高层建筑结构动力特性测试实例分析

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❖ 7.2.1 结构自振频率测量 ❖ 2、强迫振动法
强迫振动法也称共振法。一般都采用惯性式机械离心 激振器对结构施加周期性的简谐振动，在模型试验时可采用 电磁激振器激振，使结构和模型产生强迫振动。由结构动力 学可知，当干扰力的频率与结构自振频率相等时，结构产生 共振。
利用激振器可以连续改变激振频率的特点，当结构产 生共振时振幅出现极大值，这时激振器的频率是结构的自振 频率。
❖ 7.2.3 振型测量 ❖ 测振传感器布置：沿结构高度或跨度方向连
续布置水平和垂直测振传感器，整体结构布 置在各层楼面、屋面。 ❖ 试验按振动记录曲线取某一固有频率结构振 动时各个测点同时间位移值，并将位移值连 线，得到结构振型曲线。 ❖ 量测注意振动曲线的相位。
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7.2 人工激振法测量结构动力特性
❖ 2．测量结构动力特性，了解结构的自振频率，可以避免和防止动荷
载作用所产生的干扰与结构产生共振或拍振现象。在设计中可以使结 构避开干扰源的影响，同样也可以设法防止结构自身动力特性对于仪 器设备的工作产生干扰的影响，可以帮助寻找采取相应的措施进行防 震，隔震或消震。
❖ 3．结构动力特性试验可以为检测、诊断结构的损伤积累提供可靠的资
❖ 随着对结构动力反应研究的需要，目前较多 的结构动力试验，特别是研究地震，风震反 应的抗震动力试验，也可以通过试验室内的 模型试验来测量它的动力特性。
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7.1 概述
❖ 人工激振法是一种早期使用的方法，试验得到的资料数据直 观简单，容易处理；环境随机振动法是一种建立在计算机技 术发展基础上采用数理统计处理数据的新方法，由于它是利 用环境脉动的随机激振，不需要激振设备，对于现场测试特 别有利。以上任何一种方法都能测得结构的各种自振特性参 数。

பைடு நூலகம்作用。
３ ． 框架梁部分梁端钢筋进入塑性 ，形成 塑性铰。框架
柱 的塑性发展主要集 中于顶部特色楼层的柱 脚 ，表现为混 凝土开裂 ，但是柱纵筋未屈服。 ４ ． 在罕遇地震波输入过程 中，结构 的破坏形态可描述
为：首 先结构局部连梁进入塑性 ，然后局部剪力墙进入塑
性 ，接着连粱损伤迅速发展并扩散至全楼范围 ，剪力墙 受 拉损伤 同时发展 、扩展并集中于结构立面缩进处 ，但是剪 力墙 受压损伤 发展不 大。之后在地震的一半时间里 ，结构
塑性基 本无 更大发展 ，塑性分布呈稳定状态 ，说 明结构的
各构件 （ 主要为连梁 ） 在 刚度退化及塑性耗能后 ，形成稳
定 的塑性 分布机制。 ５ ． 输入 各工 况罕遇地 震波进行 时程 分析后 ，结构竖立
图６剪 力墙 边缘 构 件 钢 筋 塑性 分 布 图
不倒 ，主要抗 侧力构件没 有发生严重破坏 ，多数连梁屈服 耗 能 ，部 分剪 力墙 出现拉 裂缝 ，个别 出现混凝 土受压 损 伤 ，但未出现局部倒塌和 危及结构整体安全 的损伤 ，抗震
剪 力墙 边缘构件 内竖 向钢 筋塑性分布如 图６ 所示 ，在
高 低 区交 接 处 ，个 别 竖 向 钢 筋 出 现 塑性 ，说 明结 构 立 面 缩
性能达 到并优于 “ 大 震不倒 ”的性能 目标。
（ 作 者单位 ：广州市设计 院 ）
进对结构抗倾覆能力影响较大 ，但是钢 筋还是 大部分保持
弹性状态。
（ ２） 框 架 梁 塑 性 分 布 大 震作 用 下 ，有 部 分 框 架 梁进 入塑 性 ， 主要 集 中于 梁 端部 ，说 明这部 分框架梁端部 出现塑性铰 ，并且绝大部分 进 入塑 性 的钢 筋 塑 性 应 变 都较 小 。 （ ３） 结 构 塑 性 发 展 过 程 根 据 分 析 结 果 显 示 ， 剪 力墙 受 压 损 伤 发 展 过 程 中 ５ ｓ 时 核 心 筒 连 梁 出 现 损 伤 ，１ Ｏ ｓ 时 部 分 连 梁 出现 损 伤 并 发

