《結(jié)構(gòu)動力學(xué)》課程論文任課老師:許凌云專業(yè):水利水電工程姓名：班級：學(xué)號:結(jié)構(gòu)動力學(xué)在房屋建筑抗震減震隔振中的作用姓名專業(yè)中文摘要：結(jié)構(gòu)動力學(xué)是一門研究結(jié)構(gòu)在荷載作用下的響應(yīng)規(guī)律的學(xué)科。雖然在短短的幾周時間內(nèi)學(xué)習(xí)這門課程，但還是了解到結(jié)構(gòu)動力學(xué)在水利工程方面的一些應(yīng)用，在這里淺談結(jié)構(gòu)動力學(xué)在房屋抗震減震隔振中的作用。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)動力學(xué)，房屋建筑，抗震，減震，隔振正文：結(jié)構(gòu)動力學(xué)著重研究結(jié)構(gòu)對于動荷載的響應(yīng)（如位移、內(nèi)力、速度、加速度等時間的歷程），以便確定結(jié)構(gòu)的承載能力和動力學(xué)特性，或為改善結(jié)構(gòu)的性能提供依據(jù)。然而，在房屋抗震減震方面，結(jié)構(gòu)動力學(xué)既是抗震設(shè)計的基礎(chǔ)，又是減震隔振的理論依據(jù)。對于動荷載，如果荷載的大小、方向、和作用點隨時間變化，使得質(zhì)量運動加速度所以起得慣性力與荷載相比大到不可忽視時，則稱為動荷載。如引起基礎(chǔ)震動的地震作用，而地震作用引起地面運動通過基礎(chǔ)傳給上部結(jié)構(gòu)，使之產(chǎn)生慣性力，而此慣性力往往可以達(dá)到較高的水平。地震力是典型的動力作用，在此對結(jié)構(gòu)動力學(xué)在房屋建筑抗震、減震、隔振方面的作用做簡單分析。從房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的角度對房屋建筑的抗震設(shè)計進(jìn)行了分析探討，對于進(jìn)一步提高我國房屋建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計水平及其應(yīng)用水平具有一定借鑒意義建筑結(jié)構(gòu)抗震的前景目前房屋建筑抗震設(shè)計中存在的問題：我國房屋建筑的結(jié)構(gòu)材料一直以鋼筋混凝土為主。隨著設(shè)計思想的不斷更新，結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化，房屋建筑平面布置與豎向體型也越來越復(fù)雜,出現(xiàn)了許多超高超限鋼筋混凝土建筑，這就給房屋建筑的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計提出了更高的要求。尤其是在抗震設(shè)防地區(qū),如何準(zhǔn)確地對這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行抗震分析以及抗震設(shè)計,已成為房屋建筑研究領(lǐng)域的主要課題之一。近年來，許多科研和軟件設(shè)計人員對房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行的大量的分析與研究，目前我國已有多種房屋建筑結(jié)構(gòu)分析設(shè)計軟件,如中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所研制的TBSA、TAT、SATWE，清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院研制的TUS,廣東省建筑設(shè)計研究院研制的廣廈CAD等，為房屋建筑的結(jié)構(gòu)分析與抗震設(shè)計提供了方便、高效的計算分析手段。但是，在房屋建筑功能等要求復(fù)雜多樣化的今天，工程設(shè)計中經(jīng)常會遇到一些問題，如果簡單地直接應(yīng)用設(shè)計軟件計算設(shè)計，可能會出現(xiàn)不必要的浪費，有的甚至造成工程事故,這就要求結(jié)構(gòu)工程師不斷積累經(jīng)驗,運用概念設(shè)計的原則,結(jié)合理論分析與試驗數(shù)據(jù)對具體工程一些特殊問題具體分析、具體處理。二、房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計2.1設(shè)計階段的結(jié)構(gòu)動力特性分析房屋建筑進(jìn)入初步設(shè)計階段后,首先按方案階段確定的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行計算分析。計算模型取自±0.000至塔頂，假定房屋樓板為平面內(nèi)剛度無限大，其地震反應(yīng)分析基本參數(shù)列于，以及可以看出，隨著房屋高度的增加，結(jié)構(gòu)X方向（縱向）自振周期及地震力基本正常,而結(jié)構(gòu)Y方向（橫向）自振周期偏長、結(jié)構(gòu)剛度偏低，對應(yīng)于水平地震作用的剪力較小，房屋結(jié)構(gòu)的抗震能力偏弱，結(jié)構(gòu)偏于不安全。為增加Y方向（橫向）的抗側(cè)移剛度，提高其抗震能力，在現(xiàn)代房屋建筑的設(shè)計中，可以在房屋建筑核心筒的兩側(cè)增設(shè)四道剪力墻。根據(jù)《建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2001）,抗震設(shè)計時，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的數(shù)量必須滿足一定要求，在地震作用時剪力墻作為第一道抗震防線必須承擔(dān)大部分的水平力。但這并不意味著框架部分可以設(shè)計得很弱,而是框架部分作為第二道防線必須具備一定的抗側(cè)力能力，在大震作用下第一道抗震防線剪力墻遭受破壞時，整個結(jié)構(gòu)仍具備一定的抵抗能力,不至于立即破壞倒塌，這就需要在結(jié)構(gòu)計算時,對框架部分所承擔(dān)的剪力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。2.2結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本步驟一般來說，房屋建筑抗震設(shè)計包含三個層次的內(nèi)容與要求：概念設(shè)計、抗震計算與構(gòu)造措施。