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山西高耸框架结构稳定性分析及对策山西地区地质特征概述高耸框架结构类型与特点结构稳定性影响因素分析地震荷载对稳定性的影响温度变化与结构稳定性的关系高耸框架结构稳定性计算方法稳定性问题案例研究与教训提升结构稳定性的设计与施工对策ContentsPage目录页山西地区地质特征概述山西高耸框架结构稳定性分析及对策山西地区地质特征概述1.复杂的板块活动历史:山西位于华北板块与太平洋板块相互作用区,具有显著的构造活动特征,表现为多期次的褶皱、断裂发育,这些构造活动对地基稳定性有重要影响。2.黄土分布广泛:山西省内广泛覆盖深厚的黄土层,其厚度、含水率、孔隙比等地质参数差异较大,给高层建筑的深基础设计带来挑战。3.煤矿采空区分布:作为我国煤炭资源大省,山西地下存在大量煤矿采空区,导致地面沉陷、岩土体破坏等问题,需在高耸框架结构设计时充分考虑。地质岩土类型与分布1.多样化的岩土组合:山西地质岩土类型丰富,包括石灰岩、砂岩、页岩、粘土岩以及各种变质岩等,不同区域的地基承载力及变形特性差异显著。2.地下水条件复杂:山西地下水分布受地形地貌、岩性、构造等因素控制,部分地区存在季节性或常年性地下水位变化,可能引发湿陷性黄土、软土液化等问题。3.土壤腐蚀性问题:山西部分区域存在酸性或碱性土壤环境,对建筑材料耐久性构成潜在威胁,需要针对性采取防护措施。山西地质构造特点山西地区地质特征概述地震活动性与地震效应1.地震活动频繁地带:山西地处华北地震带,历史上曾发生多次强烈地震,如1556年陕西华县8级大地震的影响范围也波及山西,区域地震动峰值加速度值较高。2.地震动场地效应:山西地区的地质结构复杂多样,尤其是山区地形的地震动放大效应明显,这对高层框架结构抗震设防提出更高要求。3.地震诱发次生灾害:由于地质构造复杂,地震可能触发山体滑坡、地面塌陷等地质灾害,对建筑物稳定性和安全运行产生额外风险。地质环境脆弱性评估1.生态敏感性与脆弱性:山西自然地理条件决定了局部区域生态环境脆弱,比如水土流失、土地退化等问题,这会加剧地质灾害的发生概率并影响建筑稳定性。2.开发建设影响评价:随着经济社会发展,山西地区的基础设施建设和工业化进程加速,对地质环境产生压力,需进行开发建设项目地质环境影响评价,确保建筑选址科学合理。3.长期监测预警体系构建:建立地质灾害长期监测预警系统,及时发现并预警地质环境变化对高耸框架结构稳定性的影响,保障工程安全运营。山西地区地质特征概述特殊地质现象及其影响1.岩溶地貌分布:山西部分地区存在岩溶地貌,岩溶洞穴、暗河等地下空间发育,可能导致建筑物地基不均匀沉降、开裂等问题。2.泥石流灾害隐患:山区暴雨条件下易发生泥石流灾害,需关注降雨量、地形地貌等因素对泥石流发生的可能性及危害程度。3.地下溶洞与采空区叠加效应:地下溶洞与煤矿采空区相互交错,加剧了地表沉陷、地裂缝等地质问题,增加了高层框架结构稳定性控制难度。地质勘查与评价方法创新1.先进技术应用:借助现代地球物理勘探、地质遥感、GIS技术等手段,提高地质勘查精度,为高层框架结构选址、设计提供更加可靠的数据支持。2.地质模型与数值模拟:采用三维地质建模与数值模拟技术,深入研究地质条件对框架结构稳定性的影响机理,并据此提出有针对性的设计优化建议。3.风险评估与防范策略:基于地质环境特点和建筑物使用功能,开展高耸框架结构地质风险综合评估,制定有效的地质灾害防治与应急救援预案,确保工程安全。高耸框架结构类型与特点山西高耸框架结构稳定性分析及对策高耸框架结构类型与特点高耸框架结构分类1.结构类型多样性:高耸框架结构主要包括对称与非对称框架、筒中筒框架、束筒结构、混合结构等多种形式,每种类型有其特定的应用场景和稳定性特征。