第11期 张举兵等：不规则体型高层钢结构模拟地震振动台试验研究 .1231. 了结构薄弱环节；通过试验建立原型结构的整体力 数和模型材料性能实测值等多方面的因素后，确定 学计算模型和构件的恢复力模型，经选取适当的原 了本次试验所采用相似关系，见表1. 型结构参数，计算了原型结构的非线性地震反应，并 表1模型相似关系（原型/模型） 通过分析评价了原型结构的抗震能力 Table 1 Model similitude relation (prototype/model) 1模型设计与制作 物理量 应力 应变 弹性模量 密度 线尺寸 相似常数 1/4 12 某一不规则体型高层建筑主体结构为钢结构， 物理量 频率 加速度 速度 时间 线位移 采用比较特殊的钢框架结构体系，建筑屋面标高 相似常数 1/6 1/3 0.5 6 12 50.000m,其中的第一层和第二层为钢筋混凝土裙 房结构：裙房之上，8根钢管混凝土柱支撑着转换层 1.2 模型材料 的双向桁架结构：主体钢结构就坐落于此转换桁架 原型与模型所用材料的对应关系见表2. 上，8根钢管混凝土柱与其他裙房柱均延伸至地下 表2原型结构与模型间的材料对应关系 室一5.800m标高处，该建筑体型较为特殊，上部 Table 2 Material corresponding relation of the prototype structure and 11层主体结构坐落于转换层上，转换层以下为8根 model 竖直的或带有一定斜度的钢管混凝土柱；转换层本 部位 原型材料 模型材料 身为带悬挑的双向钢桁架结构，转换层以上的结构 主体钢结构 钢材Q345B 钢材Q345B 采用钢柱、钢一混凝土组合梁、钢筋混凝土楼板，建 钢管混凝土柱内 C60混凝土 C60混凝土 筑物基本设防烈度为7度，设计基本地震加速度为 混凝土楼板 C40混凝土 配双层钢丝网的砂浆 0.10g（g为重力加速度)，地震分组为第一组，场地 类别为Ⅱ类 1.3 模型制作 鉴于模型试验考察的重点在主体钢结构，且裙 模型材料以钢材为主；构件间的连接均以焊接 房高度低，结构形式简单，所以以结构主要特性、基 的方式实现；主要构件均没有现成的型材，均由板材 底反力、钢管混凝土柱底反力为控制目标，对结构进 焊接而成，所以焊接工作量较大；由于体型较为复 行理论分析和试验研究.对于模型设计按动力相似 杂，构件的定位、连接存在较大的困难，特别是转换 理论进行，构件正截面承载力按受弯承载力等效、斜 层的双向桁架部分；结构下部的倾斜钢管混凝土柱 截面承载力按受剪等效的原则进行模拟，首先确定 是变直径的，此变直径杆件的直径由140mm变为 结构的几何和物理（此处主要指弹性模量）相似常 100mm,杆件长度约为1000mm,因此其制作工艺 数，并由此得到反映相似模型整个物理过程的其他 较为复杂 相似条件.本次设计制作的1/12的钢结构整体模 2模拟地震振动台试验 型竣工后的底座和模型总高度4.65m,总质量 59.2t,模型自重6.2t,配重40.5t,底板12.5t:试 2.1加速度传感器的布置 验模型见图1. 布置加速度传感器的目的在于测试振型、加速 度放大倍数、位移反应等结构的动力反应.共布置 加速度传感器47个 台面布置3个传感器，X、Y和Z向各一个. 根据结构的特点及计算分析结果，在以下位置 设置加速度传感器. (1)裙房：用于监测裙房的动力反应，由于裙 房的楼层刚度较大，这些测点也可以代表钢管混凝 土柱与裙房交接处的反应， (2)钢管混凝土柱的变直径部分的上端和 下端. 图1振动台试验模型 Fig-I Model for shaking tahle test (3)转换层桁架 1.1相似关系 (4)楼层3,5,6,10,13,14.