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（宁夏大学土木木与水利工程程学院宁夏夏银川7500221）摘要：结构动动力学在建筑筑结构设计中中起着重要作作用，在抗震震结构设计中中两者是相互互依存、缺一一不可的整体体。本文针对对结构动力学学在建筑结构构设计中的应应用，分析建建筑结构设计计中不但要考考虑建筑结构构的使用功能能、建筑结构构的安全度、建建筑使用年限限等。在建筑筑结构设计中中要考虑到当当地震来临时时使建筑物小小震不坏、中中震可修、大大震不倒的抗抗震原则。关键词：结构动动力学结构动力特特性建筑结构设设计结构安全度度动力学中的结构构动力特性（1）结构动力力特性与结构构的刚度及结结构的质量有有关。用表达达式表示：式式中k为刚度;m为质量。结结构动力学在在建筑结构中中反映抗震性性质的微分方方程：其中的系数数和可以根据初初始条件确定定。假设在初初始时刻t=0质点有初始始位移和初始始速度，即：y(0)==，（0）=。由此解得得：，，把和代入微分方方程即得：（2）采用一种种能够处理重重复变换加载载的三维有限限元方法分析析钢筋混凝土土柱在地震荷荷载作用下的的非线性特性性。钢筋混凝凝土墙-框架体系的的非弹性地震震反应，主要要考虑连续变变化的轴向力力和挠曲的相相互作用以及及剪切变形的的影响，并且且轴向力的变变化对动力反反应影响显著著，而剪切变变形影响不大大。分析钢框框架建筑的非非弹性地震反反应，发现柱柱的轴向塑性性变性在一个个方向积累，会会导致水平位位移增加，加加剧P-△效应。轴向向力将减小挠挠曲为主的振振型的自振频频率。采用离离散变量的方方法，将整个个体系加以处处理，用拉格格朗日方程进进行分析，便便于考虑结构构的空间特性性。2．建筑结构的的定义及设计计优化建筑结构是在建建筑中，由若若干构件，即即组成结构的的单元如梁、板板、柱等，连连接而构成的的能承受作用用的平面或空空间体系。建建筑结构因所所用的建筑材材料不同，可可分为混凝土土结构、砌体体结构、钢结结构、轻型钢钢结构、木结结构和组合结结构等。结构构设计形状优优化是通过调调整结构内外外边界形状来来改善结构的的动力学性能能和达到节省省材料的目的的。结构设计计形状优化从从对象上区分分，主要有桁桁架框架类的的杆系结构和和块体、板、壳壳类的连续体体结构。在进进行优化设计计时考虑剪切切变形、柱的的轴向变形、不不等截面等多多因素，并近近似考虑P-△效应，导出出楼层转换矩矩阵，通过连连乘运算，可可得顶层与底底层之间的矩矩阵关系式，于于是便于求解解振动问题。同同时考虑柱和和非正交楼板板梁的特性，可可求的柱的主主位移方向和和主侧移刚度度。3.结构动力学学中动力的安安全性随着经济的发展展，城市现代代化改造步伐伐的加快，高高层建筑的快快速发展，在在城市进行拆拆除工作越来来越普遍。拆拆除爆破在获获得巨大的经经济效益的同同时，也会产产生一系列的的负面效应，诸诸如震动效应应、空气冲击击波效应、爆爆破飞石、噪噪声、有害气气体等，这些些效应会对周周围建筑物或或居民造成危危害。为了安安全，因此在在建筑结构设设计时，考虑虑在动力作用用下框架结构构的动力反应应设计时要确确保细心进行行设计分析。4.结构动力学学在建筑结构构中的抗震分分析（1）在建筑结结构设计中考考虑建筑结构构的两个主轴轴方向地震作作用，各方向向的水平地震震作用全部由由该方向抗侧侧力构件承担担。有斜角抗抗侧力构件的的结构，当相相交角大于15度时，宜分分别考虑各抗抗侧力构件方方向的水平地地震作用。