2.空间效应显著:高耸框架因其高度较大,空间效应对其稳定性影响显著,如扭转耦合、侧向弯曲等问题需重点考虑。3.抗风抗震性能差异:不同类型的高耸框架在抵抗强风和地震作用下的表现各异,设计时需要针对具体类型采取相应的抗灾策略。材料选择与力学特性1.材料科学与工程:现代高耸框架结构常用钢材和混凝土作为主要建筑材料,两者在强度、刚度、延展性和耐久性等方面具有各自优势和限制。2.力学行为分析:高耸框架结构的力学特性包括弹性工作阶段、塑性变形阶段以及极限承载力状态,需通过精细化计算和实验验证进行深入研究。3.新型材料应用趋势:探索使用高性能复合材料、预应力技术以及智能材料等新型建材,以提高高耸框架结构的稳定性和可持续性。高耸框架结构类型与特点结构高度与几何参数1.高度与稳定性关系:随着结构高度增加,重力荷载、风荷载和地震作用的影响加大,导致稳定性问题更为突出。2.几何尺寸与比例优化:合理选取柱网布置、层高等几何参数对于维持高耸框架结构稳定性至关重要,同时要考虑结构效率和经济性。3.当前设计趋势:采用更细长比、更高建筑层数的设计方案,在满足结构稳定性要求的同时,也促进了城市空间高效利用。环境因素影响1.地基条件与沉降控制:山西地区地质复杂,高耸框架结构的地基处理和沉降控制是保证整体稳定性的重要环节。2.恶劣气候条件下的稳定性:高耸框架结构需适应山西地区的强风、严寒、雨雪等恶劣气候,设计时应充分考虑这些环境因素对结构稳定性的影响。3.长期环境作用下的耐久性评估:对腐蚀、冻融循环、温差变化等因素引起的长期影响进行预测和评估,以确保高耸框架结构的长期安全稳定运行。高耸框架结构类型与特点非线性动力响应分析1.多自由度振动系统:高耸框架结构在风荷载和地震作用下表现出复杂的多自由度动态响应,非线性效应尤为明显。2.弹塑性动力分析方法:运用有限元法、时程分析法等现代数值计算手段,开展高耸框架结构弹塑性动力响应的精细分析。3.实时监测与预警系统:结合物联网技术和大数据分析,实现对高耸框架结构非线性动力响应的实时监测和预警,提升结构安全管理水平。创新设计与施工技术1.先进设计理念:引入绿色建筑理念、智能化技术等,推动高耸框架结构设计的创新与发展,提高结构整体性能和使用寿命。2.施工关键技术:结合高耸框架结构特点,发展预制装配、高空作业、深基础施工等先进技术,确保结构质量与稳定性。3.数字化建造趋势:借助BIM技术、云计算、人工智能等数字工具,实现高耸框架结构从设计到施工全过程的数字化管理与协同创新。结构稳定性影响因素分析山西高耸框架结构稳定性分析及对策结构稳定性影响因素分析地质条件与地基沉降1.地质结构特性:山西地区的地质构造复杂,包括黄土层、砂岩层等地质条件,对框架结构的地基承载力和沉降有显著影响。2.地基承载力评估:需深入研究地基土层的压缩性、渗透性以及可能存在的地下水位变化等因素,以确定其对结构稳定性的影响程度。3.地基沉降预测与控制:结合地基处理技术和监测技术的发展趋势,建立科学的沉降预测模型,并采取有效的地基加固措施,确保高耸框架结构在长期使用过程中的稳定性。设计参数选择与计算方法1.结构设计参数选取:包括荷载类型、荷载大小、材料性能、结构形式等因素,合理选择和验算直接影响框架结构稳定性的设计参数。2.现代设计理论应用:考虑抗震设防烈度、风荷载、温度应力等因素,采用先进的有限元分析或动力响应分析方法,精确评估结构的受力状态和变形特征。3.设计标准更新与发展:跟踪国家和行业规范、标准的动态发展,及时引入最新的设计理念和技术手段,提升框架结构稳定性设计的可靠性和先进性。结构稳定性影响因素分析施工质量与工艺1.施工材料品质控制:保证混凝土强度、钢筋力学性能等原材料指标符合设计要求,严格把控建筑材料进场验收环节。2.