAX8RE CAX8RH CAX8RHT CAX8RP CAX8RPH CAX8RT CAX8T CAXA4HN CAXA4N CAXA4RHN CAXA4RN CAXA8HN CAXA8NCAXA8PN CAXA8RHN CAXA8RN CAXA8RPN CCL12 CCL12H CCL18 CCL18H CCL24 CCL24H CCL24R CCL24RH CCL9 CCL9HCGAX3 CGAX3H CGAX3HT CGAX3T CGAX4 CGAX4H CGAX4HT CGAX4R CGAX4RH CGAX4RHT CGAX4RT CGAX4T CGAX6 CGAX6HCGAX6M CGAX6MH CGAX6MHT CGAX6MT CGAX8 CGAX8H CGAX8HT CGAX8R CGAX8RH CGAX8RHT CGAX8RT CGAX8T CIN3D12RCIN3D18R CIN3D8 CINAX4 CINAX5R CINPE4 CINPE5R CINPS4 CINPS5R COH2D4 COH2D4P COH3D6 COH3D6P COH3D8COH3D8P COHAX4 COHAX4P CONN2D2 CONN3D2 CPE3 CPE3E CPE3H CPE3T CPE4 CPE4E CPE4H CPE4HT CPE4I CPE4IHCPE4P CPE4PH CPE4R CPE4RH CPE4RHT CPE4RP CPE4RPH CPE4RT CPE4T CPE6 CPE6E CPE6H CPE6M CPE6MH CPE6MHTCPE6MP CPE6MPH CPE6MT CPE8 CPE8E CPE8H CPE8HT CPE8P CPE8PH CPE8R CPE8RE CPE8RH CPE8RHT CPE8RPCPE8RPH CPE8RT CPE8T CPEG3 CPEG3H CPEG3HT CPEG3T CPEG4 CPEG4H CPEG4HT CPEG4I CPEG4IH CPEG4R CPEG4RHCPEG4RHT CPEG4RT CPEG4T CPEG6 CPEG6H CPEG6M CPEG6MH CPEG6MHT CPEG6MT CPEG8 CPEG8H CPEG8HT CPEG8RCPEG8RH CPEG8RHT CPEG8T CPS3 CPS3E CPS3T CPS4 CPS4E CPS4I CPS4R CPS4RT CPS4T CPS6 CPS6E CPS6M CPS6MTCPS8 CPS8E CPS8R CPS8RE CPS8RT CPS8TDASHPOT1 DASHPOT2 DASHPOTA DC1D2 DC1D2E DC1D3 DC1D3E DC2D3 DC2D3E DC2D4 DC2D4E DC2D6 DC2D6E DC2D8DC2D8E DC3D10 DC3D10E DC3D15 DC3D15E DC3D20 DC3D20E DC3D4 DC3D4E DC3D6 DC3D6E DC3D8 DC3D8E DCAX3DCAX3E DCAX4 DCAX4E DCAX6 DCAX6E DCAX8 DCAX8E DCC1D2 DCC1D2D DCC2D4 DCC2D4D DCC3D8 DCC3D8D DCCAX2DCCAX2D DCCAX4 DCCAX4D DCOUP2D DCOUP3D DGAP DRAG2D DRAG3D DS3 DS4 DS6 DS8 DSAX1 DSAX2EC3D8R EC3D8RT ELBOW31 ELBOW31B ELBOW31C ELBOW32 EMC2D3 EMC2D4 EMC3D4 EMC3D8F2D2 F3D3 F3D4 FAX2 FLINK FRAME2D FRAME3D FC3D4 FC3D6 FC3D8 GAPCYL GAPSPHER GAPUNI GAPUNIT GK2D2 GK2D2N GK3D12M GK3D12MN GK3D18 GK3D18N GK3D2 GK3D2N GK3D4LGK3D4LN GK3D6 GK3D6L GK3D6LN GK3D6N GK3D8 GK3D8N GKAX2 GKAX2N GKAX4 GKAX4N GKAX6 GKAX6N GKPE4 GKPE6GKPS4 GKPS4N GKPS6 GKPS6NHEATCAPIRS21A IRS22A ISL21A ISL22A ITSCYL ITSUNI ITT21 ITT31JOINT2D JOINT3D JOINTCLS3S LS6MASS M3D3 M3D4 M3D4R M3D6 M3D8 M3D8R M3D9 M3D9R MAX1 MAX2 MCL6 MCL9 MGAX1 MGAX2PC3D PIPE21 PIPE21H PIPE22 PIPE22H PIPE31 PIPE31H PIPE32 PIPE32H PSI24 PSI26 PSI34 PSI36Q3D4 Q3D6 Q3D8 Q3D8H Q3D8R Q3D8RH Q3D10M Q3D10MH Q3D20 Q3D20H Q3D20R Q3D20RHR2D2 R3D3 R3D4 RAX2 RB2D2 RB3D2 ROTARYIS3 S3T S3R S3RS S3RT S4 S4T S4R S4RT S4R5 S4RS S4RSW S8R S8R5 S8RT S9R5 SAX1 SAX2 SAX2T SAXA1NSAXA2N SC6R SC6RT SC8R SC8RT SFM3D3 SFM3D4 SFM3D4R SFM3D6 SFM3D8 SFM3D8R SFMAX1 SFMAX2 SFMCL6 SFMCL9SFMGAX1 SFMGAX2 SPRING1 SPRING2 SPRINGA STRI3 STRI65T2D2 T2D2E T2D2H T2D2T T2D3 T2D3E T2D3H T2D3T T3D2 T3D2E T3D2H T3D2T T3D3 T3D3E T3D3H T3D3TWARP2D3 WARP2D4。

