高層建築結構地震損傷分析與控制

隨著社會發展和科技進步，建築結構正向大型化、複雜化和多樣化發展，高層和超高層建築層出不窮。

例如，上海中心大廈，地上118層，塔頂建築高度632m，結構高度580m；天津高銀117大廈結構高度596.5m，117層，結構高度僅次於2009年建成的迪拜哈利法塔（鋼筋混凝土剪力牆體系最高處為601m），為世界結構第二高樓、中國結構第一高樓；深圳平安國際金融大廈核心筒混凝土結構高度555.5m，建築高度近600m。

建築結構高度的增加伴隨著人員和資產的密集，而我國地處世界兩大地震帶（即環太平洋地震帶和歐亞地震帶）的交匯處，地震活動頻繁，地震災害十分嚴重，由於地震災害的複雜性和隨機性，

房屋建築可能遭受到超罕遇地震作用，這對高層建築結構的抗震性能提出了更高的要求。

近幾十年來，建築結構所面臨的地震及其次生災害威脅日益嚴重。

1995年1月17日，日本7.2級阪神大地震毀壞建築物10.8萬幢，導致約6500人死亡。1999年9月21日，中國台灣7.3級集集地震導致2.7萬幢房屋全部倒塌，2.4萬幢房屋半倒塌，造成約2400人死亡。

（a）

(b)

1999年中國台灣集集地震中多座高層建築發生倒塌破壞

2008年5月12日發生在四川汶川的8.0級地震和2010年4月14日發生在青海玉樹的7.1級地震共導致約7萬人死亡、約2萬人失蹤、約40萬人受傷，數百萬間房屋倒塌，給當地人民的生命財產造成了巨大損失。強烈地震給世界各國人民造成了巨大的災難，震害分析表明房屋建築的破壞、倒塌是造成人員傷亡和經濟損失的根本原因，而我國大部分高層建築都建設在強地震區，意味著我國的高層建築將長期面臨嚴重的地震災害威脅，其防災減災是保障國家經濟和社會可持續發展的重大需求。

雖然國內外學者曾致力於地震預報工作的研究，並且依據地震的長期預報做出了地震區劃以指導工程設計，但對中短期及臨時地震預報收效甚微，對地震災害根本性的預防措施仍然在於採取合理的結構抗震設計方法，提高房屋的抗震能力，避免結構的倒塌和嚴重損害。

由於高層建築結構複雜的體型、龐大的體積以及複雜結構中多種結構體系的協同工作等因素的存在，準確分析計算高層建築結構的動力響應存在很大的挑戰。尤其是對採用多種抗震體系的複雜建築結構來說，該類結構強震作用下各抗震分體系往往存在不同的抗震性能，並且數值分析和試驗難度大，結構體系未經歷實際地震作用的考驗，這迫切要求國內外學者對其抗震性能進行更深入、系統的理論和試驗研究。

因此，研究強震作用下高層建築結構的損傷演化規律和破壞倒塌機制，控制結構損傷過程和優化失效破壞模式，避免結構發生整體倒塌，對提高高層建築的抗震安全性、減輕或避免高層建築的震害具有重要理論意義和工程價值。

《高層建築結構地震損傷分析與控制》著重介紹作者及研究團隊多年來的相關研究成果，系統地總結和闡述高層建築結構地震損傷演化分析、失效模式識別與優化、基於磁流變阻尼器的非線性地震損傷控制的原理與方法等。

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目 錄

• 前言

• 第1章 緒論

• 1.1

  引言

• 1.2

  結構損傷模型研究與發展

• 1.3

  高層建築結構構件計算模型

• 1.4

  高層建築結構地震損傷分析方法的研究與發展

• 1.5

  高層建築結構地震失效模式優化理論的研究與發展

• 1.6

  高層建築結構基於MR阻尼器的地震損傷控制理論研究與發展

• 參考文獻

• 第2章 高層建築結構豎向構件地震損傷分析

• 2.1

  考慮損傷累積效應的鋼柱損傷演化分析

• 2.2

  鋼筋混凝土柱基於易損性的地震損傷評估

• 2.3

  鋼筋混凝土柱基於能量閾值的地震損傷分析

• 2.4

  鋼筋混凝土剪力牆損傷演化分析

• 參考文獻

• 第3章 高層鋼框架結構地震損傷分析

• 3.1

  考慮損傷累積效應的地震倒塌分析

• 3.2Benchmark

  鋼框架結構倒塌模擬分析

• 參考文獻

• 第4章 高層鋼框架-混凝土核心筒結構地震損傷分析

• 4.1

  基於等效剛度的地震損傷模型

• 4.2

  地震損傷演化分析

• 4.3

  鋼-混凝土結構地震損傷演化過程振動台試驗

• 4.4

  基於貝葉斯理論的地震損傷演化分析

• 參考文獻

• 第5章 高層鋼結構基於等抗震性能的地震失效模式優化

• 5.1

  基於等抗震性能的優化設計

• 5.2

  失效模式單目標優化設計與分析

• 5.3

  失效模式多目標優化設計與分析

• 參考文獻

• 第6章 高層鋼結構基於性能的地震失效模式識別與優化

• 6.1

  基於損傷與耗能的結構失效模式識別與多目標優化

• 6.2

  基於概率的結構主要失效模式識別方法

• 6.3

  基於截面損傷指數的結構失效模式多目標優化

• 參考文獻

• 第7章 高層鋼結構基於MR阻尼器的非線性地震損傷控制

• 7.1

  非線性半主動控制平台

• 7.2

  高層鋼框架結構非線性地震損傷控制

• 7.3

  鋼板剪力牆結構非線性地震損傷控制

• 參考文獻

• 第8章 高層鋼-混凝土結構基於MR阻尼器的非線性地震損傷控制

• 8.1

  鋼筋混凝土剪力牆損傷準則

• 8.2

  算例分析

• 參考文獻

• 第9章 鋼-混凝土結構非線性地震損傷控制模型試驗

• 9.1

  半主動控制系統設計

• 9.2

  模型設計與試驗工況

• 9.3

  試驗結果與分析

• 9.4

  試驗模型結構損傷演化數值模擬

• 參考文獻

• 索引

本文摘編自李忠獻、徐龍河著《高層建築結構地震損傷分析與控制》文前及第1章，內容有刪減。

高層建築結構地震損傷分析與控制

李忠獻  徐龍河著

責任編輯：劉寶莉  喬麗維

北京：科學出版社 2018.03

ISBN：978-7-03-056829-8

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《高層建築結構地震損傷分析與控制》系統地總結和闡述了高層建築結構地震損傷演化分析、失效模式識別與優化、基於磁流變阻尼器的非線性地震損傷控制的原理與方法等。主要內容包括高層建築結構豎向構件地震損傷分析，高層鋼框架結構、高層鋼框架-混凝土核心筒結構地震損傷分析，高層鋼結構基於等抗震性能的地震失效模式優化，高層鋼結構基於性能的地震失效模式識別與優化，高層鋼結構、高層鋼-混凝土結構基於MR阻尼器的非線性地震損傷控制，以及鋼-混凝土結構非線性地震損傷控制模型試驗等。

（本期編輯：安 靜）

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