特大地震下超高层建筑的倒塌模拟_卢啸

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超高层建筑地震响应分析与抗震设计研究

超高层建筑地震响应分析与抗震设计研究随着全球城市化进程的加速和科技的不断进步，人类开始涉足建造越来越高的建筑。

同时，地震作为一种自然灾害，也不时地向我们提醒着人类的脆弱性。

当这两者相遇时，如何保证建筑的抗震性，才能确保建筑的安全性，是一个值得探究和解决的问题。

本文将分为两个章节，第一章将介绍超高层建筑地震响应的分析方法，第二章将阐述超高层建筑的抗震设计研究，相信读者可以通过本文了解到相关领域的基础知识。

一、超高层建筑地震响应分析超高层建筑地震响应受到多个因素的影响，如建筑物自身的刚度、耗能能力等，同时不同地震波对建筑物的影响也不同，因此需要对超高层建筑进行地震响应的分析。

（一）建筑的自振频率超高层建筑的自振频率会直接影响到建筑物的响应，当自振频率与地震波频率相同时，会产生共振，导致建筑物更容易发生破坏。

因此，需要进行自振频率的研究。

（二）地震波特性地震波的特性是超高层建筑地震响应的重要因素之一，在进行分析时需要考虑到地震波的产生时间、震级、震源距离等因素。

同时，还需要对地震波进行滤波处理，以消除高频噪声等对分析结果的影响。

（三）建筑物的动力特性建筑物的动力特性决定了建筑物在地震作用下的响应，包括自身的刚度、质量、减震等因素。

因此，在进行地震响应分析时，需要对建筑物的动力特性进行综合考虑，以对建筑物的抗震性进行评估。

二、超高层建筑抗震设计研究超高层建筑的抗震设计是指在地震作用下，建筑物保持稳定和正常使用的能力。

在进行抗震设计时，需要全面考虑超高层建筑的结构体系、材料强度、减震装置等方面的因素，并通过数值模拟等手段进行验证。

（一）结构体系设计超高层建筑的结构体系是指建筑物中承受地震作用的结构系统，包括钢筋混凝土框架结构、金属框架结构、混凝土钢管柱结构等。

在进行抗震设计时，需要对不同结构体系的抗震性能进行评估，并选择最为适合的结构体系。

（二）材料强度和质量控制在超高层建筑的抗震设计中，材料的强度和质量在保证建筑物抗震性能方面起着重要的作用，特别是在遇到地震等强外力的情况下，优质的材料可以有效地保障建筑物的结构性能和耗能性能。

超强台风下导管架平台倒塌机理与动力灾变模拟研究

2023-10-30contents •引言•导管架平台概述•超强台风下的动力灾变模拟•倒塌机理与灾变模拟结果分析•抗风设计优化与加固措施•结论与展望目录01引言导管架平台在海洋工程中具有重要地位，但其在超强台风下的安全性能面临严重挑战。

研究意义在于揭示超强台风下导管架平台的倒塌机理，为平台结构的优化设计和抗风能力的提升提供理论支持。

研究背景与意义国内外学者在导管架平台设计、建造和抗风性能方面已取得一定成果，但关于其倒塌机理的研究仍较为薄弱。

当前研究中存在的主要问题包括：台风作用下导管架平台的破坏模式、能量转化与释放机制、关键影响因素以及如何进行动力灾变模拟等方面。

研究现状与问题研究内容分析台风作用下导管架平台的动力响应和破坏过程，研究关键影响因素对倒塌机理的作用机制，提出相应的抗风设计和优化措施。

研究方法采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，构建导管架平台在台风作用下的动力灾变模型，分析倒塌过程中能量转化与释放机制，揭示其倒塌机理。

研究内容与方法02导管架平台概述导管架平台的结构组成导管架平台的结构主要由上部平台、导管架和桩基组成。

上部平台包括工作平台和钻井平台等部分，是工作人员进行作业和休息的场所。

导管架是平台的支撑结构，由钢材焊接而成，其高度和形状根据平台的类型和作业需求进行设计。

桩基是平台的支撑基础，由钢筋混凝土桩或钢管桩组成，埋入海底一定深度，将导管架支撑在海面上。

导管架平台的力学特性导管架平台的力学特性主要包括静力学特性和动力学特性两个方面。

静力学特性主要指平台的承载能力和稳定性，即在静力作用下平台的变形和破坏情况。

动力学特性主要指平台在动力作用下的响应和稳定性，如地震、风浪等自然力作用下平台的振动和倾覆等情况。

0102031导管架平台的倒塌机理23导管架平台的倒塌机理主要是指在自然灾害或人为因素的作用下，平台失去稳定性，导致结构破坏和倒塌。

常见的倒塌原因包括地震、台风、海啸等自然灾害，以及设计不当、施工误差、材料缺陷等人为因素。

最小地震剪力系数对超高层建筑结构抗震性能的影响

本文首先比较中美两国主要抗震规范及规程中对最小地震剪力系数（或最小基底剪力）的相关规定，然后以我国的某超高层建筑为例，以两种不同的设计地震剪力取值方法，按照设防烈度 8 度设计 2 个不同的结构方案。通过弹塑性时程分析和倒塌分析，分析最小地震剪力系数对该超高层建筑结构抗震性能及抗倒塌能力的影响。
震准则，但 JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》［3］第 4． 3． 12 条也采用了与规范 GB 50011—2010 相同的规定。
按规范要求，在结构抗震设计验算过程中，对地震剪力系数不满足最小地震剪力系数的楼层，应进行相应的调整使之符合规范要求。虽然我国规范中给出了一些调整楼层剪力的建议，但是在实际建筑超限审查中，多采用调整结构刚度（周期）的方法，使振型分解法计算得到的楼层剪力满足最小地震剪力系数要求。而在实际设计中发现，对于超高层建筑，通过调整刚度很难完全满足规范中关于最小地震剪力系数的要求［2］。以 8 度Ⅱ类场地第一分组（ Tg = 0． 35 s）为例，其设计反应谱和最小地震剪力系数如图 1 所示。可见，当结构周期大于 6． 0 s 后，反应谱谱值明显小于最小地震剪力系数的限值，周期越长，相差越多。这也就意味着对于超过 6 s 的超长周期段，即使是一个同等周期的单自由度结构，按底部剪力法计算得到的最小地震剪力系数也不能满足规范的要求。而对于多自由度结构，由于仅取了前面有限阶振型，用振型分解反应谱法计算的基底总剪力一般会小于同等周期和质量的单自由度结构的。现有的超高层建筑结构的周期一般都在 6 ～ 10 s 之间，所以其抗震验算时利用振型分解法计算得到的地震剪力系数很难满足现行规范中最小地震剪力系数的要求。而要完全满足规范中最小地震剪力系数的规定，必须将结构周期降低到 6 s 以下，这非常不经济而且也是很难实现。