第４ Ｏ卷 第 ６期
・
４ ６・
２ ０ １ ４年 ２ 月
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲ ＣＨＩ Ｔ Ｅ Ｃ Ｔ ＵＲＥ
山 西 建 筑
Ｖｏ １ ． ４ ０ Ｎ ｏ ． ６ Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ４
文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ６ － ０ ０ ４ ６ ・ ０ ２
实验 、 科研 、 会议及办公 等多项 功能 于一体 的现 试验采用 同济大 学土 木工程 学院 结构工 程与 防灾研 究所 自 层 建筑 是集 教学 、 代 高校建筑 ， 总建筑面积约 ４ ３ ３ １ ６ ｍ ， 建筑高度 ９ ７ ． ５ ｍ， 该建筑上 主研发 的 Ｓ Ｖ Ｓ Ａ振 动信 号采集分 析系统 ， 具体的测试设备包括 ： 采
建筑结构动力特性 试验 量测结 构动 力特性 参数 是结 构 动力
试验的基本 内容 ， 在研 究建 筑结构 的抗震 、 抗 风或抵 御其 他 动力 荷载 的性能时 ， 都必须 要进行 结构 动力 特性试 验 ， 了解结 构 的 自 振特性 。由于它可在小振幅试验下求 得 ， 不会 使结构 出现过 大的 振动和损坏 ， 因此经 常在现 场进行 结构 的实物 试验 ， 主要 分 为人
某 复 杂 高 层 建 筑 结 构 的 动 力 特 性 分 析
刘 昱 彤
（ 山西省建筑设计研究院 ， 山西 太原 ０ ３ ０ ０ １ ３）
摘
要： 对某复杂高层建筑结构 的动 力特性进行 了现场测试 ， 通过对测试结果进行分析 ， 得 出了该 结构 的 自振特性 ， 为建筑 结构 的
安全性 评估 及损伤识别提供 了参考资料。
可 以采用半功率法求取 ， 由半功率点幅值 Ｈ （ ∞ ） ／ 确定半功率带 宽 ， ， 然后根据下式计算 ：

某高层建筑结构的动态模拟分析一、引言随着城市化的进程不断加快，高层建筑成为城市里不可或缺的一部分，其安全运行对于城市整体治理及人民生命财产安全保障具有重要意义。

因此，对于高层建筑结构动态行为的分析与模拟研究具有极其重要的意义。

本文以某高层建筑结构的动态模拟分析为例，详细阐述了建筑结构动态模拟分析的各种方法。

二、建筑结构动态模拟分析方法1. 天然振动频率试验法天然振动频率试验法是应用最为广泛的动态模拟试验方法之一。

其基本原理是在试验结构中施加规定程度或规定类型的外力激励，然后观测结构的振动响应，通过测量和计算结构的振动特征参数，如振动周期、振动频率等，以分析和评估结构的动态性能。

该方法简单易行，适用范围广泛，但是受影响因素较多，误差较大。

2. 拓扑优化设计方法拓扑优化设计方法是近年来发展的一种全新的优化设计方法。

其基本思想是在给定边界条件下，通过探索结构的潜在拓扑及其各种变形情况，寻求最佳的结构拓扑，以达到最优设计的目的。

该优化方法可以得到更为合理的结构配置方案，增强了结构的稳定性和抗震性能，但对于工程实施存在一定的困难。

3. 波浪传播模拟法波浪传播模拟法是建筑结构动态模拟分析中使用比较广泛的一种方法，其基本原理是将建筑结构看作是一种大的机械振子，将外部载荷视为激励源。

在此基础上，通过波浪动力学和数值计算方法对结构进行分析和评估，以确定其动态特性。

该方法成本较低，处理速度较快，但由于模型的简化，容易存在误差。

4. 有限元法有限元法是建筑结构动态模拟分析中使用最为广泛的一种方法，其基本原理是将结构划分成有限个单元，通过数学模型和计算方法进行分析和评估。

该方法能够对结构进行比较精确的动态分析，但是需要比较复杂的数值计算，同时也需要对模型的验证及其精度评估。

此外，模型的建立和参数的获取都需要一定的专业知识和技能。

三、应用案例分析以北海市一高层建筑结构的动态模拟分析为例，通过对该建筑物在地震、台风等自然灾害下的动态模拟分析，得到了如下结论：1. 该建筑物的主要受力构件布置合理，在地震等自然灾害下仍能够保持相对稳定的结构状态。