高层建筑结构设计与安全性评估研究综述高层建筑的结构设计与安全性评估是建筑工程领域的重要研究方向之一。

随着城市化的推进和人口的增长，越来越多的高层建筑被兴建，其结构和安全性的研究日益受到关注。

本文将综述高层建筑结构设计与安全性评估相关的研究进展和方法，以提供一个全面的了解和参考。

一、高层建筑结构设计的研究进展高层建筑结构设计是为了满足建筑的承载能力和稳定性要求，同时追求经济性和耐久性。

随着材料科学、结构分析方法和计算机技术的发展，高层建筑结构设计的研究也取得了长足的进展。

1. 结构材料的研究高层建筑的结构材料主要包括钢材、混凝土和复合材料等。

传统的钢筋混凝土结构的设计已经发展得相当成熟，但对于更高、更大跨度的高层建筑来说，新型的材料和结构设计方法也得到了广泛的研究。

例如，高强度钢筋、高性能混凝土和纳米材料等的应用，可以显著提高高层建筑的抗震性能和承载能力。

2. 结构分析和计算方法的改进高层建筑的结构分析是确保结构的力学性能和稳定性的重要环节。

传统的有限元分析方法已经被广泛应用于高层建筑的结构分析，但对于非线性和动力分析来说，其效果有限。

因此，研究者们不断提出改进的计算方法和模型，比如基于能量原理的方法、非线性分析方法和计算机辅助设计方法等，以更准确地评估高层建筑结构的力学性能。

3. 结构优化设计高层建筑的结构优化设计旨在提高结构的破坏抗力和使用性能，并优化材料和构造的使用。

通过结构拓扑优化、材料优化和参数优化等方法，研究者们可以获得更具经济性和可行性的高层建筑结构设计方案。

二、高层建筑安全性评估的研究方法高层建筑的安全性评估是为了防止结构破坏和灾害发生，保护人员的生命和财产安全。

常见的高层建筑安全性评估方法包括结构可靠性分析、风洞试验和地震响应分析等。

1. 结构可靠性分析结构可靠性分析是评估结构在设计工作寿命内保持安全性能的概率方法。

通过建立合理的概率模型和可靠性指标，研究者可以评估高层建筑的结构可靠性，并提出相应的改进措施。

基于灵敏度数的薄板结构加强筋布局优化设计李蕾;张葆;李全超;谭淞年【摘要】A heuristic design method for stiffener layout of thin plate structures was proposed herein.Starting from some prescribed initial nodes,the stiffeners grew and branched off towards the direction that the structural performance would be optimized.And the stiffeners with the minimum efG fectiveness on the structural performance were deleted simultaneously.During the design process,the relative density of each element was treated as the design variable.The growth and degeneration of the stiffeners were determined by the elemental sensitivity numbers.The design algorithm was proG grammed in Python and integrated with ABAQUS software which was used as the FEA preprocessor and solver.To validate the effectiveness of the proposed method,it was applied to design the stiffener layouts of some typical structures with the obj ective of maximizing the overall stiffness,and the obG tained results were compared with the results in existing literatures.%提出了一种启发式的加强筋生长设计方法，加强筋从给定初始点出发，沿着使结构性能最优的方向生长和分枝，同时删除对结构性能贡献小的加强筋，逐步形成最优的加强筋布局。