超高层建筑设计中的抗震设防与防风措施

超高层建筑设计中的抗震设防与防风措施近年来，随着城市化进程的不断加速，超高层建筑在城市中的地位越来越重要。

然而，无论是自然因素的地震还是气象因素的风灾，都会对高楼大厦造成极大的破坏甚至倒塌。

因此，在超高层建筑设计中，抗震设防与防风措施是至关重要的。

抗震设防对于超高层建筑而言，抗震设防是保证安全的首要任务。

毕竟，在发生地震时，一旦高楼大厦发生倒塌，后果不堪想象。

因此，在超高层建筑的设计中，抗震设防应该成为设计师们的首要任务。

首先，超高层建筑的基础设计应该具备较强的承重能力和抗震能力。

因此，在设计基础时，应该考虑地基的土层情况，确定基础的深度和底面积，确保基础的稳固性，从而实现超高层建筑的抗震强度。

其次，在超高层建筑的设计中，应该采用钢结构、框架结构或加强混凝土结构。

这些结构模式不仅具备较强的抗震能力，同时能够分担超高层建筑的自重荷载，减小建筑抗震工作量。

而且这些结构材料的可靠性较高，能够减少建筑物碰撞后的破裂或断裂。

另外，对于超高层建筑的设计中，还应该考虑到其在舒适性和重力下的抗震性。

一般情况下，超高层建筑在发生地震时，会产生大量摇晃，从而导致居住者的不适。

因此，在设计超高层建筑时，应该采用减震器、阻尼器等减震装置，从而减少超高层建筑在地震中的摇晃，提高其经济和环保性。

防风措施除了抗震设防，防风措施在超高层建筑设计中同样重要。

从气象要素分析来看，年份风灾在超高层建筑中造成的损失远大于地震。

因此，在超高层建筑的设计中，防风措施不可或缺。

针对超高层建筑在遭受强风时所面临的危险性，可采取以下的防风措施：首先，超高层建筑的结构设计要基于强风场的风速进行考虑。

通过精细的风场模拟和动态载荷测试，预测超高层建筑可能遭受的风速，并在设计时充分考虑该风速下所需要的结构强度和稳定性。

其次，采用避风带、凹陷窗或穹顶等设计进行防风。

这些设计可以极大的降低建筑在风灾中产生的损失和破坏。

另外，还应当对超高层建筑进行风洞试验和结构检查。

中大震作用下高层建筑抗震性能分析及其构造措施探讨

中大震作用下高层建筑抗震性能分析及其构造措施探讨摘要：对于超高层建筑或者超限结构来说应当对结构采取中、大震下的抗震性能分析，本文通过结合某高层结构设计实例，除了对该结构采取小震弹性分析外，还将增加“中震不屈服”、“中震弹性”等方法对结构关键构件进行设计，控制结构的抗震性能。

通过中、大震的抗震性能分析提出可行的抗震构造措施，为同类结构提供指引。

关键词：结构设计；超高层结构；抗震分析；抗震构造措施Abstract: For tall building or overrun structure for ought to the structure of the earthquake, take the seismic performance analysis, this paper through the combination of a high-rise structure design example, in addition to the structure of small earthquakes to elastic analysis outside, still will increa se “the shock of do not yield”, “the shock of the elastic” method of key component structure design, control structure seismic performance. Through the aseismatic performance of strong earthquakes, and analysis the feasible seismic structural measures, to provide direction for the similar structure.Key words: Structure design; Super-tall structures; Seismic analysis; Seismic construction measures1．工程概况本项目定位为创造高品质的、包含超高层超甲级写字楼及商业性办公楼，形成新型的商业聚落空间及城市综合体。

罕遇地震下高层建筑弹塑性动力时程反应分析

第３６卷第２７期
２０１０年９月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＥ
Ｖ０．６Ｎｏ２１３．７
Ｓｐ２１ｅ．００
・７・５
文章编号：０９６２（００２ —０５０１０ —８５２１）７０７ —２
钢筋模拟成两块钢筋板，矩形梁共需要５２十２ｘ６＝６０个高斯１４４积分点。钢筋混凝土柱：可以将四周钢筋模拟成四块钢筋板，其
平面和竖向均不规则Ｂ级高度高层建筑进行了罕遇地震下动
力弹塑性时程分析，评估了该结构抗震性能。
２结构和有限元模型
小。结合建筑的平立面布置，楼单体采用钢筋混凝土框架一核塔心筒体系。楼面采用钢筋混凝土现浇楼板，围柱子，外根据计算
需要，采用型钢混凝土柱，以满足结构设计的需要。该结构抗震
３１结构楼层最大响应曲线．
结构弹塑性动力时程分析采用了ＳＨＷ３地震动时程曲线，并分别得到各条时程的楼层位移、层间位移角曲线，图１如～图４所示。可以看到：在罕遇地震作用下该塔楼两个方向的最大层间位
罕遇地震下高层建筑弹塑性动力时程反应分析
刘福章
摘要：通过对一平面及竖向均不规则且高度超限的高层建筑进行的罕遇地震下动力弹塑性时程分析，评估此类结构在
罕遇地震作用下的抗震设计。
关键词：层建筑，遇地震，力弹塑性时程分析高罕动中图分类号：９３２ＴＵ７．５文献标识码：Ａ

107-基于减振子结构的超高层建筑地震楼面加速度控制-张磊

基于减振子结构的超高层建筑地震楼面加速度控制
张磊 1, 陆新征 2,*, 解琳琳 3, 卢啸 4, 叶列平 1
(1. 清华大学北京市钢与混凝土组合结构工程技术研究中心，北京 100084；2. 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点试验室，北京 100084； 3. 北京建筑大学土木与交通工程学院，北京 100044；4. 北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044)
(b) 含减振子结构的巨柱－核心筒－伸臂体系结构 (b) Super-tall mega column-core tube-outrigger building with VRS 图 1 减振子结构设计方案
3 分析模型与地震动集合
300m 超高层建筑及其弯剪耦合模型根据国际高层建筑与城市住宅委员会(Council on Tall Buildings and Urban Habitat，CTBUH)的建议，超过 300m 的建筑物一般列为超高层建筑物。本文选取 300m 高度的超高层作为研究对象。由于精细有限元模型计算量过大、耗时长，不便于进行大量地震响应分析。同时，在前期的研究中， Lu et al. [21]、Xiong et al. [22]等研究者都充分论证了 Miranda and Taghav [23]提出的弯曲-剪切耦合的连续化模型（以下简称弯剪耦合模型）(如图 2 所示)可以很好的模拟超高层建筑的地震响应，并且具有很高的计算效率。故本文采用该弯剪耦合模型来近似模拟超高层结构在中小地震作用下的弹性反应。由于 300m 实际结构的基本周期通常在 5~6s [24]，因此，本文将针对结构一阶周期 T1 为 4s、5s、6s、7s 这 4 种情况进行探讨。根据 CTBUH 给出的 300m 左右结构的建筑面积信息以及我国《全国民用建筑工程设计技术措施: 结构（结构体系）》[25]建议的钢筋混凝土结构高层建筑单位面积的自重标准值，可以近似估算出 300m 结构的质量范围，最终将模型的质量拟定为 20 万 ton。根据美国太平洋地震研究中心 TBI [26]的建议，中小地震作用下超高层结构的阻尼比取为 2.5%。 3.1

高层建筑结构地震损伤与倒塌分析

高层建筑结构地震损伤与倒塌分析随着城市化进程的加快，高层建筑结构在地震灾害下的安全问题越来越受到人们的。

本文将围绕高层建筑结构地震损伤与倒塌进行分析，探讨其研究现状、影响因素、研究方法以及未来研究方向。

地震是一种常见的自然灾害，具有不可预测性和极强的破坏性。

在地震作用下，高层建筑结构可能发生不同程度的损伤和倒塌，给人们的生命财产安全带来严重威胁。

因此，开展高层建筑结构地震损伤与倒塌分析，对提高结构的抗震性能、保障人民生命安全具有重要意义。

高层建筑结构地震损伤与倒塌研究已有近百年的历史。

早期的研究主要集中在经验公式和定性分析方面，随着计算机技术和数值模拟方法的发展，现在的研究更加注重精细化、定量化和系统化。

目前，国内外学者对高层建筑结构地震损伤与倒塌的研究主要集中在以下几个方面：（1）地震作用下的结构响应和损伤机制；（2）结构倒塌的判断准则和影响因素；（3）抗震设计和优化方法。

