基于规范的高层建筑风荷载与地震作用对比分析

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在高层建筑较多的地区,风荷载和地震作用都应在设计中重点考虑,对比结构在两种荷载下的响应就显得尤为重要。目前分别研究结构的风振响应和地震响应成果较多,而对两者的比较研究很少。本文回顾了结构风振响应、地震响应和两者对比研究的国内外研究现状,选定了“基于规范的高层建筑风与地震的对比”作为本文的研究内容。  本文首先分别介绍了风与地震的特性,结合规范得到了顺风向等效风荷载的计算公式。总结了风振响应的研究方法,重点介绍了地震反应的振型分解法。  根据顺风向等效风荷载与单向地震作用计算公式,推导了高层建筑总基底剪力与弯矩的比较方程,并对方程中的相关参数进行简化处理。本文选定部分地区的结构作为研究对象,计算了高层建筑在两者基底剪力与弯矩相等时的临界高宽比,分析了风与地震作用各在何时起控制作用。经对比发现:风荷载与地震作用的最主要控制条件为结构高宽比,这一现象对于高层钢结构来说尤为显著,这与钢结构相对钢筋混凝土结构较轻、柔,对风荷载更加敏感的特性是一致的。  最后选定在抗震设防烈度为6度、基本风压为0.45kN/m2地区的一个钢筋混凝土框架结构,基于ANSYS有限元平台,分别施加风荷载和地震作用。风荷载采用线性滤波法进行模拟,地震波选取 EI-Centro波后进行调幅得到,选取结构基底剪力与弯矩、顶层位移、层间位移和顶层加速度等进行对比分析。结果表明:在本地区按照抗风设计的高层钢筋混凝土框架结构可以抵御该地区的多遇地震,而框架-剪力墙、剪力墙结构由地震控制的可能性很大;对于结构舒适度问题,根据每种结构形式的适用高度,可以认为框架结构应重点考虑地震作用,而剪力墙结构、筒体结构等应重点考虑风荷载影响。
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