高楼顶加钢塔结构体系的动力性能研究与工程应用

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1、东南大学博士学位论文高楼顶加钢塔结构体系的动力性能研究与工程应用姓名：陈道政申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：李爱群20030401中文捅螫摘要近年来，各地相继出现了一些建造在高层建筑上作装饰用或某些特殊用途的钢结构塔楼。国内外关于高楼项加钢塔结构体系的研究很少，更缺少系统性的研究，也无设计规范可供参考。因此，研究高楼顶加钢塔结构体系，并给出高楼顶钢塔在地震作用下的简化计算方法，是工程设计实践不断提出的迫切要求。本论文主要的研究成果如下：从结构阻尼理论出发，根据能量守恒原理推导出高楼顶加钢塔这一由两种不同材料组成的组合结构体系的整体阻尼比。从结构动力学的角度出发，研究高楼顶加钢塔结构体

2、系振动时产生鞭梢效应的原因，并且提出了消除或减轻鞭梢效应的措施。在前人研究的基础上，提出了从系统(钢塔)的地震反应谱分析方法，考虑了主(高层建筑)从系统的交互作用，提出了预测主从系统最大响应的方法。考虑了地震无限作用时间和瞬态响应情况，在本文方法中，假设地面运动为静态过程，主从复合系统的最大绝对或相对加速度响应可以获得；其次，使用所得结果，提出了从系统最大响应的模态复合规则，本文方法建立在模态迭加原理基础上，可以用来确定从系统的相对加速度和输入加速度的最大值。以弹性动力分析法为基础，在分析影响高楼顶钢塔地震作用的因素，并将其转化为可供分析使用的参数一质量、刚度和高度，进而找出这些参数对放大系数

3、影响规律的基础上，提出了高楼顶加钢塔结构体系这类建筑的简化计算方法，该方法便于工程应用，可供高楼顶钢塔计算和设计时参考。在工程应用方面，本文选取两工程实例，分别用精确方法与本文提出的简化计算方法计算高楼顶钢塔的地震作用，通过对计算结果的对比，验证了简化方法的适用性。以西安长庆石油勘探局科研楼钢结构塔楼工程为背景，研究了高楼上钢塔风荷载及地震作用的计算，讨论了高楼上钢塔的振动特性以及安装粘滞流体阻尼器对钢塔风荷载和地震作用振动响应的影响。计算结果表明，在地震和风作用下，安装粘滞流体阻尼器可以有效地减小高塔在风荷载和强震作用下的振动响应，使其能满足规范和正常使用的要求。关键词：高楼顶加钢塔、整体阻

4、尼比、鞭梢效应、动力性能、简化方法东南大学博士论文ResearchonDynamicBehaviorsandEngineeringApplicationoftheStructuralSystemoftheSteelToweratopTallBuildingAbstractInrecentyears，thesteeltowersbuiltatoptallbuildinghavebeenadoptedinmanyregionsinourcountryfordecorationeffectorsomeotherspecialuses．Thesystemicresearchontowersatopta

5、llbuildingisseldomtouchedallovertheworld．andaccordinglynodesigncodecanbeprovidedasreference．Therefore，toengineeringanti-seismicdesign，itisurgenttostudytheinteractionbetweensteeltowersandtallbuildingandgiveanaccordinglysimplifiedcalculationmethodundertheactionofearthquake。Thechiefcontentsinthedissert

6、ationarelistedasfollows．Byaidofstructuraldamptheory，theintegraldampingratioofthecompositestructureswhichincludetwodifferentmaterialsarederivedaccordingtoenergyconservationprinciple．Fromthestructuraldynamicspointofview,thecauseofwhiplasheffectofthesteeltowersareanalyzedwhenthetallbuildingisundertheac

7、tionofearthquake，andtheaccordingmethodtoweakenoreliminatethewhiplasheffectofthesteeltowerarewesentedBasedonthepublisheddata，thisdissertationpresentsaseismicresponsespectrummethodforthedynamicresponsea