概念設(shè)計在總體上把握抗震設(shè)計的基本原則；抗震計算為建筑抗震設(shè)計提供定量手段；構(gòu)造措施則可以在保證結(jié)構(gòu)整體性、加強(qiáng)局部薄弱環(huán)節(jié)等意義上保證抗震計算結(jié)果的有效性?？拐鹪O(shè)計的三個層次是不可分割的整體，忽略任何一個部分，都有可能造成抗震設(shè)計失效。對房屋建筑抗震的三個水準(zhǔn)設(shè)防要求，是通過“兩階段”設(shè)計來實現(xiàn)的，其方法步驟如下：第一階段設(shè)計:第一步采用與第一水準(zhǔn)烈度相應(yīng)的地震動參數(shù)，先計算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng)，與風(fēng)、重力荷載效應(yīng)組合，并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)，進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計，從而滿足第一水準(zhǔn)的強(qiáng)度要求;第二步是采用同一地震動參數(shù)計算出結(jié)構(gòu)的層間位移角，使其不超過抗震規(guī)范所規(guī)定的限值；同時采用相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準(zhǔn)的變形要求。第二階段設(shè)計:采用與第三水準(zhǔn)相對應(yīng)的地震動參數(shù)，計算出結(jié)構(gòu)（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié)）的彈塑性層間位移角，使之小于抗震規(guī)范的限值，并采用必要的抗震構(gòu)造措施，從而滿足第三水準(zhǔn)的防倒塌要求。三、結(jié)構(gòu)動力學(xué)在建筑結(jié)構(gòu)中的減震應(yīng)用結(jié)構(gòu)動力學(xué)在房屋建筑結(jié)構(gòu)中的減震作用主要在理論分析。減震系統(tǒng)主要是通過降低結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)，從而大幅度降低結(jié)構(gòu)的地震內(nèi)力，但是這種設(shè)計方式也存在一些局限性，主要表現(xiàn)在隔振系統(tǒng)不宜用在軟弱場土地和高層建筑結(jié)構(gòu)中。在減震系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計方面，主要應(yīng)用結(jié)構(gòu)動力學(xué)做理論分析。地震發(fā)生時，地面運動引起結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)，結(jié)構(gòu)吸收了大量的地震能量，能量耗散必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換（一般轉(zhuǎn)換為動能或者熱能的形式）才能實現(xiàn)。傳統(tǒng)的抗震體系容許結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件（柱、梁、結(jié)點等）在地震中出現(xiàn)損壞，這一損壞過程就是能量的耗散過程，而結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件的嚴(yán)重?fù)p壞或倒塌，就是地震中能量轉(zhuǎn)換或耗散的最終完成。從能量的觀點看，地震輸入結(jié)構(gòu)的能量是一定的，因此，耗能裝置耗能的能量越多，則房屋結(jié)構(gòu)本身需要耗散的能量也就越少，這意味著地震反應(yīng)的降低。另一方面，從動力學(xué)看，耗能裝置的作用相當(dāng)于增加了結(jié)構(gòu)的阻尼，而使結(jié)構(gòu)阻尼的增大，必將會減小地震的破壞。（至于減震的原理，可以參考李群芳，陳亦仁，框架結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計之抗震性能分析）。吸振是通過附加子結(jié)構(gòu)使主體的結(jié)構(gòu)的能量向子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移的減震方式。在實際的地震中含有多種頻率的分量，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)也必然是有阻尼系統(tǒng)，但在子結(jié)構(gòu)頻率接近或等于主頻率時，主結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)總是可以得到一定程度的降低，并且自結(jié)構(gòu)動力學(xué)中，主結(jié)構(gòu)的阻尼比越小，吸振裝置的減震作用越大；質(zhì)量比增加，減震作用增大。四、結(jié)構(gòu)動力學(xué)在建筑結(jié)構(gòu)中的隔振原理結(jié)構(gòu)在振動會引起結(jié)構(gòu)疲勞和破壞得動應(yīng)力和動變形，會引起接觸部件間的微震磨損腐蝕，引起環(huán)境的噪聲，震動還會影響結(jié)構(gòu)的壽命和功能。然而合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計一般可以使結(jié)構(gòu)的水平地震加速反應(yīng)減低60%左右，從而可以有效地減輕破壞，提高結(jié)構(gòu)物的地震安全性。實際結(jié)構(gòu)在自由振動時候有衰減現(xiàn)象，振幅隨時間逐漸減小，最后趨于靜止；在強(qiáng)迫振動時，外荷載需要對結(jié)構(gòu)不斷地做功，才能維持振幅的不變。然而，在結(jié)構(gòu)動力學(xué)中都可以解決這類問題，同時也為此實際問題的計算提供理論依據(jù)，從而使其能夠得到有效的解決。五、結(jié)束語通過本學(xué)期對結(jié)構(gòu)動力學(xué)的學(xué)習(xí)以及上面的分析論述，我深深體會到，在房屋結(jié)構(gòu)建設(shè)中，結(jié)構(gòu)動力學(xué)起著很大的作用。在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要采取一定的措施用于控制房屋結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，