ＭＩ ＤＡＳ ／ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ．Ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｚ ｏ ｎ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｗｅ ｒ ｅ
现 剪 切 型 损 伤 。整 个 结构 构件 塑性 铰 出现 顺 序 和 分 布 较 为 合 理 ， 满足 “ 大震 不 倒 ” 的设 防要 求 。 关键词 ： 双 塔 连 体 结 构 ；弹 塑 性 动 力 分 析 ；高层 建 筑 ；超 限 ； 抗 震性 能
ＤｏＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ － ９ ９ ６ ３ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ７ ． ０ ０ ８
王 伟 ： 某 双 塔 连 体 高层 建 筑 结 构 弹 塑 性 动 力 分 析
某双塔连体高层 建筑结构弹塑性动 力分析
王 伟 （ １ ．中 国建 筑科 学 研 究 院 上 海 分 院 ， 上 海 ２ ０ ０ ０ ２ ３ ； ２ ．上 海 建 科 结 构 新 ２ ３ ）
ＥＬＡＳ ＴＩ Ｃ— ＰＬＡＳ ＴＩ Ｃ ＤＹ ＮＡＭ Ｉ Ｃ ＡＮＡＬＹＳ Ｉ Ｓ ＯＦ ＴＨ Ｅ ＤＯＵＢＬＥ— ＴｏＷ ＥＲ Ｃｏ ＮＮＥＣＴＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵ ＲＥ ＦｏＲ ＴＡＬＬ ＢＵＩ ＬＤ Ｉ ＮＧ
Ｗ ａｎｇ Ｗ ｅｉ ’
（ １ ． Ｓ ｈａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｂｒ ａ ｎｃ ｈ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ， Ｓｈ ａ ｎｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ２ ３，Ｃｈｉ ｎ ａ； ２ ．Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇｙ ｏ ｆ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｎｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃｏ ． Ｌｔ ｄ， Ｓｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ２ ３，Ｃｈｉ ｎ ａ ）

定 的 范 围之 内 。 表 面修补法 ， 缝 、 缝封堵 法 ， 构加 固 灌 嵌 结 自愈 合 法 。
２ ３结 构加 固法 ．
当裂缝 影响到混 凝土 结构的性能 时 ， 理 。 构 加 固 中 常 用 的 主 要 有 以 下 几 种 方 结 法 ： 大 混 凝 土 结 构 的截 面 面 积 ， 构 件 的 加 在
缝 是钢 筋 混 凝 土 结 构 中 最 常 见 的 由于 化 学 ２ １表 面修补 法 ． 表 面 修 补 法 是 一 种 简 单 、 见 的 修 补 常
角部 外 包 型 钢 、 采用 预 应 力 法 加 固 、 贴 钢 粘
些 碱 性 离 子 ， 些 离 子 与 某 些 活性 骨 料 方 法 ， 主 要 适 用 于 稳 定 和 对 结 构 承 载 能 板 加 固 、 设 支 点加 固 以 及 喷 射 混 凝 土 补 这 它 增
一
三 至 三 层 为 商 ， 层 为 架空 层 ， 至 三 十 两 层 地 下 室 四 周 节 点 均 采 用 固结 ， 似 模 以 Ｙ向 平 动 为 主 ， 阶 振 型 以 绕 竖 轴 的 转 Ｊ 四 五 近 拟 地 下 土 层 对 地 下 室 四 周 的 约 束 。 过 对 动 为 主 。 通 表 １ 前 六 阶结构 模 态基 本信 息
１９ ７ ．６
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０． ４ ６９ ６ ０． ０ ６８
＇ ７１ ７ 蒜 兽 ４
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某 工程 建 筑面 积 约 １４ ７ １ ５ ５ ，主 楼 平 面 尺 寸 为 ｍ ６ ｍｘ ２ 高 宽比 倍为 ５ ７ 长 宽 比为 ２ ， 架一 心 ４ ３ ｍ， ． ， ４ ．框 ０ 核 筒结构 ， 总高度 １５０ 地 下室 埋深 为９５ ７ ．５ ｍ， ． ｍ。地 上４ ２
Ｉ ｏ ＮＥ ＵＰＥＲ— Ｉ Ｎ Ｓ Ｈ ＧＨ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ
Ｆ ｅ－ ｉ．ＺＨ ＡＮ Ｗ ｉｘａ ＡＯ ｎ ｃ ａ ｇ Ｑｕ — ｈ ｎ
（ ｈ ｎ ｈ ｎ Ｍｕ ｉ ｉ ａ ｓｇ ＆ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｉ ｓｉ ｔ ． ｔ ． Ｓ ｅ ｚ ｅ ｎ ｃ ｐ ｌ Ｄｅ ｉｎ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｕ ｅ Ｃｏ，Ｌ ｄ ，５１ ０ ９ ｈ ｎ ｈ ｎ，Ｇｕ ｇ ｏ ｇ ｔ ８ ２ ，Ｓ ｅ ｚ ｅ ￣ ｄ ｎ ，Ｃｈ ｎ ） ｉａ
Ａｂｔａ ｔ ’ Ｙｓ ａ℃ ｏｊｃ ｎ ｔｉ ｅｔ ｓ ｔｅ ｃｕ ｌ ｒ ｅｔ ｏ ｅ ｅｎｏｃｄ ｃ ｎ ｒｔ ｒｍｅ ｃｒｗ ｌ ｓｒ ｃ： ｈ ｅ ｒｈ ｂｅ ｔ ｈｓ ｘ ｈ ａｔａ Ｉ ｅ ｅ ｉ ｔ ｉ ｐｏ ｃ— ｎ ｒｉｆｒｅ ｏ ｃｅｅ ｆ ｊ ａ — ｏｅ ａｌ
收 稿 日期 ： ０ ０ １ — ０ ２１—２２
层 ， 下２ ， 中底部 ４ 地 层 其 层裙房 主 要 用作 商业 及 娱乐 ， ５ ９ 为酒店 ，０ 以上 为办公 用途 。１ －层 １层 层层 高６ ２ ４ ｍ，－
层 层高４５ ５ 层 高４ ６ ２ 层层 高为 ３ ｍ，６ 以 ．ｍ，层 ｍ，～ ５ ． ２层 ２ 上层 高为５１ ｍ（ １ 。 ． ５ 图 ）
关键 词：超 限 高层 ；ｔｂ ； 力特 性 ； 震 反应 ； ｅａ ｓ 动 地 时程 分析
中 图 分 类 号 ：Ｕ ９ ３１ Ｔ ７ ．６ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ ４ ２ ２ １ ） １ ０ ７ — ４ １ ０ — ７ ６（０ ０ — ０ ８ ０ １