施工工艺优化:合理安排施工顺序和施工工艺流程,针对高耸框架结构的特点,采用适宜的施工技术和装备,有效减少施工误差和不均匀沉降风险。3.施工质量监控与检测:借助现代信息技术和传感器设备,实施全过程的质量监测和安全预警,确保施工过程中结构稳定性的有效保障。环境因素影响1.气候条件:山西地区气候变化明显,冬季严寒、夏季高温,同时存在大风、雨雪、冰雹等极端气候事件,这些因素均会对高耸框架结构产生附加应力,需针对性地进行结构设计和防护措施。2.环境腐蚀与老化:空气污染、湿热交替等环境条件可能导致结构材料耐久性下降,应采取防腐、防水、隔热等保护措施,延长结构使用寿命。3.环境灾害防范:如地震、洪水、地质滑坡等自然灾害风险较高,应对高耸框架结构进行有针对性的抗灾设计和应急预案制定。结构稳定性影响因素分析运营维护管理1.长期监测与健康诊断:运用物联网技术、大数据分析等手段,持续开展结构性能的在线监测和定期检查,实现早期发现潜在问题并采取有效维修措施。2.维护策略制定与执行:根据结构实际使用状况和环境变化情况,动态调整维护计划,适时进行必要的结构加固、改造或修复工作,保障结构稳定性和安全性。3.应急响应与恢复机制:建立健全应急预案体系,对突发性事故做到快速反应和有效处置,同时落实灾后重建与修复工作,降低事故对结构稳定性造成的损失。法律法规与政策导向1.法规标准要求:遵守国家关于建筑设计、施工、运营等方面的法规和标准,确保项目合规性,并关注相关政策导向和监管要求的变化。2.安全评价与风险管理:按照相关法规要求,开展结构安全评价,识别潜在风险源,构建风险管理体系,有效规避和控制安全事故的发生。3.节能环保与可持续发展:积极响应绿色建筑理念和碳达峰、碳中和目标,推动结构设计、建设和运维过程中的节能减排和资源循环利用,实现高耸框架结构在稳定性基础上的可持续发展。地震荷载对稳定性的影响山西高耸框架结构稳定性分析及对策地震荷载对稳定性的影响地震荷载影响机理1.动力响应特性:地震荷载通过激发结构的动力响应,产生周期性的加速度、速度和位移变化,这些动力效应直接作用于框架结构,对其稳定性构成挑战。2.振动模式与放大效应:地震波的不同频率成分可与框架结构的自然振动频率相互作用,可能导致共振现象,从而显著增大局部或整体的应力和变形,降低稳定性。3.非线性行为研究:在地震荷载作用下,高耸框架结构可能会呈现非线性行为,如材料的弹塑性变形、构件的屈曲和破坏,这些非线性特征需要深入探讨以评估其稳定极限。地震荷载强度参数1.地震动参数选取:地震荷载的大小通常由地震动峰值加速度、反应谱和持续时间等因素决定,正确选择和应用这些参数对于准确评估地震对高耸框架结构稳定性的影响至关重要。2.场地条件影响:地震动因场地条件不同而发生衰减或放大,考虑场地类别的地震动输入,对于分析山西地区高耸框架结构在地震下的稳定性具有重要意义。3.设防烈度设定:依据设防烈度来设计抗震措施,确保结构在遭遇高于平均概率发生的地震事件时仍能保持足够的稳定性。地震荷载对稳定性的影响结构抗震性能评估方法1.能量平衡分析法:地震过程中,能量从地震源传递至结构并转化为各种形式的能量(如变形能、冲击能等),通过对结构体系的能量流动和耗散机制进行量化分析,可以评价地震荷载对稳定性的影响程度。2.计算模拟技术:运用有限元、时程分析等计算手段,模拟地震荷载作用下框架结构的动力响应过程,精确评估各部位的应力状态和变形情况,为稳定性评价提供科学依据。3.实验验证与对比分析:结合原型结构试验和数值模拟结果,对地震荷载下高耸框架结构的稳定性预测模型进行实验验证与对比分析,不断优化和完善其理论模型。抗震设计策略1.弹塑性耗能减震技术:引入滞回性能优良的耗能元件,如隔震层、阻尼器等,以吸收和分散地震能量,减轻框架结构因地震荷载引起的变形和损伤,提升整体稳定性。