浙江大学建筑工程学院2003年年鉴二OO四年一月目录1、本科生教育工作 (1)2、研究生教育及学科建设工作 (11)3、科学研究与实验室建设工作 (17)4、人事工作 (36)5、继续教育工作 (40)6、其他工作 (47)本科教学工作一、各类数据1、目前在校本科生人数为1340名（截止日期：2003年12月31日）2、2003年(2002)各系在浙江省招生情况3、2003届各系学生英语四级、六级通过率情况4、2003届各系学生获得学位情况5、2003届各系学生分配情况及一次性就业率情况6、2002级学生转入我院各专业情况7、土木工程专业六个专业方向学生人数二、2003年本科教学改革立项情况三、主要工作1、给本科生上课的教师人数为153名，占全院教师总人数的66.5％，其中教授31人，占全院总教授人数的81.6％。

本科教学业绩点为140.88，教师人均业绩点为0.92。

目前，本科的师生比为1：8.76。

2、有57名研究生分别担任2003级本科生的导师和联络员，其中有30名教授担任导师。

3、本学年为23门次本科课程设置了23个助教岗位。

4、组织有关教师向学校申报了《工程管理》本科新专业。

5、2项21世纪初校级本科教学改革项目通过了学校的结题验收。

同时，6、学院的6门精品课程和18门重点课程通过了学校的中期检查验收。

7、承办了浙江大学第四届大学生结构设计竞赛，全校共有161支队伍参赛，涉及十几个院系的480多位学生。

2003年11月9日，学院与校教务部承办了浙江省第二届“杭萧钢构杯”大学生结构设计竞赛，来自浙江省11所高校的36支队伍参加了决赛。

我院有5支参赛队代表浙江大学参加了决赛，分别获得特等奖1个、一等奖1个、二等奖2个、三等奖1个和创意奖1个。

8、我院城规2000级学生丁睐荣获2003年城市规划专业“居住区规划设计”作业优秀奖。

指导教师为王士兰研究员。

9、第六期大学生科研训练计划(SRTP)立项共有18项，其中学校立项12项(教师7项，学生5项)，学院立项6项（教师3项，学生3项）。

利用双层墙构造减弱吻合效应影响的方法黄险峰;刘君【摘要】双层墙以其良好的隔声效果被广泛应用于各类建筑围护结构,但这种构造存在由于吻合效应叠加而降低墙体在某些频率范围隔声性能的现象.为了避免这种吻合效应叠加现象,文中应用统计能量分析(简称SEA)理论对具体双层墙构造的隔声规律进行预测与分析,由此提出减弱此类墙体结构吻合效应的构造方法,即通过改变双层墙的材料层次序、密度和厚度来减弱吻合效应对隔声的影响.研究结果表明:利用向声源薄板的双层墙构造能够有效地减弱吻合效应叠加对隔声性能的影响;采用不同密度和厚度轻质墙体的双层墙可大幅度降低甚至消除低频和高频吻合效应.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(046)004【总页数】7页(P105-111)【关键词】双层墙构造;吻合效应叠加;吻合谷深度;隔声预测【作者】黄险峰;刘君【作者单位】广西大学土木建筑工程学院∥广西防灾减灾与工程安全重点实验室∥工程防灾与结构安全教育部重点实验室,广西南宁530004;广西大学土木建筑工程学院∥广西防灾减灾与工程安全重点实验室∥工程防灾与结构安全教育部重点实验室,广西南宁530004【正文语种】中文【中图分类】TU112.4双层墙构造在建筑上的应用十分广泛，有关这类墙体的隔声研究也引起了学者们的极大关注，目前已提出多种双层墙构造的隔声预测模型[1- 7].一般而言，双层墙构造能显著提高隔声量，但由于吻合效应的出现导致墙体声辐射能力增强，对结构的隔声性能具有不利的影响[8].要掌握吻合效应对双层墙构造隔声性能的影响，首先要能够预测吻合谷出现的频度范围和变化规律，为此，学者们[9- 11]先对各向同性薄板的吻合效应频率范围展开讨论，在考虑剪切效应的基础上，得出了厚板的吻合临界频率.