质质量和刚度不不均匀、不对对称的结构，应应考虑水平地地震作用的扭扭转影响，同同时应考虑双双向水平地震震的影响。不不同方向的抗抗震力结构的的共同构件，应应考虑双向水水平地震的影影响。8度和9度时的大跨跨度结构、长长悬臂结构等等应考虑竖向向地震作用。（2）进行建筑筑结构设计时时，必须考虑虑的重力荷载载。要考虑到到当地震来临临时使建筑物物小震不坏、中中震可修、大大震不倒的抗抗震要求。对对结构构件承承载力加以调调整，主要考考虑以下因素素。①结构动力学中中动力荷载下下材料比静力力荷载下要高高。②地震时偶然然作用，建筑筑结构的抗震震可靠度要求求可比承受其其他荷载的可可靠度要求低低。③在罕遇地震震下，结构薄薄弱层部位的的层间弹塑性性位移应满足足下式的要求求：式中为层间弹弹塑性位移；；h为结构薄薄弱层的层高高或钢筋混凝凝土结构上柱柱高度；为层间弹塑性位位移角限值。（3）结构微振振具有环境振振动的随机性性，结构在环环境振源的激激励下将产生生复杂的响应应，对建筑结结构将产生破破环。所以，结结构抗震是结结构设计中需需要考虑的重重要问题，尤尤其是对于城城市交通附近近的建筑结构构设计，要控控制结构微振振，就要分析析结构防微振振性能，设计计合理的防微微振方案。目目前对于结构构防微振的分分析多集中于于设备隔振、减减振措施及动动力分析等方方面。5．结构动力学学在建筑结构构中抗震的设设计方法5.1反应谱谱设计法根据结构动力学学的特性，地地震作用下结结构的动力效效应，即结构构上质点的地地震反应加速速度不同于地地面运动加速速度，而是与与结构自振周周期和阻尼比比有关。采用用动力学的方方法可以求得得不同周期单单自由度弹性性体系质点的的加速度反应应。以地震加加速度反应为为竖坐标，以以体系的自振振周期为横坐坐标，所得到到的关系曲线线地震加速度度反应谱，以以此来计算地地震作用引起起的结构上的的水平惯性力力，对于多自自由度体系，可可以采用振型型分解组合方方法来确定地地震作用。5.2延性设设计法通过地震力减低低系数R将反应谱法法得到的加速速度反应值am降低到与静静力法水平地地震相当的设设计地震加速速度ad，ad=amm/R地震力降低低系数R对延性较差差的结构取值值较小，对延延性较好的结结构取值较高高。尽管最初初利用地震力力降低系数R将加速度反反应降下来只只是经验性的的，但人们已已经意识到应应根据结构的的延性性质不不同来取不同同的地震力降降低系数。5.3能力设设计法为了保证钢筋混混凝土结构具具有足够弹塑塑性变形能力力的能力设计计方法。该方方法是基于对对非弹性性能能对结构抗震震能力的理解解和超静定结结构在地震作作用下实现具具有延性破环环机制的控制制思想提出的的，可有效保保证和达到结结构抗震设防防目标，同时时又使设计做做到经济合理理。能力设计计方法的核心心。①引导框架结构构或框架-剪力墙结构构在地震作用用下形成梁铰铰机构，即控控制塑性变形形能力大的梁梁端先于柱出出现塑性铰，即即所谓的强柱柱弱梁；②避免构件剪剪力较大的部部位在梁端达达到塑性变形形能力极限之之前发生非延延性破环，即即控制脆性破破环形式的发发生，即所谓谓的强剪弱弯弯；③通过各类构构造措施保证证将出现较大大塑性变形的的部位确实具具有所需要的的非弹性变形形能力。6.结语通过以上分析，在在进行建筑结结构设计时不不但要考虑建建筑结构的使使用功能、建建筑结构的安安全度、建筑筑使用年限等等。在建筑结结构设计过程程中要考虑到到当地震来临临时使得建筑筑物小震不坏坏、中震可修修、大震不倒倒的抗震原则则。在结构抗抗震设计时，尤