2.结构刚度与柔韧性配置:合理控制高耸框架结构的整体刚度分布,采用适度的柔韧性设计,在满足使用功能的同时,保证结构在地震荷载作用下的延性和恢复力特性,提高稳定性。3.局部加强与加固措施:针对易受地震荷载影响的关键部位和薄弱环节,采取局部增强或加固措施,如增设剪力墙、强化梁柱节点等,旨在改善结构的抗侧向变形能力和抗震稳定性。地震荷载对稳定性的影响地震灾后评估与修复1.灾后快速鉴定与安全性评估:地震过后,需对受损框架结构进行全面的安全性检查和快速鉴定,以便及时发现潜在危险,为后续修复加固工作提供科学指导。2.损害模式识别与分析:深入剖析地震荷载作用下框架结构的损害形态、位置和程度,为针对性修复加固方案的设计提供依据,保障修复后的结构稳定性。3.经济效益与可持续性考量:在制定灾后修复加固方案时,应综合考虑经济效益和环境可持续性,兼顾施工便捷性、使用寿命延长以及未来抵御地震的能力提升,从而有效维护高耸框架结构的稳定性。区域地震灾害风险防控1.地震活动区划与风险评估:基于地质构造背景和历史地震资料,对山西省内不同地区的地震活动水平、地震灾害风险进行科学划分和评估,为高耸框架结构稳定性设计提供区域性的宏观指导。2.抗震规范与标准修订:紧跟国内外抗震技术的发展趋势,及时更新和完善地方性抗震设计规范和标准,确保新建和既有高耸框架结构能够在面临地震威胁时具备更高的安全性和稳定性。3.建立和完善应急预案:加强地震应急救援体系建设,制定详尽的地震应急预案,并开展常态化演练,以便在地震发生时迅速采取有效应对措施,最大限度减少人员伤亡和经济损失,确保社会稳定和人民生命财产安全。温度变化与结构稳定性的关系山西高耸框架结构稳定性分析及对策温度变化与结构稳定性的关系1.气温变化引起的热膨胀与收缩:温度升高会导致混凝土膨胀,降低则收缩,这种物理变化可能导致内部应力积累,影响框架结构的整体稳定性。2.温度循环作用下的疲劳效应:长期经历季节性温度变化,材料反复承受热胀冷缩应力,可加速混凝土微裂纹扩展,进而影响结构耐久性和稳定性。3.高温和低温极端事件的影响:例如冻结-融化过程中的冻融破坏,以及高温火灾情况下混凝土强度和刚度的急剧下降,都对结构稳定性构成威胁。钢结构温度敏感性及其稳定性1.热传导特性与稳定性:钢材具有较高的热导率,局部温度变化可快速传递至整个结构,导致变形不均匀,可能引发结构稳定性问题。2.高温环境下的退火现象:当钢结构暴露在高温环境下(如工业生产或火灾),其屈服强度和弹性模量会随温度上升而显著下降,加剧了结构失稳的风险。3.预防措施与设计策略:通过选用耐火材料、设置隔热层、采用主动冷却技术等方式减小温度对钢结构稳定性的影响。温度变化对混凝土材料性能的影响温度变化与结构稳定性的关系温度变化引起的预应力损失与结构稳定性1.预应力筋的温度响应:预应力钢筋受温度变化影响会发生长度变化,可能导致预应力松弛和应力重分布,从而削弱结构的稳定性。2.材料蠕变和温度的关系:温度变化可能加剧预应力混凝土中水泥石的蠕变,增加预应力损失,影响高耸框架结构的长期稳定性。3.温度控制与施工管理:精确测量和控制张拉与锚固时的环境温度,以及采取合理的保温措施,有助于减少预应力损失并保障结构稳定性。温度应力与结构连接件性能1.连接件的温度应变特性:不同材质和构造形式的结构连接件,在温度变化下产生不同的应变,可能造成连接处应力集中和失效风险增大。2.紧固件松弛与温度关系:温度变化引起紧固件应力松弛和螺栓承载力下降,影响整体结构的可靠性和稳定性。3.结构连接设计考虑因素:充分考虑温度因素,在连接设计阶段需选取适宜材料、优化构造形式,并合理设置温度补偿装置。温度变化与结构稳定性的关系温度场模拟与结构稳定性预测1.建立三维温度场模型:通过数值模拟方法精确刻画山西地区各季节、昼夜间的温度变化特征,为结构稳定性评估提供依据。