为了进一步确定双层墙等复杂结构吻合效应的影响规律，Mao等[12]应用有限元(FEM)-统计能量分析(SEA)混合法，通过识别结构内部损耗系数曲线的峰值频率,得到结构吻合效应出现的频率范围，并通过实测进行了验证.高处等[13]同样应用FEM-SEA建立了单向周期加筋板的隔声模型，在确定此结构吻合效应的前提下，以散射声场作为激励来预测其隔声量.基于采用VA-ONE平台建立的双层铝板隔声计算模型，张波等[14]利用SEA对其进行高频段隔声量的仿真计算，并与实测值进行了对比，发现其吻合效应的频率范围取决于两层铝板各自的板厚、空气夹层厚度、隔板材料特性、所填充的吸声材料等因素.对于由刚性层、空气单层弹性多孔材料层所组成的复杂构造墙体，其隔声预测一直是难点，Dijckmans等[15]应用混合波传递矩阵模型，计算通过诸如两混响室之间此类复杂构造隔墙的声传递，分别预测了低频和高频处的吻合谷，发现在中低频范围(250～1 000 Hz)的声传递主要取决于在保温材料层(聚苯乙烯泡沫)中的剪切波吻合效应.此外，复杂构造墙体系统中的各子系统之间(如墙板和龙骨之间、墙板与墙板之间)的耦合损耗系数与吻合效应也存在一定的关系[16].另一方面，准确预测吻合效应可改善结构的隔声预测质量，Hirakawa等[17]通过对带空腔和龙骨的墙体结构隔声吻合谷的准确预测，显著地提高了结构的隔声计算精度.此外，吻合效应也是影响建筑侧向传声的主要因素[18].关于墙体结构吻合效应的研究，不仅要确定其出现的频率范围和吻合谷深度，更重要的是如何消除吻合效应对墙体结构隔声性能的不利影响.为此，刘君等[19]运用SEA分析吻合效应受墙体材料影响的规律.由于结构中吸声材料对吻合效应的影响机理尚不明晰，伍圣超等[20]在复合墙体结构中将定向结构麦秸板作为吸声材料层，应用阻抗管法测量这种结构的隔声性能，以分析吸声材料层的位置对吻合效应的影响规律.Oliazadeh等[21- 23]以双层和三层壁壳声传递为研究对象，在考虑材料阻尼和吸声影响的基础上，通过合理设置空气间层的尺寸，发现可明显减少吻合频率范围的声传递.另外，将双层墙构造的两个吻合谷尽量离散，各自分别向低频和高频移动，使之不出现在相应的频率范围也是消除吻合效应的有效方法之一.在合理选择纤维材料性能指标的基础上，徐宁等[24]实现了玻璃纤维复合材料板的隔声性能优化，使得这种玻璃纤维复合材料板结构在160～8 000 Hz范围内的隔声频率特性曲线没有出现吻合谷，且理论预测与实测结果符合良好.Wareing等[25]应用强迫辐射阻抗方程，通过合理选择正交各向异性板的刚度系数，使两个吻合谷足够分离而出现在相应频率范围之外.Garg等[26]应用田口方法优化通过双层玻璃的声传递，发现当增大玻璃中的阻尼时，在吻合区内的声传递损失将有所增加；通过增加背声源玻璃板的厚度，可使吻合谷向低频方向移动.由于吻合效应对墙体隔声性能有着重要影响，且其影响难以预测，所以利用双层墙构造来改善隔声效果是一把双刃剑.当双层墙构造中的两层墙体的吻合谷在各自不同的频率范围内时，有可能互相填补而减弱双层墙的吻合效应；而当两层墙体的吻合谷的频率范围相重合时，则会出现吻合效应重叠，导致结构的隔声量大幅下降.由此可知：可适当利用不同材料的两层墙板来错开各自的吻合谷，避免吻合效应叠加，即通过优化双层墙构造来减弱甚至消除吻合效应对隔声的影响.文中拟通过建立SEA隔声预测模型，优化双层墙构造，减弱和避免吻合效应对隔声的不利影响.1 吻合效应与隔声模型对于单层墙，当入射到墙体上的受迫弯曲波的传播速度与墙体本身固有的自由弯曲波的传播速度相等时，墙体振动的振幅最大，从而使声音大量透射，墙体隔声量急剧下降的现象，就是吻合效应.