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高层建筑鞭梢效应的ANSYS分析

陶冶  
【摘要】: 屋顶设置塔楼的多高层建筑结构,由于在屋顶处的刚度和质量发生了突变,发生地震时,塔楼受到经过主体结构强化、放大的振动激励,会产生显著的鞭梢效应。地震震害表明,在鞭梢效应的影响下,即使主体结构无震害或震害较轻,塔楼也会发生严重的破坏甚至倒塌。目前国内对于这种结构体系的抗震性能研究的较少,也尚无专门的设计规范或规程可供参考。因此,系统地研究屋顶带塔楼的结构体系,是实际工程设计的迫切要求。本文根据现有情况,开展了如下工作: 1、采用大型通用有限元软件ANSYS建立屋顶带塔楼的混凝土框剪结构的三维空间有限元模型,分析该结构体系以及塔楼和框剪结构单独工作时的模态特性。从整体动力特性可以看出,当混凝土框剪结构在地震作用下产生振动时,屋顶塔楼在框剪结构屋顶层振动的激励下,产生二次型振动,发生显著的“鞭梢效应”。 2、计算了屋顶带塔楼的混凝土框剪结构在地震作用下的响应,并分析了该种结构形式在地震载荷作用下的结构响应特点。 3、讨论了塔楼位于屋顶不同位置对塔楼地震反应的影响,也讨论了主体结构的高度对塔楼和主体结构地震反应的影响。 4、以两个相似高层框架为研究对象,其中之一放大其鞭梢效应。利用ANSYS对两结构进行动力特性分析以及地震荷载作用下的时程响应分析,得到两结构的自振特性及地震荷载作用下的结构受力性能和变形特征。对比结果可知:合理利用鞭梢效应可为结构的合理设计提供参考。


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