虽然已经取得了一定的研究成果，但仍存在以下不足之处：（1）地震损伤和倒塌机制的认识尚不充分；（2）研究方法和技术有待进一步提高；（3）抗震设计和优化方法的应用范围有待拓展。

本文采用文献综述和理论分析相结合的方法，对高层建筑结构地震损伤与倒塌进行深入探讨。

对国内外相关文献进行梳理和评价，总结前人的研究成果和不足之处；运用数值模拟技术，对高层建筑结构在地震作用下的响应和损伤进行模拟分析；根据模拟结果，对结构的倒塌机制和判断准则进行探讨。

通过数值模拟，我们得到了高层建筑结构在地震作用下的响应和损伤情况。

结果显示，结构的损伤主要发生在底部几层，且呈现出明显的非线性特征。

我们还发现，当地震烈度较高时，结构可能发生整体倒塌。

针对这些结果，我们进行了深入讨论。

底部的损伤可能与基础设计有关，因此需要对基础进行优化设计，以提高其抗震性能。

整体倒塌可能与结构体系的设计有关，因此需要加强结构体系的整体性和稳定性。

我们还发现，结构的自重、刚度、阻尼等参数对结构的响应和损伤也有较大影响，因此需要对这些参数进行合理调整。

高层建筑抗震设计案例详析

高层建筑抗震设计案例详析近年来，随着城市化进程的不断加快，高层建筑在各大城市中不断涌现。

然而，地震是一个不可忽视的天然灾害，给建筑物的稳固性和安全性提出了更高的要求。

本文将通过详细分析几个高层建筑抗震设计案例，来探讨高层建筑抗震设计的重要性和技术创新。

案例一：中国尖山青年公寓中国尖山青年公寓位于地震频发地带，设计团队通过精确的地震监测来评估地震对结构的影响。

他们采用了层间剪力墙结构来提高建筑的抗震性能。

此外，他们还运用了反应质量调整技术，通过合理调整质量分布来减小建筑物的震动。

通过这些措施，该建筑成功抵御了多次地震的袭击。

案例二：加拿大科技大楼加拿大科技大楼位于地震带，设计师采用了混凝土框架结构，并在结构中加入了钢筋混凝土核心筒来提供额外的抗震支撑。

这一设计不仅提高了建筑的整体稳定性，还增加了抗震能力。

此外，他们还进行了一系列抗震分析和试验，以确保这一设计在地震时的有效性。

案例三：日本东京电视台塔楼日本东京电视台塔楼是地震频繁地区的标志性建筑之一。

为了应对地震威胁，设计团队增加了大量的钢结构材料，使该建筑具有高强度和良好的延性。

此外，他们还在结构中加入了摇摆减震器，通过减震器的反震作用来抵消地震产生的力量。

这一设计大大提高了建筑物的抗震性能。

结论：通过以上案例的分析可以看出，高层建筑抗震设计至关重要。

在高层建筑的设计中，应充分考虑地震的威胁，采取适当的结构措施来提高建筑物的抗震能力。

同时，运用先进的技术手段和工程方法，如层间剪力墙、核心筒、摇摆减震器等，对建筑进行抗震分析和试验，确保设计方案的有效性。

只有如此，才能保障高层建筑的安全稳固，确保人们的生命安全。

综上所述，高层建筑抗震设计是一项复杂而重要的任务。

设计师们应积极借鉴先进的抗震设计经验和技术手段，不断提升自身的专业水平和创新能力。

只有通过不懈的努力和科学的设计，才能为人们提供更加安全和稳固的高层建筑环境。

结束。

超高层塔楼罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析报告

目录1 工程概况 (64)1.1工程介绍 (64)1.2进行罕遇地震弹塑性时程分析的目的 (65)2分析方法及采用的计算软件 (65)2.1分析方法 (65)2.2分析软件 (65)2.3材料模型 (65)2.3.1 混凝土材料模型 (65)2.3.2 钢材本构模型 (66)2.4构件模型 (66)2.4.1 梁单元 (66)2.4.2 楼板模型 (67)2.5分析步骤 (67)2.6结构阻尼选取 (67)3 结构抗震性能评价指标 (68)3.1结构的总体变形 (68)3.2构件性能评估指标 (68)4 动力特性计算 (70)5 施工加载过程计算 (70)5.1施工阶段设置 (70)5.2施工阶段计算结果 (70)6 罕遇地震分析总体信息结果汇总 (71)6.1地震波选取 (71)6.2基底剪力 (73)6.3层间位移角 (75)6.3.1 左塔楼 (75)6.3.2 右塔楼 (80)6.4结构顶点水平位移 (85)6.5柱底反力 (88)6.8结构弹塑性整体计算指标评价 (89)7构件性能分析 (90)7.1钢管混凝土柱 (90)7.2斜撑 (90)7.3连梁 (92)7.3主要剪力墙 (92)7.4钢梁的塑性应变 (100)7.5楼板应力及损伤 (100)8 罕遇地震作用下结构性能评价 (103)1 工程概况1.1 工程介绍上海临港中心——结构总高度为180m；主体结构采用框架-核心筒体系，外框架为圆钢管混凝土柱、钢框架梁。

钢管混凝土柱截面为Φ1200x1140～Φ900x860。

核心筒采用钢筋混凝土剪力墙体系，外墙厚750mm～400mm，内墙厚500mm～300mm，部分墙体内配置10mm厚钢板。

在32层以下，结构由左右两个塔楼构成，中间通过钢梁及6-7层、17-20层两道“人”字形斜撑连接，斜撑截面为BOX 560x1060x80x80。

上部主体结构分析时，以地下室顶板为嵌固端。

主要构件信息：（1）框架柱均采用圆钢管混凝土柱，混凝土强度等级为C60。

某高层建筑罕遇地震下的静力弹塑性分析

某高层建筑罕遇地震下的静力弹塑性分析胡立黎;易建文;骆贵波【摘要】利用静力弹塑性分析方法,对某地25层酒店建筑进行罕遇地震分析,分析得到结构破坏模型,薄弱部分和弹塑性层间位移角等参数.结果表明:在罕遇地震作用下,此结构可满足抗震设防目标要求.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2013(039)005【总页数】3页(P27-29)【关键词】地震反应;Push-over法;抗震设计【作者】胡立黎;易建文;骆贵波【作者单位】浙江杭萧钢构股份有限公司,浙江杭州310003;浙江杭萧钢构股份有限公司,浙江杭州310003;浙江杭萧钢构股份有限公司,浙江杭州310003【正文语种】中文【中图分类】TU973.250 引言罕遇地震是一种突发的、破坏性非常大，甚至具有毁灭性质的自然灾害，无法进行可靠预测，只能进行积极的预防。

通常，在罕遇地震作用下，房屋结构会进入弹塑性受力状态。

因此，为保护人民的生命财产安全，就需要对房屋结构在弹塑性工作状态下的性能进行分析研究。

目前，《建筑抗震设计规范》[1]中抗震设计主要是“小震设计”:保证多遇地震作用时在结构不坏的前提下，通过调整构件内力和合理的构造措施来保证罕遇地震作用下的结构整体延性，达到“大震不倒”设防目标。

可是，汶川地震震害表明[2]，采用弹性地震反应分析结果去保证“设防地震”或者“罕遇地震”作用下结构的地震反应，具有很大的经验性，也无法完全保证结构实现罕遇地震的设防目标。