当声波的入射角为90°时，出现吻合效应的最低频率称为吻合临界频率fc ：(1)式中，c0为空气中的声速，常温下为340 m/s；μ为墙体的泊松比；h为墙体的厚度，m；E为杨氏模量，Pa；cL为墙体的纵波波速，m/s；ρs为墙体的面密度，kg/m2.墙体出现的吻合效应将改变其隔声特性，造成一定频率范围内隔声量的明显下降，此时墙体的隔声频率曲线就会在吻合临界频率附近形成低谷，称其为吻合谷.吻合效应对墙体结构的隔声影响表现为吻合效应出现的频度范围、临界频率的位置和吻合谷深度，其中吻合谷深度是由于吻合效应使墙体隔声量下降的直接体现，反映了吻合效应对墙体隔声产生的不利影响.当双层墙构造中的各层墙板材料选择不当时，会导致吻合效应重叠现象，将使结构的隔声性能严重下降.所以研究吻合效应对具体双层墙构造隔声的影响时，其中的关键问题就是要对此类结构的隔声频率特性进行理论预测.由于SEA能够准确预测墙体的吻合效应，故建立如图1和图2所示的双层墙构造在不同频率范围内的SEA隔声预测模型.其中，房1是声源室，房4是接收室.在此将位于发声室一侧的墙板作为向声源板，而在另一侧受声室的墙板为背声源板，则墙2和墙3分别为双层墙的向声源墙板和背声源墙板.双层墙构造中的两个墙板在低频处是相互关联的，宜将之视为一个整体的墙板，并作为一个子系统来建模(见图1).随着频率的不断增加，再经由过渡频率才逐渐成为各自的子系统.相应的过渡频率f0为(2)其中：ρs2和ρs3分别为墙2和墙3的面密度，m/s；K为每平方米的空气刚度与空气层中其他连接的刚度之和，若无其他连接，则仅为空气层本身的刚度.当频率时，可将双层墙的两层墙板视为一块墙板，其面密度ρs=ρs2+ρs3，此时的SEA隔声预测模型见图1，隔声的计算方法与单层墙相同；当频率时，双层墙构造的SEA隔声预测模型见图2.此时房1与房4之间的声压级差为(3)其中：V1和V4分别为房1和房4的体积，m3；ηi和ηij为子系统i的损耗系数和子系统i与子系统j之间的耦合损耗系数.此时，房1和房4之间的隔声量R：(4)其中：S为隔墙面积,m2;A为受声室的吸声量，m2.图1 频率低于时的隔声模型Fig.1 Sound insulation prediction model at frequencies below图2 频率高于时的隔声模型Fig.2 Sound insulation prediction model at frequencies above双层墙隔声预测涉及到各子系统的损耗系数、子系统之间的耦合损耗系数和两墙板通过空腔的耦合损耗系数，因此需确定SEA模型中的相应参数.2 参数的确定和吻合谷深度对于图2中的墙体2、3，其损耗系数η2、η3可以按以下方法来计算[27]：(5)式中：cLi为墙板上的纵波波速，m/s；hi为墙板的厚度，m；L为墙板的周长，m；a为墙板的吸声系数；Si为板的面积，m2；ηint为墙板的内部损耗系数，对于一般的墙体，其取值范围为0.007～0.015.房4的损耗系数η4为(6)其中,T4为房间4的混响时间，s.房间1与墙2的耦合损耗系数η12为(7)其中，σ2是墙2的声辐射系数：(8)式中，U2是墙2的周长，m.而墙3与房4的耦合损耗系数η34为(9)由此可见，由于双层墙之间空气层的弹性作用，形成了一个质量弹簧共振系统，所以双层墙的隔声量受结构的共振频率影响较大，只有当共振频率低于相关频率范围，即低于50 Hz时，双层墙的隔声才能显示其低频隔声的优越性，获得良好的隔声效果.一般砖墙、混凝土砌块的共振频率为15～25 Hz,而轻质墙体的共振频率为125～250 Hz，因此重质墙体在100～3 150 Hz的频率范围内时，其隔声不受共振的影响，但却受吻合效应的影响.墙2和墙3的声传递通过空腔耦合的耦合损耗系数为[2](10)其中,Y2和Y3分别是墙2和墙3的声导纳，m/(N·s)，(11)空气层的刚度按K=105/d计算，d为空气层的厚度,单位为m.r为刚性搭接数，由式(3)可见，若空气层中填多孔材料，则可降低两墙之间的耦合损耗系数η23，从而提高双层墙的隔声量.