带有双塔楼高层建筑结构动力特性分析摘要：随着社会经济的不断发展，人类科技水平发展的进步，以及人们生活水平的提高和文化素养的提升，对建筑的外观和性能要求也越来越高。

自上世纪八十年代起，我国便出现了多种多样的塔楼高层建筑，随着时代的不断进步，双塔楼高层建筑在生活中得到了普遍的应用。

但是由于双塔楼之间的连接体的设置或多或少的会使得双塔楼高层建筑整体会出现建筑竖向刚度和质量分布不均的现象，加上双塔楼结构的复杂，经常会出现各种问题，本文就带有双塔楼的高层建筑结构的动力特性进行深入的分析和研究，并通过对带有双塔楼高层建筑有影响动力性能的因素进行定量分析，明确相关的概念并加深理解，从而提供一些可供参考的意见和措施。

关键词：双塔楼高层建筑；建筑物整体；结构；动力；特性一、双塔楼高层建筑结构动力特性分析的重要性众所周知，双塔楼高层建筑结构主要是指两个高层塔楼式建筑相连的结构形式。

由于两个高层塔楼之间有密不可分的联系，使得双塔楼高层建筑结构存在着动力相关性，每个塔楼之间都存在着单独的形变，这种形变主要是因为塔楼建筑底盘的连接关系和底盘所受力特性控制的原因，两个相互连接和构成的塔楼并没有直接的影响关系。

双塔楼高层建筑科学合理的设计在地震及大的外力作用发生时，其振幅应该是同步和同向的，如果二者不相对称，在外力的作用下就会出现振幅不同步的情况，不对称程度越大，双塔楼高层建筑整体的震动也就相应增大，因此，对双塔楼高层建筑结构动力特性进行分析主要是因为两个塔楼之间的高度和刚度及外在负荷力的影响下对建筑物底盘造成形变，防止不合理的规划设计造成双塔楼高层建筑的侧移和变形。

不仅如此，双塔楼高层建筑和单体的高层建筑相比，需要特别注意其结构的性能会随着外力和负荷力的变化而发生不同的变化，同理，在对双塔楼高层建筑结构动力的特性分析计算时要注意建筑结构所受负荷力的作用力大小和方向。

比如在分析对称轴双塔结构的动力特性时，结构受大的外力作用或地震力的影响只会沿无偏心的方向发生微小的侧移，不会发生建筑结构整体扭转的情况，而双塔楼高层建筑受到大的外力影响和负荷力作用时，除了发生侧移的现象，还会出现不同的结构形变现象。

