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巨型框架减振结构体系的研究

王栋  
【摘要】: 随着我国经济和社会的快速发展,城市人口密度的增加,超高层建筑将会得到越来越广泛的应用,因此有必要对超高层建筑的合理结构形式和动力响应计算方法进行系统研究。 巨型框架减振结构是一种理想的超高层建筑结构形式,它是随着结构工程的发展和控制理论研究的深入,综合利用巨型框架特有的二级结构形式和结构控制的基本思想而提出的。 本文从理论推导、数值分析、优化仿真等方面对巨型框架减振结构进行了深入研究,并对结构形式进行了改进,提出了巨型框架复合减振结构体系。 本文采用了更接近实际的力学模型,主结构采用弯曲刚度,子结构采用剪切刚度,利用随机振动复模态理论,推导了巨型框架减振结构的动力响应表达式,并以日本东京市政一号楼为基本模型,讨论了巨型框架减振结构两种结构形式(座承式和悬挂式)的主要参数(刚度和阻尼)对减振效果的影响,结果表明:与普通巨型框架结构相比,减振结构通过合理选择子结构刚度,可以较好的控制主结构在顺风向脉动风作用下的位移响应,从而提高结构的安全性,但与此同时,子结构自身的加速度响应也有了一定程度的提高。基于这样一种情况,本文提出了巨型框架复合减振结构体系及其分步设计思想,概括为:首先寻求巨型框架减振结构的最优的子结构刚度,以使主结构的位移响应得到最优控制,然后在特定的子结构上附加安装调频质量阻尼器(TMD),通过合理选取TMD的参数进而控制子结构的加速度响应,实现总体控制目标。本文利用等效最优理论(ECPM)对TMD的参数进行了优化,利用Simulink对复合结构进行了动态仿真,结果表明:附加安装在子结构上的TMD并不会对主结构的动态特性产生大的影响,复合结构和减振结构一样都可以较好的控制主结构位移响应,而且复合结构经优化后的TMD还较好的控制了子结构加速度响应,所以复合结构体系既可以提高结构的安全性,又可以满足舒适度的要求,从而证明了本文提出的巨型框架复合减振结构是一种理想的超高层建筑结构形式,其将具有广阔的发展前景。


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