2.结构响应分析:运用有限元法等手段,分析温度场变化对高耸框架结构变形、内力及应力分布的影响,预测稳定性状态。3.工程应用与预防措施制定:基于模拟结果进行工程实践指导,制定针对性的温度控制与防护措施,确保结构安全运行。气候变化背景下的温度影响因素与结构适应性研究1.气候变化趋势对温度波动特征的影响:全球变暖背景下,极端天气事件频发,加大了温度波动幅度和频率,对结构稳定性提出新挑战。2.温度应力与结构寿命评估:探讨气候变化背景下温度变化对结构耐久性与服役寿命的影响,为结构维修与加固决策提供科学依据。3.耐候与抗温材料研发:针对未来气候条件,开展新型高性能建筑材料的研发,以提高结构对抗温度变化的能力,提升结构稳定性。高耸框架结构稳定性计算方法山西高耸框架结构稳定性分析及对策高耸框架结构稳定性计算方法荷载效应分析1.各类荷载识别与量化:针对高耸框架结构,详细分析包括风荷载、地震荷载、自重荷载以及温度应力等不同类型的荷载,并精确量化其对结构稳定性的影响。2.荷载组合与效应放大:探讨不同的工况条件下荷载的组合方式及其对结构稳定性的影响,考虑极端事件下荷载效应的叠加和放大机制。3.动态荷载影响研究:研究风振、地震动等动态荷载作用下的动力响应,评估动态荷载下高耸框架结构的瞬态和长期稳定性。结构刚度与柔度分析1.框架整体刚度评估:采用有限元法或其他数值模拟技术,分析高耸框架结构的整体刚度特性,探究各层间刚度分布规律及其对稳定性的影响。2.局部柔度考察:重点关注节点区域、连接部位以及其他薄弱环节的局部柔度,分析这些因素如何影响结构的稳定性。3.刚度退化及补偿策略:研究使用年限、环境因素等因素导致的结构刚度退化现象,提出相应的结构补强或维护措施以保持稳定。高耸框架结构稳定性计算方法非线性分析方法1.材料非线性分析:深入研究钢材、混凝土等材料在大变形、局部屈曲等情况下的非线性力学行为,并将其纳入到高耸框架结构稳定性计算中。2.结构非线性建模:建立考虑几何非线性和材料非线性的多尺度、多层次的非线性模型,准确反映实际工程中的复杂受力状态和变形特征。3.非线性响应及极限承载力评估:通过非线性动力学分析、弹塑性分析等方式,预测高耸框架结构在极限状态下的响应特征和极限承载力。风振响应分析1.风场特性与风压分布:研究山西地区典型气候条件下的风场特性,确定高耸框架结构在不同高度上的风压分布规律。2.风振系数计算与调整:依据相关规范和实验数据,合理选用和调整风振系数,确保风振响应分析的准确性。3.风振控制技术应用探讨:分析高耸框架结构的风振响应特点,探讨减振技术如振动阻尼器的应用可能性与实施策略。高耸框架结构稳定性计算方法地震动影响及抗震设计1.地震危险性评估:基于山西地区的地震活动历史、地震构造背景及地震危险性分析,为高耸框架结构的抗震设计提供科学依据。2.抗震性能目标与设防烈度确定:结合结构类型和重要性等级,合理确定结构的抗震性能目标和设防烈度,制定有效的抗震设计策略。3.地震动参数选取与地震响应计算:根据场地类别、地震波传播特性等因素选择合适的地震动参数,进行地震响应谱分析及动力时程分析,全面评估结构在地震作用下的稳定性。施工过程稳定性分析1.施工阶段划分与荷载识别:分析高耸框架结构从基础施工至顶部封顶的各个施工阶段,识别并量化不同阶段所面临的荷载特征。2.施工顺序与临时支撑设计:研究合理的施工顺序和临时支撑布置方案,确保施工过程中结构的安全和稳定性。3.过程监测与反馈控制:开展施工过程中的实时监测,运用信息化手段获取现场实测数据,及时反馈并调整施工方案,保障结构在整个施工过程中的稳定性。稳定性问题案例研究与教训山西高耸框架结构稳定性分析及对策稳定性问题案例研究与教训地震影响下的框架结构稳定性案例分析1.