结构动力学在建筑结构抗震设计中的应用

结构动力学在建筑结构中的抗震分析杜方江（宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021）摘要：结构动力学在建筑结构设计中起着重要作用，在抗震结构设计中两者是相互依存、缺一不可的整体。本文针对结构动力学在建筑结构设计中的应用，分析建筑结构设计中不但要考虑建筑结构的使用功能、建筑结构的安全度、建筑使用年限等。在建筑结构设计中要考虑到当地震来临时使建筑物小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震原则。关键词：结构动力学结构动力特性建筑结构设计结构安全度动力学中的结构动力特性（1）结构动力特性与结构的刚度及结构的质量有关。用表达式表示：式中k为刚度;m为质量。结构动力学在建筑结构中反映抗震性质的微分方程：其中的系数和可以根据初始条件确定。假设在初始时刻t=0质点有初始位移和初始速度，即：y(0)=，（0）=。由此解得：，，把和代入微分方程即得：（2）采用一种能够处理重复变换加载的三维有限元方法分析钢筋混凝土柱在地震荷载作用下的非线性特性。钢筋混凝土墙-框架体系的非弹性地震反应，主要考虑连续变化的轴向力和挠曲的相互作用以及剪切变形的影响，并且轴向力的变化对动力反应影响显著，而剪切变形影响不大。分析钢框架建筑的非弹性地震反应，发现柱的轴向塑性变性在一个方向积累，会导致水平位移增加，加剧P-△效应。轴向力将减小挠曲为主的振型的自振频率。采用离散变量的方法，将整个体系加以处理，用拉格朗日方程进行分析，便于考虑结构的空间特性。2．建筑结构的定义及设计优化建筑结构是在建筑中，由若干构件，即组成结构的单元如梁、板、柱等，连接而构成的能承受作用的平面或空间体系。建筑结构因所用的建筑材料不同，可分为混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。结构设计形状优化是通过调整结构内外边界形状来改善结构的动力学性能和达到节省材料的目的。结构设计形状优化从对象上区分，主要有桁架框架类的杆系结构和块体、板、壳类的连续体结构。在进行优化设计时考虑剪切变形、柱的轴向变形、不等截面等多因素，并近似考虑P-△效应，导出楼层转换矩阵，通过连乘运算，可得顶层与底层之间的矩阵关系式，于是便于求解振动问题。同时考虑柱和非正交楼板梁的特性，可求的柱的主位移方向和主侧移刚度。3.结构动力学中动力的安全性随着经济的发展，城市现代化改造步伐的加快，高层建筑的快速发展，在城市进行拆除工作越来越普遍。拆除爆破在获得巨大的经济效益的同时，也会产生一系列的负面效应，诸如震动效应、空气冲击波效应、爆破飞石、噪声、有害气体等，这些效应会对周围建筑物或居民造成危害。为了安全，因此在建筑结构设计时，考虑在动力作用下框架结构的动力反应设计时要确保细心进行设计分析。4.结构动力学在建筑结构中的抗震分析膀（告1陡）在建筑结构敢设计中考虑建鹿筑结构的两个颈主轴方向地震必作用，各方向高的水平地震作惠用全部由该方躲向抗侧力构件勿承担。有斜角于抗侧力构件的探结构，当相交控角大夜于喉1井5带度时，宜分别奖考虑各抗侧力占构件方向的水驴平地震作用。季质量和刚度不粘均匀、不对称撕的结构，应考闸虑水平地震作滩用的扭转影响户，同时应考虑垂双向水平地震缩的影响。不同搏方向的抗震力厦结构的共同构偏件，应考虑双跌向水平地震的共影响均。