有 限元软件 Ｅ ａｓ分析 该建筑 的结构动 力特 性 ， ｔｂ ， 确定振型分解 法的合理振 型参 与数 ， 以及 通过 弹性 时程 法分析在最不
利地震波作用下该结构的地震反 应。
关键 词 ： 超 高层； Ｅａｓ 动力特性 ； 地震反应； 时程分析 ｔ ； ｂ
Ａｎａ ｙ ｉ ｆ ｔ ｎａ ｉ ｌ ｓｓ ｏ ｈｅ Ｄｙ ｍ ｃ Ｃｈａ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｓ ａ ｄ Ｅａ ｔ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｎ ｒ ｈｑｕ ｋ ｓ ｏ ｓ ａ ｅ Ｒｅ ｐ ｎ ｅ
●
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ｅｅｒｈｏ ｊ ｔｎｔ ｓｔｘ ｈ ｃｕｌ ｒｊ ｔ ｎ ｉｆｒｅ ｎｒｔ ｈａ ａｓｓｐｒ ｇ ｍｃ￣ｅ ｆ ｓｒ ｃ ： ｈ ｓａｃ ｂｅ ｈ ｔｓｔｅａｔａｐｏ ｃ ｏ ｅ ｅ ｏｃｄｃ ｃｅｅ ｅｒｗ ｌ ｕ ｅ ｈ ｈｓ ｔ ｒ ｃｉ ｉ ｅ ｉ ｅ— ｒｎ ｏ ｓ ｌ － ｉ ｔ ｏ
１ 工 程 概 况
拟建 的 ２号 楼位 于汉 阳腰 路 路堤 ， 临长 江 ， 濒 交
通方 便 ， 理位 置 优 越 ， 境 优 雅 ， 视 长 江 全 貌 。 地 环 可 建筑 占地 １ ９ ．８ｍ２ ６ ． ４ １ ８ （ ｏ ４ｍ×２ ． ， ４ ７ｍ） 该建 筑地 下 ２层 ， 地上 ５ ５层 ， 筑 总 高 度 １ ５ ５ 不 含机 建 ７ ． ５ｍ（ 房高 ） 建筑 总面积 达 ５ ０ ． ， ， ５２ ９ ３ｍ２ 首层 层 高 为 ５ ５ ． ｍ， 为工程 部办 公室 与会 议 室用 途 ， 中间部 分 （ ～５ ２ ５
ｗ ｈｎｃｙ（５ｌ ｅｓ ｂ ｖ ｅｇｏ ｎ ７ ． ５ ｔ ｇ ） Ｔ ｒｕｈｔｅｕｅｏ ｎ ｅｅ ｍｅ ｔ ｔ ￣ｅＥ ａｓ ｉ ａ ｌ ｅ ｕ ａ ｉ ５ ｙｒ ａｏ ｅｔ ｒｕ ｄ１ ５ ５ ｍｅｅ ｈ ｈ ． ｈｏｇ ｓ ｆ ｉ ｔ ｌ ｎ ｗ ｔｂ， ｔ ｎ ｙ ｄ ｔ ａ ｈ ｒｉ ｈ ｆ ｉ ｅ ｍｆ ａ ｓ

结构性能设计实例分析报告引言结构性能设计是指通过对结构体系的分析和优化，达到满足设计要求的设计目标。

本报告通过分析一个实例来探讨结构性能设计的重要性和方法。

实例描述本实例是一座位于城市中心的高层办公楼。

该楼高50层，总面积为10万平方米。

结构形式为框架结构，采用RC（钢筋混凝土）材料，地下建筑使用钢筋混凝土桩基础。

设计目标该高层办公楼的设计目标包括以下几个方面：1. 结构安全性：满足相应的设计规范和标准，确保结构在正常使用和罕见极端情况下的安全可靠。

2. 结构稳定性：确保结构在风荷载、地震力、温度变化等外部荷载和作用下不发生失稳。

3. 结构刚度：确保结构具有足够的刚度，以满足振动、变形和位移的要求。

4. 结构经济性：在满足前三个目标的前提下，尽可能减少材料的使用量和成本。

方法为了达到上述设计目标，本实例采用了以下方法进行结构性能设计：1. 结构布局优化：通过对建筑形态和布局的考虑，合理分配楼层的荷载，减小结构的水平荷载和竖向荷载，提高结构的性能。