随着计算机技术的迅速发展和结构性能设计理论的不断完善，使设计者对整体结构进行罕遇地震作用下受力分析成为可能。

当前，主要采用静力弹塑性分析方法和动力弹塑性时程分析方法验算罕遇地震作用下结构的地震反应。

本文采用静力弹塑性方法对某纯钢结构的高层建筑进行罕遇地震作用分析。

1 静力分析法静力分析法，也称Push-over法，是国际上最早形成的抗震分析方法。

中国、欧洲、日本和美国等国家都将其作为有效的抗震性能评价方法纳入规范[3]。

剖析5.12地震中的房屋倒塌

5.方茴说："那时候我们不说爱，爱是多么遥远、多么沉重的字眼啊。

我们只说喜欢，就算喜欢也是偷偷摸摸的。

"6.方茴说："我觉得之所以说相见不如怀念，是因为相见只能让人在现实面前无奈地哀悼伤痛，而怀念却可以把已经注定的谎言变成童话。

"7.在村头有一截巨大的雷击木，直径十几米，此时主干上唯一的柳条已经在朝霞中掩去了莹光，变得普普通通了。

剖析5.12地震中的房屋倒塌角度：建筑设计、施工、规范、房屋现状素材来源：新闻视频资料、成都及灾区实地踏勘、地震历史文献、文字编写方式：网络文字汇编、个人专业知识解析和经验总结目的：让更多的人明白生存现状，正确面对大自然，创建更加可靠的安居乐业环境，表达个人的行业观点和建议一、关于地震的基本知识点（一）名词解释：1、地震震级：震级是表征地震强弱的量度,通常用字母M表示，它与地震所释放的能量有关。

一个6级地震释放的能量相当于美国投掷在日本广岛的原子弹所具有的能量。

震级每相差1.0级，能量相差大约32倍；每相差2.0级，能量相差约1000倍。

也就是说，一个6级地震相当于32个5级地震，而1个7级地震则相当于1000个5级地震。

目前世界上最大的地震的震级为8.9级。

2、地震烈度：地震发生时，人们通常用地震烈度来描述地面遭到地震影响和破坏的程度，简称烈度。

烈度大小是根据人的感觉，室内设施的反应，建筑物的破坏程度以及地面的破坏现象等综合评定的，它的单位是度。

用来划分地震烈度标准的是地震烈度表。

不少国家根据本国实际制定了地震烈度表。

我国现行的《中国烈度表》，最低为一度，最高为12度。

一度时人完全感觉不到；三度时少数静止中的人有感；四至五度睡觉的人会惊醒，悬挂物摇晃；六度时房屋损坏，墙体微细裂缝；七至八度破坏，地面裂缝；九至十度房屋倒塌，地面破坏严重；十一至十二度为毁灭性的破坏。