御8谱度炼和层9遗度时的大跨度脂结构、长悬臂呜结构等应考虑鞭竖向地震作用隔。除（漏2健）进行建筑结写构设计时，必盖须考虑的重力哄荷载。要考虑编到当地震来临鼻时使建筑物小托震不坏、中震页可修、大震不预倒的抗震要求尝。对结构构件域承载力加以调列整，主要考虑径以下因素。赛①腐结构动力学中政动力荷载下材贱料比静力荷载变下要高羞。全②诊地震时偶然作但用，建筑结构纱的抗震可靠度扒要求可比承受滤其他荷载的可屑靠度要求低践。挎③测在罕遇地震下孟，结构薄弱层划部位的层间弹盆塑性位移应满编足下式的要求闲：颈式删中课态为层间弹塑性糖位移游；桶自h棋为结构薄弱层纷的层高或钢筋总混凝土结构上愉柱高度；员鼠为层间弹塑性胃位移角限值盈。幼（呢3岔）结构微振具哭有环境振动的揉随机性，结构肉在环境振源的哄激励下将产生价复杂的响应，督对建筑结构将挪产生破环。所租以，结构抗震小是结构设计中衣需要考虑的重臭要问题，尤其态是对于城市交羡通附近的建筑排结构设计，要脏控制结构微振楼，就要分析结装构防微振性能氧，设计合理的捉防微振方案。亿目前对于结构画防微振的分析赛多集中于设备府隔振、减振措尊施及动力分析波等方面。辛5舒．结构动力学匙在建筑结构中秧抗震的设计方誉法浪5.1避夜反应谱设计法驼根据结构动力郑学的特性，地鹅震作用下结构件的动力效应，批即结构上质点晚的地震反应加南速度不同于地烧面运动加速度本，而是与结构构自振周期和阻躬尼比有关。采验用动力学的方漏法可以求得不生同周期单自由子度弹性体系质历点的加速度反撒应。以地震加萝速度反应为竖藏坐标，以体系伐的自振周期为摩横坐标，所得盛到的关系曲线伟地震加速度反过应谱，以此来泳计算地震作用遍引起的结构上商的水平惯性力油，对于多自由装度体系，可以晃采用振型分解翻组合方法来确介定地震作用。匠5.2毅罗延性设计法歉通过地震力减劲低系案数姻R沾将反应谱法得腐到的加速度反桑应骗值设a恩m余降低到与静力敢法水平地震相拖当的设计地震吩加速脆度车a瞒d庆，烂ad=am/润R届地震力降低系磨数爪R鸡对延性较差的近结构取值较小敞，对延性较好婚的结构取值较蝇高。尽管最初磁利用地震力降镇低系庙数赶R拼将加速度反应阅降下来只是经添验性的，但人狼们已经意识到孤应根据结构的砖延性性质不同射来取不同的地丸震力降低系数门。皇5.3触凝能力设计法阿为了保证钢筋菜混凝土结构具势有足够弹塑性香变形能力的能寸力设计方法。夜该方法是基于勉对非弹性性能挑对结构抗震能哈力的理解和超固静定结构在地银震作用下实现糟具有延性破环坦机制的控制思场想提出的，可灰有效保证和达卫到结构抗震设卷防目标，同时宋又使设计做到确经济合理。能便力设计方法的帐核心。收①她引导框架结构润或框括架陈-谷剪力墙结构在父地震作用下形僵成梁铰机构，巷即控制塑性变拣形能力大的梁达端先于柱出现约塑性铰，即所判谓的强柱弱梁此；倡②陈避免构件剪力缎较大的部位在构梁端达到塑性助变形能力极限柏之前发生非延算性破环，即控尤制脆性破环形斑式的发生，即挑所谓的强剪弱币弯族；拳③崭通过各类构造肢措施保证将出蛮现较大塑性变呀形的部位确实世具有所需要的塔非弹性变形能晴力。6.结语欣通过以上分析袖，在进行建筑屈结构设计时不依但要考虑建筑膜结构的使用功瘦能、建筑结构给的安全度、建狭筑使用年限等华。在建筑结构丙设计过程中要乡考虑到当地震羞来临时使得建被筑物小震不坏肉、中震可修、乌大震不倒的抗疫震原则。在结故构抗震设计时顿，尤其是高地含震烈度和重要撑建筑物，一定框要考虑