2. 材料选择优化：通过选择适当的材料，如钢筋混凝土，可以在满足强度和稳定性要求的同时，减小结构的自重和成本。

3. 结构分析和计算：通过使用结构分析软件，对结构进行力学分析和计算，以评估结构的强度、稳定性和刚度等性能。

4. 结构优化设计：通过对结构的各个部分进行优化设计，如优化柱、梁和板的尺寸和截面形状，可以进一步提高结构的性能。

结果和讨论经过以上的结构性能设计方法，该高层办公楼的结构达到了设计目标。

以下是一些结果和讨论：1. 结构安全性：通过对结构进行强度分析和验算，满足了规范和标准的要求，保证了结构在正常使用和罕见极端情况下的安全性。

2. 结构稳定性：通过对结构进行稳定性分析和计算，保证了结构在风荷载、地震力和温度变化等外部荷载和作用下的稳定性。

3. 结构刚度：通过合理的结构布局和优化设计，保证了结构具有足够的刚度，满足了振动、变形和位移的要求。

4. 结构经济性：通过合理的材料选择和优化设计，该结构在满足安全性和稳定性要求的同时，尽可能减少了材料的使用量和成本。

载荷形式和大小
环境因素
动载荷的形式和大小对结构的动力特性有 重要影响，特别是对于一些特殊载荷，如 冲击载荷和共振载荷。
温度、湿度、腐蚀等因素也会影响结构的 动力特性，因此在长期监测和维护过程中 需要特别关注。
CHAPTER 03
结构动力特性试验方法
试验前的准备
明确试验目的 在开始试验前，需要明确试验的 目的和要求，以便选择合适的试 验方法、确定试验参数和制定试 验计划。
准备试件 根据试验要求，准备合适的试件 ，确保试件的质量、尺寸和形状 符合要求，并对其进行必要的预 处理。
选择合适的试验装置 根据试验目的和要求，选择合适 的试验装置，包括激振器、测力 计、位移计等，并确保其精度和 可靠性。
搭建试验台 根据试验要求，搭建合适的试验 台，包括基础、支撑结构、固定 装置等，确保试验台稳定可靠。
模型简化与真实情况的偏 离
为了简化试验过程和提高效率 ，现有的试验方法通常会采用 简化的模型，这可能导致与真 实结构的动力特性存在偏差。
环境因素对试验结果的影 响
温度、湿度、风载等环境因素 可能对试验结果产生影响，但 现有方法难以完全消除这些影 响。
未来研究的方向与重点
发展先进的试验技术与方法
研究和发展更高效、准确和经济的结构动力特性试验方法，包括新型 的传感器技术、数据采集和处理技术等。
试验过程
安装试件
将试件安装在试验台 上，确保安装位置准 确、稳定可靠。
设置激振器
根据试验要求，设置 合适的激振器，包括 频率、振幅、波形等 参数，以产生所需的 激励力。
数据采集
在试验过程中，使用 各种传感器采集所需 的响应数据，如位移 、速度、加速度、应 力等。
调整激振参数

目录第1章测试的目的 (1)第 2 章高层建筑结构现场动力特性测试方法 (3)2.1概述 (3)2.2 影响高层建筑动力测试的环境因素 (3)2.3高层建筑结构脉动测试测点分类 (3)2.3.1水平振动测点 (3)2.3.2扭转振动测点 (4)2.4测点及测站布置原则 (4)2.4.1找好中心位置布置平移振动测点。

(4)2.4.2在建筑物的两侧布置扭转测点 (4)2.5 传感器布置的方法 (5)第3章西安建筑科技大学XX大楼现场动力测试 (6)3.1 结构概况 (6)3.2 测试目的 (6)3.4 测试仪器设备 (6)3.5 测试方案 (6)3.6 脉动过程记录 (7)3.7结果分析 (9)3.8 结论 (11)参考文献 (12)第1章测试的目的高层建筑结构的动力特性指它的自振频率、振型及阻尼比.虽然这些动力特性可以通过理论计算求得，但通过测试所得的动力特性仍然具有重要意义。

主要表现在以下几个方面:①.检验理论计算理论计算方法求结构的自振频率时存在误差。

于在理论计算过程中，要先确定计算简图和结构刚度，而实际结构往往是比较复杂的，计算简图都要经过简化，常填充墙等非结构构件并不记入结构刚度，而且结构的质量分布、材料实际性能、施工质量等都不能很准确的计算。