3、地震波：震源及其附近，震动一开始都表现为冲击式的，然后形成规则的波，向四周传播出去，这种波称为地震波。

基于伸臂桁架多尺度模型的超高层建筑地震灾变评估

基于伸臂桁架多尺度模型的超高层建筑地震灾变评估卢啸;吕泉林;徐龙河;李易【摘要】Plastic buckling of diagonal chords in outriggers has often been observed.The macro beam element has a limited capacity to simulate the strength and stiffness deterioration caused by plastic buckling.Based on the typical component seismic tests of outrigger,the multi-scale finite element (FE) model of outrigger combined with the beam and shell elements is proposed considering both accuracy and efficiency.And then the whole FE model of one typical super-tall building is built up with the proposed multi-scale model.Finally,the whole process of earthquake-induced collapse of super-tall building is discussed considering the plastic buckling of outriggers.The results indicate that the proposed multi-scale model of outrigger can accurately and efficiently predict the initial stiffness,yielding strength and the strength and stiffness deterioration caused by plastic buckling.During the earthquake-induced collapse simulation of super-tall building,the seismic energy dissipation capacity of outriggers will be overestimated and the damage of shear walls and mega-columns will be underestimated if the plastic buckling of outrigger is not considered.Consequently,these will affect the potential collapse mode and overestimate the collapse resistance of super-tall buildings.%针对伸臂桁架斜腹杆在地震灾变过程中发生塑性屈曲,而宏观梁单元很难模拟塑性屈曲引起的承载力和刚度退化这一问题,以典型伸臂桁架试验为基础,在兼顾计算效率和精度的前提下,提出了基于梁单元和壳单元的伸臂桁架多尺度有限元模型;建立了典型超高层建筑的多尺度有限元模型,研究伸臂桁架塑性屈曲对地震灾变全过程的影响.结果表明,伸臂桁架多尺度模型能较好地预测初始刚度、屈服承载力以及塑性屈曲引起的承载力和刚度退化,且具有较高的分析效率;在进行超高层建筑地震灾变模拟时,不考虑伸臂桁架的塑性屈曲,会高估伸臂桁架的耗能能力,低估核心筒和巨柱的损伤程度,最终影响结构的倒塌模式并高估抗倒塌能力.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2018(051)005【总页数】8页(P539-546)【关键词】超高层建筑;伸臂桁架;多尺度模型;地震灾变;塑性屈曲【作者】卢啸;吕泉林;徐龙河;李易【作者单位】北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京工业大学建筑工程学院,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TU973随着高层建筑的迅速发展，建筑的高度不断增加，如果仍然采用传统的框架-核心筒等结构体系，就不可避免地要遇到结构在水平荷载作用下水平位移过大、剪力墙或筒体弯矩过大等问题.因此，巨柱-伸臂-核心筒结构体系成为了现代超高层建筑的主要抗侧力体系之一.伸臂桁架作为连接外围巨柱和内部核心筒的主要构件，当结构承受水平荷载时，核心筒通过伸臂桁架，将弯矩转化为轴力传递到外围巨柱中，使巨柱起着类似拉压杆的作用，从而使得外围巨柱与内部核心筒共同受力达到提高抗侧力能力的目的.可见，伸臂桁架对整个超高层建筑的抗震性能有着重要的作用. 然而，在目前超高层建筑整体结构抗震性能研究中，由于受到试验能力和费用等条件的限制，数值模拟方法成为了主要的研究手段之一.由于钢结构规范通过宽厚比等构造措施限制了构件的弹性屈曲，因此，在设计阶段或建立有限元模型时，伸臂桁架大都采用基于梁单元的宏观模型来进行模拟[1-4].虽然宏观模型可以提高计算效率，但仍然存在一些问题.比如钢构件在屈服后会出现局部屈曲的现象[5-6]，在伸臂桁架的构件试验中，也经常能观察到该现象[7-8]，这种弹塑性屈曲会降低构件的屈服后承载力和刚度，采用宏观的梁单元则很难对这一过程进行模拟.因此，在研究构件层次的力学特性时，大部分学者采用精细有限元模型(壳单元或实体单元)来对构件的力学行为进行模拟[9-11].精细有限元模型虽然预测结构较准确，但单元数量较多，计算量大.而超高层建筑体系复杂，构件种类和数量繁多，如果均采用壳和实体单元模拟，现有的计算能力很难满足计算需求.因此，随着数值模拟技术的不断进步，为了解决计算效率和精度的问题，多尺度分析技术应运而生.结构的多尺度分析是指对同一结构模型中的不同部分，根据不同的分析需求，建立不同类型或尺度的有限元模型，并在不同尺度之间建立合理的连接方式，使整体结构变形协调.众多学者已经对多尺度分析技术在建筑结构中的运用进行了大量探索.如 Li等[12]建立了青马大桥的多尺度模型，对其动力响应和局部损伤进行了研究；陆新征等[13]提出了宏观模型和细观模型的界面连接方法，并运用于某6层框架的抗震性能分析；潘建荣等[14]建立了钢管混凝土柱-钢梁节点的多尺度模型，研究了半刚性组合平面框架体系的抗震性能.由于超高层建筑的重要性程度高，且伸臂桁架对结构的抗震性能有较大的影响，忽略伸臂桁架的弹塑性屈曲可能会影响超高层结构地震灾变预测结果的准确性.因此，本文以典型的伸臂桁架试验为基础，研究精细化模型与宏观模型计算精度的差异，并提出兼顾计算精度和效率的伸臂桁架多尺度模型；选取典型超高层巨型组合结构，建立超高层巨型组合结构的多尺度计算模型，重点研究伸臂桁架塑性屈曲对超高层巨型组合结构地震灾变过程、倒塌模式和抗倒塌能力的影响.1 伸臂桁架多尺度模型1.1 宏观与精细模型差异伸臂桁架作为超高层建筑中的重要抗侧力构件，已有学者对其抗震性能进行了构件试验研究.如赵宪忠、陈以一等[7-8]对上海中心大厦的典型伸臂桁架的抗震性能进行了研究.试验选取了靠近核心筒端的伸臂桁架的一个节间，分别进行了单调加载和循环加载试验，构件主要尺寸及加载示意如图 1所示，其中 F为竖向千斤顶力加载过程中力的大小.文献中为了保持上弦杆、腹杆和下弦杆的轴力比例为1∶10∶1，3个作动器按照1.15∶1.00∶0.04的比例加载，加载到罕遇地震水平时再按照竖向千斤顶的位移控制，但仍然保持3个千斤顶的力的比例不变.图1 构件主要几何尺寸及加载示意(单位：mm)Fig.1 Main dimensions of specimen and loading diagram(unit：mm)根据图 1的构件尺寸，采用 MSC.Marc有限元软件中的78号薄壁梁单元按照构件的轴线建立了伸臂试件的宏观模型，如图 2(a)所示；采用 75号壳单元建立伸臂试件的精细模型，划分单元网格时，保证型钢截面的翼缘和腹板不少于8个积分点，同时控制壳单元的长宽比不超过3，最终建立的精细有限元模型示意如图2(b)所示；所有的钢材材料属性均根据文献[7-8]中材性试验结果确定.采用宏观和精细模型对 JDA试件的单调和循环加载的试验工况进行模拟，得到其荷载-位移曲线对比如图 3所示.从图中可以看到，在构件未屈服阶段，宏观和精细模型均能较好地模拟试件初始刚度、屈服承载力以及卸载刚度；而当构件屈服后，宏观模型高估了构件的屈服后刚度和卸载刚度，宏观模型的损伤体现为斜腹杆的整体屈服，而试验构件的真实损伤为斜腹杆的波状屈曲和上下弦杆两端的塑性铰[7-8].相比之下，精细模型仍然能较好地预测构件的屈服后刚度和构件的损伤模式(如图4所示).可见，宏观模型仅能较好地把握构件屈曲前的力学特性，当构件出现屈曲后，宏观模型并不能模拟构件塑性屈曲引起的刚度和承载力退化，而精细模型则能较好地模拟构件弹性、弹塑性至屈曲的全过程.图2 宏观和精细有限元模型Fig.2 Macro and fine-meshed finite element models图3 JDA试件单调和滞回加载性能Fig.3 Monotonic and hysteresis characteristics of specimen JDA图4 JDA试件损伤模式Fig.4 Damage pattern of specimen JDA1.2 多尺度模型建立建筑结构的倒塌过程包含了构件从屈服到承载力退化，最后退出工作的全过程，因此，进行倒塌模拟时，所采用的数值模型必须要具备模拟这一过程的能力.从图 3的对比分析可以看出，对于伸臂桁架，宏观模型并不能很好地模拟构件的局部屈曲以及屈曲导致的承载力和刚度退化，可能会对倒塌模拟结果的准确性造成一定的影响.而精细模型能较好地模拟杆件的局部屈曲以及屈曲导致的承载力退化.因此可以考虑采用精细模型来模拟超高层建筑中的伸臂桁架.然而，由于超高层建筑体量巨大，构件数量和种类繁多，即使采用宏观梁单元来模拟伸臂桁架，其有限元模型的单元数量也在 105量级，计算量大且耗时长.如果再采用精细模型来模拟结构中的伸臂桁架，那有限元模型的单元数量将还会增多，建模工作量更大，计算耗时更长.而近年发展起来的多尺度方法则能较好地解决这一问题，它既能模拟构件的微观破坏，也能模拟整体结构的宏观行为，在计算效率和精度之间找到一个很好的平衡点. JDA试件的试验现象表明，伸臂桁架的最终破坏主要体现为斜腹杆的屈曲破坏，而上下弦杆两端出现塑性铰[7-8].宏观梁单元能较好地模拟构件的弹性响应和压弯破坏，但不能模拟腹板和翼缘的屈曲.因此，在模拟伸臂桁架时，可采用多尺度方法进行建模，对于发生屈曲破坏的斜腹杆，采用基于壳单元的精细模型，网格的划分策略与精细模型一致；对于上、下弦杆和竖杆仍然采用基于梁单元的宏观模型进行模拟.在两种尺度的交界面，采用陆新征等[13]提出的多尺度界面连接技术进行连接，其示意如图 5所示，不同尺度模型之间，仍然满足平截面假定.在MSC.Marc中可方便地使用REB’2约束关系实现连接界面的位移协调，最终建立的伸臂桁架多尺度模型如图 6所示，需要说明的是，由于斜腹杆两端通过节点板与上、下弦杆以及竖杆连接，且试验表明：在单调和循环往复荷载作用下，节点基本保持弹性或轻微塑性，未出现屈曲现象，仍有一定的安全储备，能实现“强节点，弱构件”的良性失效机制.而斜腹杆的屈曲主要集中在两节点板中间的杆件部分[7-8]，因此，斜腹杆位于节点板中间的部分采用壳单元进行模拟，两端与节点板连接的部分仍采用宏观梁单元进行模拟.图5 多尺度界面连接示意Fig.5 Connection interface of multi-scale model图6 JDA试件多尺度模型Fig.6 Multi-scale model of specimen JDA采用多尺度模型对构件 JDA单调和循环加载试验工况进行模拟，荷载-位移曲线对比如图 3所示.可见，多尺度模型能较好地预测构件的初始刚度、屈服承载力、屈服后刚度、卸载刚度以及滞回耗能等特性.宏观、精细和多尺度模型的滞回分析时间比较如表 1所示.宏观模型的计算效率最高，仅需28.98,s，多尺度模型其次，精细模型最慢.多尺度模型的分析效率比精细模型提高了约6.7倍，而分析精度两者基本一致.因此，可以采用本文所提出的伸臂桁架多尺度建模技术进行整体结构的地震灾变研究.表1 3个模型的分析时间比较Tab.1 Comparison of analysis times of three models模型计算平台单线程分析时间/s宏观模型 2,828.98精细模型2,843.48多尺度模型WindowsServer2003,**********,GHz2,426.67本文选取上海中心大厦为典型研究对象，该超高层建筑位于上海浦东新区，共124层，总高632,m，其抗侧力体系主要由巨柱-核心筒-伸臂桁架构成.核心筒底部边长约为 30,m，最大墙厚 1.2,m，沿高度逐渐递减至0.5,m；外围由 12根型钢混凝土巨柱组成，底部最大截面约5.3,m×3.7,m；每道伸臂桁架高约9.9,m，均由H型钢组成[15].文献[15]对其抗震性能及抗倒塌能力进行了分析，但伸臂桁架采用宏观梁单元进行模拟，并未考虑腹杆的屈曲.因此，本文在此基础上，基于伸臂桁架多尺度模型对其抗震性能和抗倒塌性能进行评估，讨论伸臂桁架屈曲对其影响.