高层建筑风振作用和地震作用比较研究

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1、⑧申请同济大学工学博士学位论文高层建筑风振作用和地震作用比较研究国家自然科学基金项目(50321003)联合资助教育部“高等学校骨干教师资助计划”培养单位：一级学科：二级学科：研究生：指导教师：土木工程学院土木工程防灾减灾洪小健顾明教授二OO五年一月摘要摘要风和地震都是离层结构设计中重要的水平荷载，在不同条件下．可能会对结构主要力学指标分别起到控制作用。在有些条件下，规范还要求综合考虑地震和风对高层建筑的作_I}j。本文对风和地震对高层结构作用进行了较全面的比较和分析。本文工作主要内容有：A．按照《建筑结构荷载规范》和《结构抗震设计规范》中规定的风和地震作用的计算，给

2、出了混凝土高层结构和钢结构高层在风和地震作用下的总作用荷载和总基底弯矩相等的临界高度，并考虑了高宽比、场地地貌条件和抗震设防烈度等多种因素对临界高度的影响。研究反映对于不同响应指标(总作用荷载、总作用弯矩、层间剪力、层间弯矩)，地震和风作用下响应相等的临界高度或相关条件是不一样的。为了验证给出的临界高度的可参照性，给出了多个实际结构的内力响应的比较算例。分析也表明在不同地区，风和地震对高层建筑作用的相对强弱是有明显差别的。B．分析讨论了双向地震动作用和双向风荷载作用下．正方形截面高层结构的基底内力响应相等的结构临界高度。当出现不同响应指标由地震和风分别控制时，除各个指

3、标分别比较外，还引入了AHP方法进行了综合比较的尝试。C．讨论分析了桩基动力阻抗计算。跟据桩与桩之间干扰的波动模型建立了群桩振动方程组，给出基于群桩振动方程组求解的群桩阻抗的一种新的理论求解方法；此外基于近似的“主动桩一被动桩”求解方法，推导了考虑桩一土一桩之间耦合效应的群桩阻抗方程(本质上它是目前频域阻抗函数求解常见方法的又一种表达)．针对规则布置的群桩，给出了实用的自由度凝聚算法。最后对以上两种群桩阻抗求解方法作了比较讨论，并给出了实际的数值算例。D．按照《结构抗震设计规范》中规定的地震响应反应谱曲线，结合地震动模型，按照CPSD方法反演了上海地区地面地震动加速度

4、功率谱密度函数和相应的软土场地的基本参数。讨论了风和地震作用下，地基土体阻尼比的取值。采用频率子结构方法，给出了考虑上部结构风荷载相关性的$SI方程组近似求解方法，详细分析了各类参数(上部结构刚度、上部结构阻尼、土体刚度、土体阻尼)对士一结构作用效应的影响，总结了风和地震作用下土一结构作用效应的一般规律，并比较了风或地震作用下5s，效应的异同。E．按照首穿破坏准则和相应的可靠度计算方法，以结构最大位移为控制准则计算比较了实际超高层建筑结构在风荷载作用和地震作用下的可靠度。按照随动强化准则和二折线本一构模型，结合实测及人造上海波，计算了多层结构在大震作用下的层问坍塌概率

5、，并进行了风和地震作用的全概率可靠度比较。分析比较说明基于概率理论的可靠度比较，与基于响应案的直接比较不完全的相同，因为可靠度比较涉及到响应的控制值，所以可靠度计算比较有其自身特点。摘要F基于概率理论建立了高柔结构抗风设计中，考虑地震作用组合的模型荠进行求解。在组合分析中考虑了风和地震作为离散随机过程的发生概率，作用分布等具体特征．给出了多个实际结构的算例和建议的组合系数及不同形式荷载组台的比较。且算例表明对水平荷载由风作用起控制作用的高柔结构，最大水平荷载的验算宜考虑风与地震作_l}j的组合。关键词：风，地震，高层建筑，比较，横风向作用，双向地震作用，群桩阻抗，群桩

6、振动方程．子结构方法，XSI，可靠度，组合AbstraetABSTRACTWindandEarthquakearetheimportantlateralexcitationsintall—buildingsdesign．Theymaygovernthemaindesignindexrespectivelyasregardingdifferentconditions．ThecombinationaboutwindexcitationseffectsontallbuildingsinAseismicdesignisrequiredinChinesecodewhenthes

7、tructureismorethan60meters．Thecomprehensivecomparisonandinvestigationofwind，EarthquakeeffectsONtall-buildingsincludesinthisthesis：a．ThecriticalheightofequivalentresponseSUehasbaseshearorbasemomentunderwindexciation，earthquakeexcitationhasbeenpresentedinaccordancewiththeIoadingc