高层建筑结构扭转耦联振动自振特性的超元法

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1、第36卷第4期四川建筑科学研究2010年8月SichuanBuildingScience高层建筑结构扭转耦联振动自振特性的超元法孙建琴，王忠礼，李从林(1．兰州交通大学，甘肃兰州730070；2．深圳机械工业部设计院，广东深圳518027；3．酒泉格瑞设计公司，甘肃酒泉735000)摘要：提出了高层建筑结构扭转耦联振动自振特性简化计算的超元法，将纵横向各片抗侧力结构简化处理成一根等效柱，空间协同分析时，采用超元法(每个单元由多根杆组成)计算等效柱的侧移刚度矩阵，即得各片抗侧力结构的侧移刚度矩阵，从而组集整个结构的侧移刚度矩阵和扭转刚度矩阵

2、，然后，代人扭转耦联无阻尼自由振动方程，用现有数值分析方法可方便求出结构的自振特性。该法自由度成数倍减少，不论是框架、框一剪结构，还是剪力墙结构，计算侧移刚度矩阵具有统一算式，计算简便。关键词：高层建筑结构；扭转耦联振动；自振特性；超元法中图分类号：TU311文献标识码：A文章编号：1008—1933(2010)04—025—03Superelementmethodforcharacteristicofmodal—frequencybehavioranalysisoftallbuildingconsideringtorsionalcoup

3、lingvibrationSUNJianqin，WANGZhongli，LIConglin(1．LanzhouJiaotongUniversity，Lanzhou730070，China；2．ShenzhenDesignInstituteofMechanicalIndustryDepartment，Shenzhen518027，China；3．Ge兀liDesignCompanyofJiuquan，Jiuquan735000，China)Abstract：Thispaperpresentsthesuperelementmethodforc

4、alculatingnaturalcharacteristicoftallbuildingconsideringtorsionalcouphngvibration．Thelaterallyloadedstructuresarethoughtofasequivalentcolumns．Whenperformedspacecooperatinganalysis，thismethodisapphedtocalculatelateralstifnessmatrix．Aftereverylateralstiffnessmatrixisobtmned

5、，thelateralandtorsionalstifnessmatrixofthewholesystemisassembled．Substitutedintothefreevibrationequationofundampedsystem，thenaturalcharacteristicCanbesolvedbythepresentnumericalmethod．ThedegreeoffreedomCanbegreatlydecreased．Inaddition，thelateralstifnessmatrixhastheunified

6、formulafortheframe，frame—shearwalstructureaswelasshearwallstructure．Themethodissimperincalculationandprogramming．Keywords：tallbuilding；torsionalcouplingvibration；modal—frequencybehavior；superelementmethod布置，增大结构的抗扭刚度。因此，在结构初步设计0引言时，如何估算结构的自振周期，是设计中十分重要的JGJ3—2002《高层建筑混凝土结构

7、技术规环节。程》n十分重视结构的扭转效应，主要是限制结构计算高层建筑结构的自振周期最关键的问题是平面布置的不规则性和限制结构的抗扭刚度不能太如何计算结构的侧移刚度矩阵。目前，高层建筑结弱，最关键是限制结构扭转为主的第一自振周期构常采用的分析模型如：平面结构空间协同、空间杆与平动为主的第一自振周期之比，A级高度高层系、空间杆一薄壁杆系、空间杆一墙板元等，这些模建筑不应大于0．9，B级高度高层建筑、混合结构高型均基于有限元分析方法。采用有限元分析高层建筑结构时，计算结构的侧移刚度矩阵，不论用单位荷层建筑及本规范所指的复杂高层建筑不应大于0．8

8、5。当此规定不能满足时，应调整抗侧力结构的载法还是静力凝聚法，都是十分麻烦的。本文在通常连续化假定的基础上，又进一步假定每片抗侧力结构在同一高度处，各墙肢、柱的水平收稿日期：2008—10—1