由于宏观梁单元能较好地模拟型钢构件的弹性响应和压弯破坏，但不能模拟腹板和翼缘的屈曲，故对于可能发生屈曲的部分宜采用多尺度模型进行模拟.在上海中心大整体结构中，伸臂桁架贯穿外围巨柱，并嵌入到内部核心筒的剪力墙中，其连接关系示意见图 7.对于位于巨柱外侧的伸臂桁架，由于传递的剪力和弯矩非常小，地震荷载作用下基本保持弹性[15]，故对该部分伸臂仍采用宏观梁单元进行模拟；对于嵌入到巨柱和核心筒中的伸臂桁架部分，由于受到混凝土的约束作用，不会发生屈曲，故该部分伸臂也采用宏观梁单元进行模拟；而对于巨柱和核心筒之间的伸臂桁架，传递了绝大部分的轴力、剪力和弯矩，在地震荷载作用下会屈服，因此，对该部分伸臂桁架斜腹杆采用本节提出的多尺度建模技术进行模拟.从试验结果和图 4的分析结果可以看到，伸臂桁架的上、下弦杆主要受力状态为压弯，损伤模式为两端出现塑性铰，故仍采用宏观梁单元模拟伸臂桁架的上、下弦杆.其他构件如巨柱、核心筒和钢框架的模拟方法及单元尺寸划分与文献[15]中上海中心大厦的有限元模型完全一致，巨柱和核心筒采用分层壳单元模拟，钢框架、伸臂桁架等型钢构件采用梁单元进行模拟，最终建立的上海中心大厦整体结构的多尺度有限元模型如图 7所示.值得注意的是，为了后续讨论方便，将文献[15]中采用宏观梁单元模拟伸臂桁架的上海中心整体有限元模型简称为“宏观模型”，而将本文采用多尺度方法模拟伸臂桁架的上海中心整体有限元模型简称为“多尺度模型”.由于伸臂桁架斜腹杆采用了多尺度建模策略，故上海中心大厦整体结构多尺度模型的单元总数增加至 109,700个，而宏观模型的单元总数为 94,068个，增加了约16.6%.图7 上海中心大厦多尺度模型示意Fig.7 Multi-scale model of Shanghai Tower 2 抗震性能比较2.1 基本动力特性了解结构的动力特性是进行结构抗震设计和评估的重要步骤，因此，首先对上海中心大厦的基本动力特性进行分析，宏观模型和多尺度模型的结果及计算效率比较如表 2所示.比较表明：两个模型的自振周期基本一致，前 5阶平动周期的相对偏差均小于0.05%,，说明宏观模型和多尺度模型均能较好地模拟伸臂桁架的初始刚度，这也与第 1节的分析结论一致.因此，在基本动力特性分析阶段，伸臂桁架的宏观模型即能满足整体结构的分析精度需求.在同一计算平台下，宏观模型与多尺度模型前30阶模态分析总时长分别为440,s和472,s，虽然多尺度模型分析时长增加，计算效率降低，但仅降低约 7.3%,，仍在可接受的范围内.表2 两个模型基本动力特性及计算效率比较Tab.2 Comparison of basic dynamic characteristics and calculation efficiency between two models1阶平动周期模型分析时长/s T1/s T2/s T3/s T4/s T5/s宏观模型 9.829 3.5691.675 1.016 0.721 440多尺度模型 9.825 3.568 1.675 1.016 0.721 4722.2 罕遇地震位移响应初步以科研中广泛采用的El-Centro EW 1940地震动记录为基本输入，将其 PGA 调幅至 400,cm/s2(对应于规范中的8度大震水平)，对两个模型进行了弹塑性时程分析，阻尼采用经典的 Rayleigh阻尼，阻尼比取 5%,，两个模型的位移响应比较如图 8所示.可见，两个模型层间位移角包络基本一致，这是由于大多伸臂桁架的斜腹杆均还处于弹性状态(见图9)，没有发生屈曲及由此导致的承载力和刚度退化，因此，在伸臂桁架进入非线性程度较低的阶段，不考虑伸臂桁架的局部屈曲而直接采用宏观梁模型模拟伸臂桁架仍能满足弹塑性分析的精度需求.图8 层间位移角包络比较Fig.8 Comparison of envelope of interstory displacement angle图9 典型伸臂桁架斜腹杆轴力-位移滞回曲线Fig.9 Axial force-displacement hysteresis curve of diagonal brace in typical outrigger3 地震灾变比较为研究伸臂桁架的塑性屈曲对上海中心大厦在特大地震下动力灾变过程的影响，仍以El-Centro EW 1940地震动记录为典型输入，采用Lu等[15-16]提出的倒塌模拟方法对上海中心大厦多尺度模型进行倒塌分析，将 PGA 调幅至 1,960,cm/s2，宏观模型和多尺度模型的详细倒塌过程比较如表3所示，其中括号内的时间为多尺度模型对应的构件破坏时间.从表 3中可以看出，在 3.90,s以前，宏观模型和多尺度模型的损伤发展过程基本一致，均始于伸臂斜腹杆的屈服和连梁的破坏；在3.90,s以后，在多尺度模型中，第5节段伸臂桁架斜腹杆局部屈曲破坏而退出工作，使得该节段的核心筒和巨柱迅速破坏，进而使第 5节段的竖向承载力逐渐丧失；反观宏观模型，桁架采用宏观梁单元进行模拟，在整个受力过程中无法考虑杆件塑性屈曲，斜腹杆体现为整体屈服(见图10(a))，仍然能参加大量耗能，从而高估伸臂桁架的耗能能力(见图10(b))，降低了核心筒和巨柱的损伤程度，因此，其倒塌发生的时间略晚于多尺度模型.此外，多尺度模型在第5和6节段的交界处也发生了严重破坏，最终的倒塌体现为第5节段完全折断的竖向倒塌模式；而宏观模型为仅第5节段底部折断的竖向倒塌模式，两个模型的最终倒塌模式如图11所示.表3 宏观模型和多尺度模型倒塌过程对比Tab.3 Comparison of collapse process of macro and fine-meshed models时间t/s 宏观模型多尺度模型1.50第4、5节段伸臂桁架的斜腹杆开始发生屈服2.58 第5节段核心筒的部分连梁发生破坏，并逐步向上、下发展3.90(3.68) 第5节段底部剪力墙开始被压溃第4、5节段伸臂桁架开始破坏，第5节段底部核心筒和巨柱发生破坏5.88(5.20) 第5节段部分剪力墙严重破坏，且巨柱开始压弯破坏第5节段底部核心筒和巨柱均发生严重破坏，倒塌开始发生，且第5节段以上部位出现较大残余位移6.18(6.28) 第5节段核心筒和巨柱完全破坏，结构倒塌开始发生第5和6节段交界处的核心筒和巨柱发生严重破坏，第5节段被完全折断，倒塌迅速发生倒塌过程中，两个模型顶点的水平和竖向位移时程如图 12所示，从水平位移时程可以看出，多尺度模型在第5节段巨柱和核心筒开始破坏后，第5节段上部出现了一定程度的倾覆；竖向位移时程也表明，多尺度模型的倒塌开始时间略早于宏观模型.倒塌发生时刻两个模型加强层处的水平位移及节段间水平位移角(上下节段位移差除以节段高度)如图13所示.可见，虽然两个模型的倒塌时刻的振动方向相反，但结构变形模式均呈高阶振型(水平3阶振型)形状.多尺度模型第6、7、8节段出现了明显的倾覆，由于其重心的水平位移并不太大，重力产生的倾覆力矩还不足以使上部节段出现倾覆的倒塌模式.图10 典型斜腹杆滞回曲线及耗能时程对比Fig.10 Hysteretic curve and energy dissipation history of diagonal brace in typical outrigger图11 两个模型的典型倒塌模式Fig.11 Typical collapse modes of two models 图12 倒塌过程中结构顶点水平和竖向位移时程Fig.12 Horizontal and vertical displacements histories incollapse process图13 倒塌临界状态时的节段位移响应Fig.13 Displacement responses of each segment in critical collapse state为进一步探讨伸臂桁架塑性屈曲对抗倒塌能力的影响，采用逐步增量分析方法确定多尺度模型的临界倒塌地震强度.当 El-Centro EW,1940地震动的PGA调整至1,568,cm/s时，多尺度模型发生临界倒塌；而宏观模型的在 El-Centro EW,1940地震动下的临界倒塌强度为 1,764,cm/s2.可见，在 El-Centro EW,1940地震动作用下，不考虑伸臂桁架的塑性屈曲可能会高估结构12.5%,的抗倒塌能力.总的说来，是否考虑伸臂桁架的塑性屈曲对倒塌的初始损伤部位和次序没有明显影响，但伸臂桁架发生塑性屈曲后，对其倒塌损伤演化过程以及抗倒塌能力均有明显影响.采用宏观梁单元模拟伸臂桁架，不能模拟伸臂桁架的塑性屈曲，会高估伸臂桁架的地震耗能，进而低估核心筒和巨柱的损伤程度，最终影响结构的倒塌模式和抗倒塌能力.因此，对于带有伸臂桁架超高层建筑的地震灾变模拟，宜考虑伸臂桁架的塑性局部屈曲效应，使预测的倒塌过程和抗倒塌能力更加准确.4 结论(1) 宏观梁单元仅能较好预测伸臂桁架的初始刚度和屈服承载力，不能模拟塑性屈曲引起的承载力和刚度退化，而本文提出的伸臂桁架多尺度模拟能较好地模拟伸臂桁架的初始刚度、屈服承载力以及塑性屈曲引起的承载力和刚度退化，且具有较高的计算效率.(2) 在伸臂桁架屈服前，仍然可以采用宏观梁单元模拟伸臂桁架进行超高层建筑整体结构动力特性分析和地震响应预测.(3) 在进行超高层建筑地震灾变全过程模拟时，应考虑伸臂桁架的塑性屈曲，可采用多尺度模型模拟伸臂桁架.采用宏观模型会高估伸臂桁架的塑性耗能，低估核心筒和巨柱的损伤程度，高估结构的抗倒塌能力.在典型El-Centro EW1940地震动作用下，不考虑伸臂桁架的塑性屈曲可能会高估结构 12.5%,的抗倒塌能力.此外，本文仅以典型地震动记录定性讨论了伸臂桁架塑性屈曲对抗倒塌能力的影响，由于地震动记录的频谱成分有较大的不确定性，在后续研究中，还将选取更多的地震动记录进一步讨论伸臂桁架塑性屈曲对超高层建筑抗倒塌性能的影响.【相关文献】［1］ Li Q S，Zhi L H，Tuan A Y，et al. 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Journal of Tianjin University：Science and Technology，2016，49(Suppl1)：152-160(in Chinese).［10］ Salvatore W，Bursi O S，Lucchesi D. Design，testing and analysis of high ductil e partial-strength steelconcrete composite beam-to-column joints[J]. Computers & Structures，2005，83(28)：2334-2352.［11］ Han L H，Wang W D，Zhao X L. Behaviour of steel beam to concrete-filled SHScolumn frames：Finite element model and verifications[J]. Engineering Structures，2008，30(6)：1647-1658.［12］ Li Z X，Zhou T Q，Chan T H T，et al. Multi-scale numerical anal ysis on dynamic response and local damage in long-span bridges[J]. Engineering Structures，2007，29(7)：1507-1524.［13］陆新征，林旭川，叶列平. 多尺度有限元建模方法及其应用[J]. 华中科技大学学报：城市科学版，2008，25(4)：76-80.Lu Xinzheng，Lin Xuchuan，Ye Lieping. Multiscale finite element modeling and its application in structural analysis[J]. Journal of Huazhong University of Science and Technology：Urban Science Edition，2008，25(4)：76-80(in Chinese).［14］潘建荣，杨正挺，王湛，等. 基于多尺度的半刚性组合框架抗震性能数值分析[J]. 天津大学学报：自然科学与工程技术版，2016，49(增1)：161-167.Pan Jianrong，Yang Zhengting，Wan Zhan，et al. Numerical analysis of seismic behavior of semi-rigid composite frameon multi-scale[J]. Journal of Tianjin University：Science and Technology，2016，49(Suppl1)：161-167(in Chinese).［15］ Lu X，Lu X Z，Zhang W K，et al. Collapse simulation of a super high-rise building subjected to extremely strong earthquakes[J]. Science China Technological Sciences，2011，54(10)：2549-2560.［16］ Lu X，Lu X Z，Guan H，et al. Collapse simulation of reinforced concrete high rise building induced by extreme earthquakes[J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics，2013，42(5)：705-723.。

