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1、苎主星全里壹星蕉塑苎塑兰查全堡笙苎! ! 竺生一一深圳福建兴业银行大厦模型振动台试验研究王翠坤肖从真赵宁郝锐坤孙慧中林祥( 中国建筑科学研究院北京1 0 0 0 1 3 )傅学恰陈朝晖顾磊杨想兵( 深圳太学建筑设计院深圳5 1 8 0 6 0 )提要深圳福建兴业银行大厦工程结构平面和竖向布置均较复杂。在3 层、l O 磋、2 2 层三个楼层中均采用特殊的搭接柱转换形式，此种转换形式在高层建筑工程中采用较少。本试验目的是为r 研究该结构体系的抗震性能，指出结构的薄弱部位，并提出对结构设计的改进意见和加强措施。一、工程概况福建兴业银行大厦主体结构为框架一核心筒结构，2 8 层，高度为1 0 6 7
2、 m 。裙房为2 层框架结构，内有少量墙体。设防烈度为7 度，I I 类场地，抗震等级为二级。主体结构的结构特点：1 为满足建筑立面变化的要求。采用了特殊转换型式，即在地面以上第3 层，通过悬臂搭接柱，使平面向外扩展：第1 0 层和第2 2 层，通过内收搭接柱，使平面向内收进：2 框架柱的柱距较大，最大的柱距为1 2 6 3 角柱受力复杂，角柱是通过悬挑梁与边柱相连，通过斜梁与简体相连，框架朱形成平面框架。二、试验目的深圳福建兴业银行大厦为竖向不规则建筑。底部裙房( 2 层) 为框架结构，内有少量墙体。主体结构( 2 8 层) 为框架一核心筒结构，沿竖向在3 层、1 0 层、2 2 层三个楼层
3、中采用了搭接柱转换形式。为了解这种竖向结构转换形式工程的抗震性能需进行振动台试验。通过模型振动台试验，实测其动力特性，了解结构在各种地震波各级加速度作用下的动力反应，模型结构受力特性、裂缝情况，以便检验7 度设防、位于I I 类场地的此类高层建筑，结构设计的合理性和可行性，并由此提出设计上的改进建议。王翠坤，女1 9 6 64 出生硕士，高级工程师围1 模型概貌一5 6 5 第十七届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 2 年三、模型设计模型缩尺比例为1 ：2 5 ，试验模型概貌见图1 。模型底部平面尺寸为3 2 0 0 m m 2 1 5 0 m m ，模型高度为4 4 1 8 f l 1
4、 1 。整个模型由2 8 层钢筋混凝土框架一核心筒结构的主体结构及2 层含有少量墙体的钢筋混凝土框架结构裙房组成，l 、3 、1 I 层结构平面见图2 4 。3 、1 0 、2 2 层为转换层，转换层采用搭接柱。【沮咀_t! _ 上j 1瓢 口。一1 下Jk。= 一一T fhL _ 二；。hh|I - 。hB Lh 丑 - _ - g a - - h咀 fIJ 刊 *诉I pm1 * _ _I 一U、_图2 模型1 层结构平面图1 代一一1 i i 。r T l 瞄一丑。iI!I 戽一斗F 寻= tp ：羽十吒刍一h期二 =_ _：；军：。1 。， r 一叫伊一ji r1，fi 甚小一紫1患一
5、 i 一1 一l图3 模型3 层结构平面图、jK = _ 一 Z妻一一0 l 目二七褊- 簸一m f_ r E _ T _ =r r 甲jjl 一斗一程1 1 声一- 酲l 一 一l图4 模型1 1 层结构平面图兰! ：主垦全璺童星垄簦竺塑兰查全坚笙兰! ! 坚兰一一四、模型振动台试验概况模型在水电部水利科学研究院的大型高能三向振动台上进行试验。模型振动台试验中，在几个主要楼层沿x 、Y 方向分别设置了3 2 个加速度传感器，用以测试在输入地震波时其加速度反应情况，以及在楼层平面变化处的扭转效应。为了解搭接柱及其上、下层柱的受力性能，在搭接柱及上、下层柱上布置了1 4 个电阻应变片，以测试在输
6、入地震波时其动应变的变化情况。根据其抗震设防要求采用了三条地震波作为模拟地震振动台台面输入波。采_ H = | 的三条波为：人工地震波、深圳福建兴业银行大厦附近工程场地波、E L C e n t r o 波。五、试验结果及分析( 一) 模型的动力特性模型在进行振动台试验前、经振动逐渐出现少量裂缝和大量裂缝后，采厢白噪声激振六次所测的动力特性见表1 、2 ，用白噪声激振由第二至六次测试模型在x 、Y 向的周期均较第一次测试的周期有所加长，这是由于振动后，模型裂缝出现及开展，刚度下降所致。模型x 向测试的扭转周期与第一阶周期之比为0 2 1 ，说明此模型的扭转影响不大。原型工程采用“多层及高层建筑
7、结构空间分析程序T B S A ”进行了弹性阶段周期值的计算分析。根据模型第一次周期的实测值情况，按相似系数换算为原型工程的周期实测值，则原型工程周期实测值与计算值的比较见表3 。表1白噪声激振试验工况下试件X 向自振特性表工第一阶第二阶第三阶扭转频率周期阻尼频率周期阻尼频率周期阻尼频率周期阻尼况 ( )( S )比( )( H z )( s )比( )( H z )( s )比( )( H z )( S )比( )第一次36 70 2 7 235 61 55 50 0 6 439 33 25 100 3 1L 1 8 71 77 700 5 65 0 9第二次3 ，6 20 2 7 62 ，
8、6 41 5 1 50 0 6 63 6 52 8 、5 70 、0 3 51 0 0 81 6 、4 50 0 6 l4 、7 6第三次33 20 3 n3 3 41 37 600 7 34 1 62 74 000 3 689 3第四次30 50 3 2 846 21 2 2 500 8 251 42 4 5 400 4 l6 8 9第五次2 9 l0 3 “3 7 81 1 5 70 、0 8 65 1 62 3 2 50 、0 4 35 7 6第六次27 703 6 14 4 01 0 6 000 9 464 32 1 2 30 0 4 76 4 7表2白噪声激振试验工况下试件Y 向自振