各楼层布置3~5 综合考虑振动台性能参数、试验室吊车性能参 个传感器，用于得到楼层水平双向的线位移反应及了结构薄弱环节；通过试验建立原型结构的整体力 学计算模型和构件的恢复力模型‚经选取适当的原 型结构参数‚计算了原型结构的非线性地震反应‚并 通过分析评价了原型结构的抗震能力． 1 模型设计与制作 某一不规则体型高层建筑主体结构为钢结构‚ 采用比较特殊的钢框架结构体系．建筑屋面标高 50∙000m．其中的第一层和第二层为钢筋混凝土裙 房结构；裙房之上‚8根钢管混凝土柱支撑着转换层 的双向桁架结构；主体钢结构就坐落于此转换桁架 上．8根钢管混凝土柱与其他裙房柱均延伸至地下 室—5∙800m 标高处．该建筑体型较为特殊‚上部 11层主体结构坐落于转换层上‚转换层以下为8根 竖直的或带有一定斜度的钢管混凝土柱；转换层本 身为带悬挑的双向钢桁架结构‚转换层以上的结构 采用钢柱、钢—混凝土组合梁、钢筋混凝土楼板．建 筑物基本设防烈度为7度‚设计基本地震加速度为 0∙10g （ g 为重力加速度）‚地震分组为第一组‚场地 类别为Ⅱ类． 鉴于模型试验考察的重点在主体钢结构‚且裙 房高度低‚结构形式简单‚所以以结构主要特性、基 底反力、钢管混凝土柱底反力为控制目标‚对结构进 行理论分析和试验研究．对于模型设计按动力相似 理论进行‚构件正截面承载力按受弯承载力等效、斜 截面承载力按受剪等效的原则进行模拟‚首先确定 结构的几何和物理（此处主要指弹性模量）相似常 数‚并由此得到反映相似模型整个物理过程的其他 相似条件．本次设计制作的1／12的钢结构整体模 型竣工后的底座和模型总高度 4∙65m‚总质量 59∙2t‚模型自重6∙2t‚配重40∙5t‚底板12∙5t．试 验模型见图1． 图1 振动台试验模型 Fig．1 Model for shaking table test 1∙1 相似关系 综合考虑振动台性能参数、试验室吊车性能参 数和模型材料性能实测值等多方面的因素后‚确定 了本次试验所采用相似关系‚见表1． 表1 模型相似关系（原型／模型） Table1 Model similitude relation （prototype／model） 物理量 应力 应变 弹性模量 密度 线尺寸 相似常数 1 1 1 1／4 12 物理量 频率 加速度 速度 时间 线位移 相似常数 1／6 1／3 0∙5 6 12 1∙2 模型材料 原型与模型所用材料的对应关系见表2． 表2 原型结构与模型间的材料对应关系 Table2 Material corresponding relation of the prototype structure and model 部位 原型材料 模型材料 主体钢结构 钢材 Q345B 钢材 Q345B 钢管混凝土柱内 C60混凝土 C60混凝土 混凝土楼板 C40混凝土 配双层钢丝网的砂浆 1∙3 模型制作 模型材料以钢材为主；构件间的连接均以焊接 的方式实现；主要构件均没有现成的型材‚均由板材 焊接而成‚所以焊接工作量较大；由于体型较为复 杂‚构件的定位、连接存在较大的困难‚特别是转换 层的双向桁架部分；结构下部的倾斜钢管混凝土柱 是变直径的‚此变直径杆件的直径由140mm 变为 100mm‚杆件长度约为1000mm‚因此其制作工艺 较为复杂． 2 模拟地震振动台试验 2∙1 加速度传感器的布置 布置加速度传感器的目的在于测试振型、加速 度放大倍数、位移反应等结构的动力反应．共布置 加速度传感器47个． 台面布置3个传感器‚X、Y 和 Z 向各一个． 根据结构的特点及计算分析结果‚在以下位置 设置加速度传感器． （1） 裙房：用于监测裙房的动力反应．由于裙 房的楼层刚度较大‚这些测点也可以代表钢管混凝 土柱与裙房交接处的反应． （2） 钢管混凝土柱的变直径部分的上端和 下端． （3） 转换层桁架． （4） 楼层3‚5‚6‚10‚13‚14．各楼层布置3～5 个传感器‚用于得到楼层水平双向的线位移反应及 第11期 张举兵等： 不规则体型高层钢结构模拟地震振动台试验研究 ·1231·