地震动作用下单层砌体结构倒塌模拟

地震动作用下单层砌体结构倒塌模拟娄亚非;孙柏涛;张烜;陈洪富【期刊名称】《地震工程与工程振动》【年(卷),期】2015(35)2【摘要】地震发生时建筑物的倒塌是造成人员伤亡的最直接原因。

在地震救援时,救援人员对废墟形式的准确了解能够有效地提高救援效率。

倒塌废墟形成规律的研究方法多种多样,利用数值方法模拟建筑物倒塌也是一种值得尝试的方法。

利用数值方法进行结构倒塌模拟时可以通过程序开发分析,也可以直接使用显示动力分析软件分析。

不管使用何种数值方法,结构构件的材料特性和断裂处理都直接影响着计算结果的准确度。

本文基于显式动力分析软件LS-DYNA,使用winfrith材料模型和基于裂缝宽度相关的失效准则,进行了单层砌体振动台试验模型的倒塌模拟分析,并与试验结果进行了对比。

结果表明,此方法较为可靠,可进行砌体结构的倒塌模拟。

【总页数】7页(P71-77)【关键词】倒塌废墟;倒塌模拟;单层砌体;LS-DYNA;Winfrith;裂缝宽度【作者】娄亚非;孙柏涛;张烜;陈洪富【作者单位】哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院;中国地震局工程力学研究所【正文语种】中文【中图分类】P315.92;TU317【相关文献】1.基于构造措施的罕遇地震环境下砌体结构抗倒塌性能模拟 [J], 陈俊2.地震作用下砌体结构倒塌反应的数值模拟计算分析 [J], 苗吉军;顾祥林;张伟平;彭斌3.砌体结构在地震作用下的倒塌模拟与分析 [J], 周平槐4.地震作用下砌体结构倒塌的数值模拟研究现状分析 [J], 李凌旭;马明昌;5.地震作用下砌体结构的倒塌过程 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

高层建筑突发灾害下电梯疏散模拟研究

度快，疏散时间短。有效避免大量人员在疏散楼梯间的
拥挤，避免发生跌倒、踩踏等事故。满足人们的“ 归巢” 心
理，进入高层建筑时人们常用的是电梯，紧急疏散时也习
惯走熟悉的道路。不受人群年龄、性别、健康状况的影
火规范》第５．３．１条规定 “ 电梯井应独立没置，井内严禁敷设可燃气体和甲、乙、丙类液体管道，并不应敷设与电梯无关的电缆、电线等。电梯井井壁除开设电梯门洞和通气孔洞外，不应开设其他洞口。 ” 另外，电梯井壁隔墙应
上，探讨利用ｐａｔｈｆｉｎｄｅｒ对高层建筑进行人员疏散模拟。通过制定不同疏散方案，研究使用电梯前后的疏散时间和出口人流量，合理分配楼梯和电梯的承载人数，提出最优的疏散方案。
加拿大在２０世纪８０年代后期进行了使用增压方法用于火灾疏散中使用电梯时烟火保护的可行性研究。２０世纪
９０年代初期，由美国消防协会（ＮＦＰＡ）、美国机械工程师协会（ＡｓＭＥ）和美国国家标准化与技术研究院（ＮＩＳＴ）举行了一系列关于电梯在火灾中使用的学术会议。在我国，２００６年公安部Ｅ海消防研究所召开了 “ 高