9、特性表工第一阶第二阶第三阶 频率周期阻尼比频率周期阻尼比频率周期阻尼比况O k )( s )( )( H z )( s )( )( H z )( S )( )第一次3 8 30 2 6 14 4 51 4 2 60 0 7 032 62 8 3 000 3 578 6第二次35 902 7 93 5 41 34 000 7 536 52 6 2 600 3 857 3第三次3 0 5O 3 2 83 5 lU 5 l00 8 75 1 02 2 1 70 0 4 55 4 1第四次2 8 50 3 5 l39 41 07 400 9 364 32 09 200 螗55 7第五次2 7 30 3
10、 6 644 31 0 1 700 9 836 31 9 8 700 5 058 3第六次2 5 20 3 9 75 3 t9 4 20 1 0 65 、2 81 82 800 5 565 4一5 6 7 表3原型工程周期实测值与计算值的比较冬箩周期( S )方向123实测值2 4 4 80 5 7 602 7 9 x 向02 5 0计算值l f9 4 20 “9实测值23 4 906 3 0O3 1 5 Y 向O 2 7 4计算值1 9 8 1O5 3 0( 二) 振动台动力反应试验及分析1 动力反应情况 ( 1 ) 模型x 向振动试验模型x 向在动力特性实测后输入了人工波、场地波、E L
11、，C e n t r o 波，进行了加速度逐级增大的振动试验。三种地震波输入时，模型X 向顶层( 2 8 层) 加速度反应值与台面输入加速度的比值，即顶层加速度放大系数见表4 。表4模型x 向在三种地震波作用下顶层加速度放大系数 、地震波台面人工波场地波E LC e n t r o 波 加激值寸卜、正向反向正向反向正向反向0 1 t2 9 53 1 22 6 635 332 84 3 503 22 6 23 6 925 23 1 323 527 6O 4 82 4 42 1 92 7 824 20 7 023 81 7 52 4 620 70 9 61 7 714 426 220 8从表中可见
12、模型在X 向振动时，随着地面加速度口。的增加，顶层加速度放大系数逐渐减少。由模型x 向三种地震波作用下各层加速度反应最大值曲线看出：1 0 层以F a n 速度近似按线性规律增大，1 1 2 0 层加速度变化不规律，2 0 2 8 层加速度增加较快，有明显的可见鞭梢效应及高振型的影响。( 2 ) 模型Y 向振动试验模型Y 向在动力特性实测后输入了人工波、场地波、E L C e n t r o 波，进行了加速度逐级增大的振动试验。三种地震波输入时，模型y 向顶层( 2 8 层) 加速度反应值与台面输入加速度的比值，即项层加速度放大系数见表5 。表5模型Y 向在三种地震波作用下顶层加速度放大系数、
13、埏篓波台面人工波场地波E LC e n t r o 波加速度值( 正向反向正向反向正向反向Ol l5 4 t52 23 6 02 5 24l l4 ，9 30 3 234 l4 1 322 23 0 42 8 336 20 4 82 3 326 42 1 637 00 7 01 8 620 023 93 【l09 6l _ 5 9l4 922 427 2从表中可见模型在Y 向振动时，亦随着地面加速度。的增加，顶层加速度放大系数逐一5 6 8 第十七届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 2 年渐减少。由模型Y 向三种地震波作用下各层加速度反应最大值曲线看出：加速度变化规律不完全相同，人工波作
14、用下，l 2 4 层大致按线性规律变化，2 5 2 8 层加速度增加较快，有明显的鞭梢效应及高振型的影响。2 振动时的基底剪力原型工在三种地震波( 口。为0 0 3 5 9 ) 小震作用下换算基底剪力实测值与计算值的比较汇总见表6 。表6原型工程换算的测试基底剪力与动力分析计算基底剪力的比较方向X 向Y 向基底剪力 地震波、I ( K N )换算的动力分析趔邋换算的动力分析测试值口一2 00 3 5 ；测试值计算值计算值测试值计算值计算值人工波6 3 3 66 3 2 7210 07 5 6 55 5 0 9613 7场地波6 1 6 31 3 3 6 2 804 68 2 0 31 0 2
15、6 39O8 0E LC e n t r o 波6 5 8 l1 1 0 9 1 505 97 4 2 61 2 0 4 8406 2模型在小震、中震、大震、大震强的加速度下当输入人工波、场地波、E LC e n t r o 波时x 、Y 方向的基底剪力及相关比值见表7 。表7模型在三种地震波输入时，小震、中震、大震、大震强时基底剪力值( K N ) 对比项目 、振边情况小震中震大震大震强地震波、 X人工波1 3 2 0方场地波1 2 8 42 8 9 56 3 4 357 9 822 54 9 445 2向E LC e n t r o 波1 3 7 12 8 4 36 8 6 26 6 4 32 0 750 048 5Y人工波1 5 7 63 6 9 82 3 5方场地波1 7 0 93 4 8 76 3 7 461 5 420 437 336 0向E LC e n t r o 波1 5 4 732 2 56 8 6 17 8 8 62 0 837 95 1 0J 孤动盯日可及应位杉值( 1 ) 模型在小震下反应位移值模型x 向、Y 向在小震( n ，。：ol l g ) 。F ，当输入人工波、场地波、E LC e n t r o 波时位移曲线基