地震荷载效应:通过分析山西某地区经历过地震事件的高耸框架结构,揭示了地震动参数对结构稳定性的影响,包括地震烈度、周期匹配与结构共振现象。2.结构损伤模式:探讨地震过程中框架结构可能出现的损伤模式,如梁柱连接破坏、剪切滞后以及结构整体位移超限等问题,并分析其对稳定性的威胁程度。3.防震设计改进措施:基于实例教训,提出在设计阶段应采用更严格的抗震设防标准、优化结构布局与构造细节,增强结构的整体性和刚度均匀性。地质条件对框架稳定性影响的研究1.地基土体性质:深入剖析山西地域内特殊地质条件下(如黄土地层、湿陷性黄土等),地基土体性质对高耸框架结构稳定性的影响机制。2.地下水作用:讨论地下水位变化、渗透压力等因素如何导致基础沉降或侧向位移,进而对上部结构稳定性产生的不利影响。3.地质勘察与地基处理策略:依据案例经验,强调地质勘察的重要性并提出针对性的地基处理技术措施以提高结构稳定性。稳定性问题案例研究与教训1.高耸结构风致振动:针对山西地区的风环境特征,研究大风天气下高耸框架结构产生显著动力响应的现象,重点关注涡激振动、颤振等不稳定行为。2.动力特性分析:通过实测数据分析,探讨结构自振频率与风速的关系,以及风荷载引起的附加弯矩、剪力等对结构稳定性的潜在风险。3.风工程对策:借鉴国内外先进经验,从体型优化、表面处理、隔振系统等方面入手,提出降低风荷载影响、保证结构稳定性的综合措施。施工质量与框架结构稳定性关系研究1.施工缺陷识别:通过对山西境内已发生稳定性问题的高耸框架结构进行调研,分析施工过程中的混凝土浇筑、钢筋绑扎、预应力张拉等环节存在的质量问题,及其对结构稳定性的影响。2.质量控制策略:结合实际案例,指出加强施工现场质量管理、严格施工工艺控制、落实隐蔽工程验收等方面的必要性。3.运维阶段的质量监控:探讨施工质量遗留问题对后期运维阶段结构稳定性带来的挑战,提出有效的监测、检测和维护方案。风荷载诱导的动态响应及其稳定性问题稳定性问题案例研究与教训温度效应与结构稳定性关联研究1.温度变化引发的应力变形:分析山西四季温差较大情况下,结构材料热胀冷缩导致的内部应力与外部形状变形,特别是对于高层框架结构,温度梯度可能引起附加应力集中,从而影响结构稳定性。2.材料性能与温度关系:探究不同材料(如混凝土、钢材)在各种温度区间内的力学性能变化规律,为预测和应对温度效应下的结构稳定性问题提供理论依据。3.温度适应性设计与施工措施:提出从设计理念、结构选型、构造细节等方面采取的温度适应性设计原则与施工方法,以降低温度因素对结构稳定性的影响。老化与腐蚀对框架结构稳定性的影响研究1.结构材料老化现象:针对山西地区特殊的气候环境和工业污染状况,分析框架结构材料长期服役后可能出现的老化、腐蚀现象及其对结构强度和刚度的削弱效应。2.腐蚀监测与评估:阐述腐蚀检测技术的应用,例如电阻探针法、磁通泄漏法等,以及开展定期腐蚀状况评估对于及时发现和预防稳定性问题的重要性。3.维护更新与防腐对策:总结老化与腐蚀案例的经验教训,提出结构加固修复、防腐保护涂层应用以及使用耐候性更好的新材料等有效应对措施。提升结构稳定性的设计与施工对策山西高耸框架结构稳定性分析及对策提升结构稳定性的设计与施工对策地基基础优化设计1.地质勘查与承载力评估:针对山西地质条件,进行详尽的地基勘查,确定土层特性与承载力,合理选择基础类型(如桩基础、筏板基础等)。2.基础沉降控制:运用数值模拟技术预测并控制基础沉降,确保结构在长期使用过程中的稳定性,减少不均匀沉降对结构的影响。3.抗震性能提升:结合地震动参数,进行地基地震反应分析,优化基础隔震或减震措施,提高高耸框架结构的抗震稳定性。结构体系优

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