极端火灾作用下典型超高层混凝土框架_核心筒结构的连续倒塌分析_英明鉴

引言
1968 年英国 Ronan Point 公寓燃气爆炸倒塌事故和 2001 年“911”事件世贸双塔火灾倒塌事故使建筑
基金项目：国家重点基础研究发展计划（ 973）（ 2012CB719703）、国家自然科学基金（ 51222804）
作者简介：英明鉴，硕士研究生收稿日期： 2014-12-08
在数值模型中，柱和梁构件采用纤维梁单元，剪力墙、连梁以及受火区域的楼板采用分层壳单元，非受火区域的楼板采用膜单元，不考虑楼板平面外的刚度，并起到传递重力荷载的作用，从而降低计算工作量。单元的精度和计算效率在文献［11］和文献［13］中进行了验证，并在文献［11］中进行了详细介绍。节点区不考虑其破坏而按固结进行建模。梁柱构件等所采用的高温本构模型参见文献［11］中的介绍，可以考虑高温下材料的强度、刚度和变形能力的变化。对于火灾下结构连续倒塌过程中的构件失效、破坏和断裂，本文通过建立构件在高温下的失效准则，并利用 “单元生死”技术来进行模拟［11］。对于常温下梁柱以及墙板构件的失效准则则参见文献［13］。 1． 3 火场条件
Abstract： Since the “9 ·11”event，the progressive collapse of super high-rise structures under incidental loads has been greatly concerned． In this paper，the high performance finite elements and their failure criteria both considering high temperature effects，as well as the elemental deactivation technology are adopt to analyze the progressive collapse of a typical super high-rise concrete frame-core tube structure exposed to extreme fire． It can be found that when the multistorey floor system in the building structure is simultaneously exposed to fire，it performs an overall mechanism similar with Vierendeel action due to the thermal expansion deformation． That leads to the redistribution of the internal forces throughout the structural system not only in the horizontal direction but also in the vertical direction． Thermal expansion and the destruction of the floor system have an important influence on the failure of peripheral columns，which eventually leads to the flexural damage of the columns due to the large second-order effect，triggering the progressive collapse of the structure system． Keywords： super high-rise concrete frame-core tube structure； extreme fire； progressive collapse； numerical investigation； resistance mechanism； collapse mode E-mail： yili@ bjut． edu． cn

复杂环境下楼房倒塌过程的计算机模拟

ＣＯＭＰＵＴＥＲＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＣＯＬＬＡＰＳＥＰＲＯＣＥＳＳＯＦ
ＢＵＩＬＤＩＮＧＩＮＣＯＭＰＬＥＸＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ
ＹＵＡＮＳｈａｏ — ｇｕｏ，ＷＡＮＧＲｕｎ — ｔａｏ，ＺＨＡＮＧＣｏｎｇ，ＷＥＮＬｅｉ，ＣＵＩＺｈｉ — ｐｉｎｇ
单元ＭＡＴ— ＢＲＩＴＴＬＥＤＡＭＡＧＥ材料建立了以钢筋混凝土为主的整体式有限元模型，用ＭＡＴ—ＡＤＤ
—
ＥＲＯＳＩＯＮ关键字控制爆破切口的形成和材料的失效，爆破切口形成过程由 “ 时间” 开关控制。模拟了
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｉｎｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
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ＭＡＴ
ＡＤＤ
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ＥＲＯＳＩＯＮｗａｓｕｓｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｌａｓｔｉｎｇ
Ｂａｏｔｏｕ０１４０１０，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｎｕｍｅｒｉｃａ１ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｂｌａｓｔｉｎｇｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｃｅｒｔａｉｎ

地震多发区超高层建筑施工现场疏散研究

地震多发区超高层建筑施工现场疏散研究
魏伏佳;张兴杰;向渊明;唐逾;谭潜
【期刊名称】《施工技术(中英文)》
【年(卷),期】2022(51)9
【摘要】为研究地震发生时超高层建筑施工现场人员疏散管理问题,以昆明市西山万达广场项目塔楼工程为例,基于Pathfinder软件设计了疏散模型,并在疏散间距、疏散速度和障碍物等参数修正后进行动态模拟。

研究结果表明,建筑结构类型对疏散过程的影响体现在疏散模式变化引起的最优间距改变上,地震灾害和施工环境对疏散过程的影响体现在疏散速度折减上,障碍物对疏散过程的影响体现在疏散路径阻碍上;施工现场劳动人员数量、施工平面布置与安全管理水平等均对疏散结果产生影响,需据此对施工现场疏散管理工作提出优化建议。

【总页数】6页(P54-59)
【作者】魏伏佳;张兴杰;向渊明;唐逾;谭潜
【作者单位】中机中联工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU97
【相关文献】
1.城市地震应急疏散规划编制研究——以《淄博市中心区地震应急疏散规划》为例
2.某超高层建筑电梯辅助疏散系统疏散模式研究
3.多发地震区超高层施工现场紧急
疏散模型研究4.基于疏散模拟评估超高层建筑疏散系统安全可靠性的研究5.多发地震区超高层施工现场危险源评价与防控
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强震下高层建筑横向晃动反应过程模拟分析

强震下高层建筑横向晃动反应过程模拟分析王扬【摘要】传统的静力弹塑性分析方法对强震作用下的高层建筑的横向晃动反应过程模拟时,存在计算结果不准确、计算用时较长的问题.提出新的强震下高层建筑横向晃动反应过程模拟分析方法,其基于直接积分法的三种方法实施模拟分析.分别是隐式方法、显式方法以及K&K模型方法.其中隐式方法和显式方法均能够对不同自由度下的高层建筑的横向晃动位移作出准确的计算,K&K模型通过高层建筑Von Mises屈服面,分析高层建筑钢材Bauschinger反应基础上,精确模拟出高层建筑在横向晃动反应中的变形过程.实验结果说明,所提方法对强震作用下的高层建筑的横向晃动反应的运算准确率和效率较高.【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2018(040)004【总页数】6页(P637-642)【关键词】强震;高层建筑;横向晃动;反应过程;模拟分析;位移【作者】王扬【作者单位】徐州工程学院,江苏徐州 221018【正文语种】中文【中图分类】TU3520 引言随着我国国民经济、以及科学技术水平的不断发展，近几年，我国一些经济发达地区建立了一系列举世瞩目的高层建筑，这些高层建筑提升了城市的影响力以及国际竞争力，但其减震防震研究应成为城市化建设的考虑重点。

高层建筑在强震作用下极易产生振动反应，甚至发生坍塌现象，造成人员伤亡以及财产损失，其后果极为严重。

因此重点研究强震作用下高层建筑的倒塌机制[1]，设计有效的预防措施，提高其抗震能力至关重要。

传统分析方法对强震作用下高层建筑的横向振动反应过程模拟时，存在计算结果不准确、计算用时较长。

针对上述问题，本文提出一种新的强震下高层建筑横向振动反应过程模拟分析方法，以期提高高层建筑顶层横向振动分析的准确率和效率。

1 强震下高层建筑横向振动反应的过程模拟分析1.1 直接积分法基本原理高层建筑的横向振动位移变化方程在通常情况如下:(1)其中:质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵以及地震激励分别由M、C、K、P表示。