吻合谷深度D可定义为在墙体的隔声频率特性曲线上,一个吻合谷的起点频率和谷底频率分别对应的隔声量之差，其值为D=|Rstart-Rdip|(12)其中，Rstart、Rdip分别为吻合谷起点频率、谷底频率的隔声量,dB.3 预测结果与分析3.1 构造类型文中的发声室和受声室的尺寸分别为6 m×4 m×2.8 m和5 m×4 m×2.8 m,采用1/3倍频程对双层墙进行隔声计算，表1为文中所选用双层墙构造的墙体材料性质参数.根据表1所选用的墙体材料归纳出双层墙的两种构造类型.第Ⅰ类是以厚硬材料作为向声源墙板，薄软材料作为背声源墙板；第Ⅱ类是以薄软材料作为向声源墙板，厚硬材料作为背声源墙板，见图2.表1 双层墙结构的材料性质参数1)Table 1 Building materials properties of double-leaf wall structures材料类别ρ/(kg·m-3)E/GPacL/(m·s-1)普通砖墙200016.0 2800石膏板7331.91300加气混凝土墙6001.51600装饰铝板270071.054001)ρ为密度，E为弹性模量.3.2 预测结果分析为了研究上述不同构造的双层墙吻合效应规律，基于表1中的墙体材料归纳出如表2所示的4组构造.分别对这些不同构造的双层墙进行隔声计算，获得这4组构造的吻合谷深度和薄板的临界频率，见表2.此外，图3为这4组构造的隔声频率特性曲线，表示其隔声性能的预测结果.表2 不同构造双层墙的吻合效应1)Table 2 Coincidence effect of diverse assemble of double-leaf wall类型组别构造简述向声源墙板背声源墙板第1吻合谷深度/dB第2吻合谷深度/dB临界频率(薄板)/HzⅠⅡ第1组第2组第3组第4组120mm厚砖墙1mm×12mm厚石膏板4.29.4-120mm厚砖墙2mm×12mm厚石膏板8.96.81657.6120mm厚砖墙3mm×12mm厚石膏板8.46.11105.0100mm厚加气混凝土墙2.0mm厚铝板0.00.0-100mm厚加气混凝土墙2.5mm厚铝板0.80.0-100mm厚加气混凝土墙3.0mm厚铝板3.00.0-1mm×12mm厚石膏板120mm厚砖墙0.09.0-2mm×12mm厚石膏板120mm 厚砖墙0.67.91657.63mm×12mm厚石膏板120mm厚砖墙1.28.91105.02.0mm厚石膏板100mm厚加气混凝土墙0.00.0-2.5mm厚石膏板100mm厚加气混凝土墙0.00.0-3.0mm厚石膏板100mm厚加气混凝土墙0.00.0-1)表中的“-”表示临界频率出现在125～3 150 Hz范围之外.与由同种材料墙板组成的双层墙所产生的单个较深的吻合谷相比，不同材料墙板组成的双层墙可较大程度地减弱吻合谷的深度，有效地减轻了吻合效应对隔声的影响程度.第Ⅰ类双层墙构造的隔声预测结果如图3(a)和3(b)所示，其中第1组双层墙的构造是以薄墙为背声源板(石膏板)，在其如图3(a)所示的隔声频率特性曲线上，两层墙板在相应频率范围均产生了较浅的吻合谷，且薄墙的面密度越小，第2吻合谷(在高频处)的深度越大，吻合越明显.结合表2和图3(a)可见，随着石膏板厚度的增加，该类双层墙的隔声增加量逐渐减小.但第1吻合谷(在低频处)的深度有加深的趋势，不利于双层墙构造的低频隔声；第2吻合谷的深度却有变浅的趋势.因此虽然增加薄板材料的厚度可减弱高频处吻合效应的不利影响，双层墙的整体隔声量有一定增加，但另一方面，第2吻合谷的临界频率却逐渐减小，使得两个吻合谷叠加的可能性有所增加.图3(b)表示的是第2组构造的隔声特性曲线.