[发明专利]一种适用于超高层建筑天线结构的抗多灾害减振设计方法

说明书

本发明属于土木工程学科结构振动与控制领域，一种适用于超高层建筑天线结构的抗多灾害减振设计方法，建立包含天线结构的超高层建筑有限元分析模型，选取和模拟适用于目标结构的地震波和相干风荷载时程；在超高层建筑主体结构与天线结构连接处断开并设置隔震橡胶支座，通过地震和风荷载作用下的有限元分析确定支座参数；接着，在天线与主体结构顶层连接处断开，采用位移型阻尼器与将天线结构与主体结构相连，并通过抗震和抗风有限元计算确定阻尼器刚度；根据选取的隔震支座剪切刚度和位移型阻尼器刚度开展整体结构的有限元分析，计算多遇地震、罕遇地震和不同重现期风载作用下天线结构的减振效果，并验算支座剪切位移是否小于限值要求。

技术领域

本发明属于土木工程学科结构振动与控制领域，提出了一种适用于超高层建筑天线结构的抗多灾害减振设计方法。

背景技术

超高层建筑(如地标式摩天大楼、电视塔等)象征着一个国家的基础设施建造能力，且其所具备的信号传播、旅游观光、餐饮娱乐以及办公住宿等功能可以极大程度地带动经济发展。为了满足建筑外观设计和通讯等需求，高层建筑的顶端通常设置较高的天线；虽然天线属于附属结构，但如果其发生破坏会直接影响信号传输和通讯功能，并间接导致超高层建筑其他构件发生破坏，最终严重影响结构的正常使用。

在超高层建筑结构漫长的使用周期内，地震和强风是造成结构破坏最主要的两种自然灾害。超高层建筑具有柔度大、阻尼比小等特点，其地震反应和风振反应也通常较大。相对于超高层建筑的主体结构，天线结构的质量和刚度通常较小；在地震和强风外部动力荷载的作用下，鞭梢效应会导致超高层建筑的天线结构比主体结构发生幅度更大的振动。

传统的超高层建筑天线结构均与主体结构固接，这是导致天线结构发生鞭梢效应、产生大幅度振动的根源。截至目前，国内外已有很多学者对于超高层建筑天线结构的鞭梢效应机理进行了研究，然而有关于其在地震和强风作用下振动控制的相关研究却极为匮乏。因此，针对地震和强风两种动力荷载的特点，开发超高层建筑天线与主体结构的新型连接形式、提出相应的抗多灾害(地震-强风)减振设计方法，对于确保超高层建筑的安全性和正常使用功能至关重要。

发明内容

本发明旨在采用隔震支座和位移型阻尼器，改变传统的超高层建筑与天线之间固接的连接方式，通过开发新型的超高层建筑天线减隔振结构体系，提出一种适用于超高层建筑天线结构的复合型抗地震-强风多灾害减振设计方法。其技术方案是：首先，建立包含天线结构的超高层建筑有限元分析模型，选取和模拟适用于目标结构的地震波和相干风荷载时程；其次，在超高层建筑主体结构与天线结构连接处断开并设置隔震橡胶支座，通过地震和风荷载作用下的有限元分析确定支座参数；接着，在天线与主体结构顶层连接处断开，采用位移型阻尼器与将天线结构与主体结构相连，并通过抗震和抗风有限元计算确定阻尼器刚度；最后，根据选取的隔震支座剪切刚度和位移型阻尼器刚度开展整体结构的有限元分析，计算多遇地震、罕遇地震和不同重现期风载作用下天线结构的减振效果，并验算支座剪切位移是否小于限值要求。

一种适用于超高层建筑天线结构的抗多灾害减振设计方法，步骤如下：

步骤一：建立有限元分析模型，确定地震-强风输入荷载

(1)建立超高层建筑主体结构与天线结构的三维有限元分析模型，计算结构的模态信息；

(2)根据超高层建筑所在的场地信息和抗震设防水准，选取符合条件的天然地震波和人工波，最少选用天然波2条、人工波1条；根据超高层建筑所在地区的风压数据及场地要求，基于谱表示法模拟10年重现期和50年重现期的沿结构高度方向相干的风荷载；

步骤二：在天线底部设置隔震橡胶支座并进行抗多灾害参数设计

(3)将超高层建筑主体结构与天线结构连接处断开并设置隔震橡胶支座，确定在重力作用下隔震橡胶支座的最大压应力限值；然后根据隔震橡胶支座的承载力要求确定规格及参数，初步确定隔震橡胶支座的剪切刚度k_b；