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随着城市人口的聚居和科学技术的进步,人类居住空间开始向高空发展,形成高层建筑。高层建筑虽然节约土地但建设成本高,居住人口多,当有地震来袭时,物质损失、人员伤亡就非常严重。面对地震灾害,科技人员一直在寻求解决这个问题。现有两种方法:一种是增加高层建筑的强度、刚度来提高抗震性能,会大大提高工程造价;另一种方法是研究振动控制技术,采用某种方法吸收地震所产生的能量的结构振动控制理论成为了现代抗震技术的发展新方向。调频质量阻尼器(Tuned Mass Damper,简称TMD)就是一种有效的减震措施。由此,研究了一种新式的减震阻尼器——楼顶花园TMD,利用楼顶花园这一巨大质量块作为TMD和叠层钢板橡胶铅芯支座与主体结构相连,它能在减震的同时,满足人们对环境绿化的需求,缓解城市建设用地与绿化用地的紧张。
本研究结合目前国内外状况,结合工程实际,利用SAP2000大型分析软件,对普通结构、楼顶花园结构和楼顶花园TMD结构采用模态分析方法,在质量比、有效刚度不同取值的情况下进行了对比、分析,得出了以下结论:
(1)与普通结构、楼顶花园结构相比较,楼顶花园TMD结构的抗震效果最好。
(2)通过利用叠层钢板橡胶铅芯支座调节地震的频率,可以有效减小结构的振动,相比较单纯的楼顶花园结构,这种方法更加经济有效。
(3)对于地下室部分的建模,在地下室四周的墙体处加面弹簧来模拟土对地下室的约束作用,然后把筏板基础面切割以后固结。
(4)在地震波作用下,对于同一个普通结构,随楼层和高度的增加,结构的水平位移也不断增大,而对于楼顶花园和楼顶花园TMD结构,其各层的水平位移有不同程度的降低,但是对于地下层的影响并不是太大,其减震效果较弱。
(5)楼顶花园与主结构的质量比和支座的有效刚度是影响减震效果的两个重大参数,理论上来说,质量比和有效刚度越大,减震效果越好。但通过本研究发现,随着质量比增大,各层水平位移虽然在减小,但幅度不大,如果一味增加这两项参数,就会增加过高造价,因此本文总结出其质量比在0.025左右、有效刚度在1000~2000KN/m时较为适宜。
(6)对于高层结构,楼顶花园TMD装置对结构不同楼层的减震效果不一致,本工程中,随着质量比取值的不同,对三层及其以下的楼层和地下室减震效果不太明显,而对结构上部楼层减震幅度较大。