因此，计算周期与实测周期相比，往往相差很多，据统计，大约前者为后者的1.5--3倍。

这样，如果直接采用理论计算的自振周期计算等效地震荷载，往往使内力及位移偏小，设计的结构不够安全。

因此，理论周期要用修正系数加以修正。

现场实测可以得到建筑物建成后实际的动力特性，因此是准确可靠的。

所得数据可以与理论计算数据进行对照比较，验证理论计算，也可为设计类似的对于超高层建筑提供经验及依据。

②．验证经验公式通过实测手段对各种不同类型的建筑物进行测试以后，可归纳总结出结构周期的规律，得到计算结构振动周期的经验公式。

在估算结构动力特性及估算地震作用时采用经验公式可快速得到结果，方便实用。

统的第 Ｐ个 自由度 和第 ｋ个 自由度 的响应之 间互谱密度 函数 。 当 Ｄ ｋ时 ，即得到系统在 第 Ｐ个 自由度上 响应 的 自谱 密度 函数 ＝
⑦ｔ 为计时器 时间， 由证书给 出的误差为± ． ％， ｔ ０ ２ 按矩 形分 ０
布 考 虑 ， ） ００ ２ ｕ（ ＝ ．１ ％。 ｔ 灵 敏 系 数 为 ｉｒ ） （： Ｃｔ × × －． ４ １ ０９ ５ ｃ ９
２ 现场 检测及数据分析
２１ 数 据 分析 方法 ．
结构的动力特性包括 自振频率 、 阻尼 比和振型 ， 是结构在 地 震 中响应 的决定性 因素 ， 也是进 行抗 震验算和 设计的重要指标 。 同时， 可 以反映结构 的刚度 的分布情况 ， 它 与理论 计算相 比较 ，
所产 生的随机加速度响应 ａ ｔ和 随机激励 ｆｔ的功率 谱密 （ ） （ ） 度 矩阵关系式如 下：
４． ２ｘ１ ３ ０－
＝
（） ４ 扩展测量不确定度 取 ｋ ２ 则扩展不确 定度 为 Ｕ ｋ ｕ＝ ｘ ． １ ８４ １。 ＝， ＝ ｘ ｃ２ ４ ｘ ０ ＝ ．ｘ ０。 ２ 。
・ ３
质检・ 研究 Ｓ （） ｗ 。研究表明： 当各个模 态的 自振频率分的较开 ， 且结构 阻 尼 比较 小 时 ， 型 之 比可 由下 式 得 出： 振
参考文献
［Ｊ ８—０６皂膜流量计检定规程． 国计量出版社 １Ｊ ５６ ２０ ］Ｇ 中 勤 幢 不确定度分析’ 池 中国计量 出版祉 王
（） ３ 合成标准 不确 定度
由于各标准不确定度分量无关 ，所 以测量 结果的合成标准
不确 为：
：
、ｃ （）＋ （）＋ｒ（）＋ｒＣ） ［ ］［ｒ。 ＋ ㈩］ ／ Ｅ］［ ］［ｒ ］［ｒｓ ｃ （） ｅ （） ［ ［ ｃ Ｖ Ｃ ｅ Ｃ Ｐ ｒ Ｐ】 １ ｕ ｕ Ｕ ＵＯ ｕ ＋ Ｕ ２ Ｕ

本文结合两个工程实例 ， 对采用低频测试系
统 进行 脉动 测试 的仪 器选 择 和实 测方 法进 行 了介 绍， 并对 测试 中应 注 意 的问题 进行 了分 析 。
括加速度传感器 、 速度传感器 、 位移传感器 以及应 变传感器等。在 对高层建筑进行现场测试 时 ， 可 以根据 需 要 选 择 一 种 或 者 几 种 不 同 类 型 的 传 感
高层建 筑结 构 的 动 力 特 性 测试 ， 目前 主 要 采 用 脉动 测试 的方 法 。建 筑物 的脉 动是 一种 微小 的 振 动 ， 动源 来 自地壳 运 动 引起 的微小 振 动 ， 面 脉 地 车辆 运 动 、 器运 转所 引 起 的微小 振动 ， 机 以及风振
时也有较高的要求 ， 主要体现在 以下几方面。
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高层建筑结构体系的动力特性分析与优化高层建筑是现代城市的地标性建筑物，其结构体系的安全性和稳定性对于保障建筑物的使用寿命和居住安全至关重要。