通过分析图3(b)和表2发现：第2吻合谷在4 000 Hz以上，因而未出现在图中所示的频率范围内.当薄墙是重质板(铝板)，而厚墙是轻质板(加气混凝土墙体)时，高频吻合效应出现在100～3 150 Hz 频率范围以外，即在此频率范围内无第2个吻合谷，且薄板越薄，密度越大,对消除吻合效应越有利.所以薄墙为背声源板，且向声源板为轻质厚墙的构造形式有利于减弱吻合效应对隔声的影响.图3(c)和 3(d)表示第Ⅱ类构造的双层墙隔声预测，其中图3(c)所示的第3组构造(薄墙是轻质板，厚墙是重质板)的隔声频率特性曲线也存在体现两层墙体各自吻合效应的浅吻合谷，当薄墙越薄时，第1吻合谷越不明显，第2吻合谷可能出现在3 150 Hz以外.且向声源墙为1 mm×12 mm厚石膏板，背声源墙为120 mm厚砖墙组成的双层墙可消除第1吻合谷；对于如表2中所示的第4组构造的双层墙(薄墙与厚墙为不同密度的轻质板)，由其图3(d)中的隔声频率特性曲线可知，第1和第2吻合谷基本消除了.此时增加薄板材料的厚度可使得双层墙构造的整体隔声量稍有增加.因此，此组构造的第1和第2吻合谷均不明显.值得注意的是，第Ⅱ类构造比同种材料的第Ⅰ类构造，在中高频处的隔声量提高了3 dB左右，所以薄墙为向声源墙板的双层墙构造，不仅可消除吻合效应对隔声的影响，而且有利于隔声的改善.图3 双层墙构造的隔声量Fig.3 Sound insulation prediction to double-leaf wall4 结论在建筑隔声设计中，采用双层墙构造虽可获得隔声性能的改善，但也要考虑到吻合效应对隔声的不利影响.通过双层墙构造的SEA隔声模型可确定每个吻合谷的频率范围和深度，根据理论预测结果可进行双层墙构造的隔声设计，即通过双层墙构造的两个墙板吻合谷的交错叠加，来减少各自吻合谷的深度，或使吻合谷出现在100～3 150 Hz频率范围以外，这样可实现减弱吻合效应对隔声性能影响的目的.文中分析了两大类(一共4组)构造的双层墙的隔声频率特性后发现：采用向声源薄墙板构造的双层墙能够有效地减弱吻合效应的影响，又能提高一定的隔声量，达到良好的隔声效果.考虑到向声源薄墙板在具体工程实际中的应用，若要降低交通噪声等对室内的影响，应尽量将双层墙构造中的薄墙布置在外侧，如采用装饰铝板作为围护结构的外墙(向声源薄墙板)；而对于建筑中房间之间的声传递，则应将薄墙朝向声源室，如将石膏板作为向声源墙板，均可有效地削减吻合谷和减弱吻合效应对隔声性能的影响.若采用薄墙为背声源板、轻质厚墙为向声源板的双层墙构造，则可有效避免吻合效应叠加，从而改善建筑中非承重墙的隔声性能，这进一步说明了双层墙构造中两层墙体的次序不同会导致隔声效果的差异.此外，无论是薄墙朝向声源还是背向声源，若采用不同密度和厚度轻质墙体的双层墙构造，都可在一定程度上减弱低频和高频吻合效应的影响.这对于改善双层墙构造的隔声设计质量具有指导意义.参考文献：【相关文献】[1] CRAIK R J M,NIGHTINGALE T R,STEEL J A.Sound transmission trough a double leaf partition with edge flanking [J].Journal of the Acoustical Society ofAmerica,1997,101(2):964- 969.[2] CRAIK R J M,SMITH R S.Sound transmission through double leaf lightweight partitions(part 1) [J].Applied Acoustics,2000(61):223- 245.[3] STEEL J A,CRAIK R J 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