在高层建筑的结构设计中，动力特性的分析和优化是非常重要的一步。

本文将对高层建筑结构体系的动力特性进行分析与优化。

首先，我们需要了解高层建筑结构体系的概念。

高层建筑结构体系是指通过结构元素（如柱、墙、梁等）和连接部件（如节点、连接板等）来组成的一个整体，以承受重力荷载、风荷载和地震荷载等外部力作用于结构系统中。

高层建筑结构体系的设计需要考虑结构的稳定性、抗震性、刚度和动力特性等因素。

其次，我们将讨论高层建筑结构体系的动力特性。

动力特性可以通过模态分析得到，模态是指系统在特定频率下以某种形式振动的状态。

模态分析可以确定系统的固有频率、振型和模态参与系数等参数。

高层建筑的模态分析可以帮助我们了解结构的振动特性，为后续的优化设计提供依据。

高层建筑的动力特性主要包括以下几个方面：1. 固有频率：固有频率是指高层建筑在不受外力作用下自由振动的频率。

不同的结构体系和材料具有不同的固有频率。

固有频率对于判断结构的柔度或刚度以及抗震性能具有重要意义。

2. 模态参与系数：模态参与系数衡量了结构振动时各模态对整体振动的贡献程度。

不同的模态在结构振动中的能量分布不同，模态参与系数可以指导优化结构设计，降低结构的振动幅值和响应。

3. 阻尼比：阻尼比是指结构消耗振动能量的能力，也被称为结构的耗能能力。

阻尼比对结构的抗震性能有重要影响，合理的阻尼设计能够有效减小结构的振动响应。

基于对高层建筑结构体系的动力特性的分析，我们可以进行相应的优化措施，以提高结构的安全性和舒适性。

1. 结构调谐：结构调谐是通过调整结构的固有频率与外力激励频率相匹配，以提高结构的抗震性能。

通过调整结构的刚度和质量分布，使得结构在地震激励下的振动响应最小化。

2. 阻尼优化：优化结构的阻尼设计可以减轻结构的振动幅值和响应。

时 间自 历由 程振 曲动 线
ln n T ； 1 ln n ；
n1
T n1
1 lnn 2 n1
—衰减系数； —阻尼比。
自振频率：即基本周期的倒数。
2、共振法（振动荷载法）
功率 放大器
信号 发生器
激振器 频率仪
拾振器
放大器 试 放大器 件 放大器
放大器
记录仪 相位计
共振法测量原理框图
参数测定
共振时的 振动图形和共振曲线 衰减系数：
1 2
2
由共振曲线 求阻尼系数和阻尼比 阻尼比：
0
用共振法测建筑物振型
3、脉动法
脉动法：是通过测量建筑物由于外界环 境脉动（如地面脉动、气流脉动等）而产生 的微幅振动，来确定建筑物的动力特性。
方法有： 主谐量法； 统计法； 频谱分析法； 功率谱分析法。
建筑结构试验
◆ 结构动力特性的测定
工程实例
钢筋砼框架简图
实测框架振动记录图
二、：自振频率、振型和阻尼系数 1、自由振动法（撞击荷载法）
拾振器
放大器
撞击
位移传感器
结
桥
构
盒
物
动态电阻 应变仪
光线 示波器
自由振动衰减量测系统
有阻尼自由振动的运动方程：
x(t)xm e tsi n t ()

的。当建筑 物高度 不断增加 时，结构 的设计主要 由 水 平荷载 控制 。而我 国是 多地震 国家之一 ，地震是一 种
Ｌ Ｊ Ｌ Ｊ Ｌ Ｊ
卜一
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自 然灾 害，会给人 们生命财产 带来危害， 高层建筑 与
某高层建筑结构动力特性研 究
李 远 瑛
（ 学院 土木工程 系，广 东 梅州 ５ ４ １） 嘉应 １０ ５
摘 要： 利用有限元分析软件Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 对某高层建筑结构进行模态分析，建立高层建筑结构的三雏模型，研究谊结 构的动力特性，并将计算得到结构的 自 振周期同经验公式比较，探讨计算高层建筑结构 自 振周期的影响因素，结 果表明两种计算方法结果十分接近， 验证 了 有限元分析的正确性。 关键词 ：有限元分析；高层建筑结构；动力特性
表２ 不同方 法计算的结构的自振频率
２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １ ０
以看 出，（） 一振型 １第
方 向平移 ，第 二、三
频 率 （ｔ Ｉｚ）
ＡＮＳ ＹＳ
型 为扭 转振 型 ，带 有平 移 ，且 向 Ｅ 方 方 向 长 度 大 。ｆ１结 构在 水平 ２ 荷载 作用 下 向位 移为 方 计算重 点。ｆ１ ３ 建立 三维
ＡＮＳ 不考 ＹＳ
虑 填充墙
经验 公式
０９ ９ ．０ ３０ ０ ．３ ８２ ４ ．６
模型进 行振 型分析 更符合 实际 ，它能较 好地反 映平移和 扭 转的耦合响应 ，扭转振型是客观存在 的。
３３比较分 析 ．
建筑 结构 的 自振周 期的经验 公式 与有 限元 计算 结果 比 较 如表２ 所示。 结构 的基本 自振周期 决定 于多方 面因素 ，如建筑 物 的 高宽 比、结构形 式、建筑 物层数 等 。影 响高层 建筑结 构 自 振 周期 的主要因 素有建筑 物的 高度和 宽度 、剪 力墙布置 间