超高層混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究

楊遠(yuǎn)威， 錢(qián)德玲， 佟國(guó)鋒

(合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，合肥　230009)

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超高層混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究

楊遠(yuǎn)威， 錢(qián)德玲， 佟國(guó)鋒

(合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，合肥230009)

為了研究超高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)在地震激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律和抗震性能，按照動(dòng)力相似關(guān)系設(shè)計(jì)了一個(gè)1/50縮尺模型，并實(shí)施了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?；谠囼?yàn)結(jié)果，對(duì)不同設(shè)防烈度地震作用下的結(jié)構(gòu)自振頻率、阻尼比、振型曲線、加速度動(dòng)力放大系數(shù)、層間剪力、應(yīng)變和位移響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算與分析。研究結(jié)果表明：隨著振動(dòng)次數(shù)的增加，結(jié)構(gòu)自振頻率降低，阻尼比基本呈增大趨勢(shì)，振型曲線幅值減小；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性變化不大，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的損傷不大；結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)與地震強(qiáng)度和地震波的波形有關(guān)；結(jié)構(gòu)抗震性能能夠滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防要求。研究結(jié)果可為同類(lèi)超高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供參考。

超高層；框架核心筒；振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)；動(dòng)力響應(yīng)；抗震性能

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人類(lèi)對(duì)生存空間和生活質(zhì)量的要求不斷提高，超高層建筑已經(jīng)成為城市發(fā)展中必不可少的建筑形式，框架核心筒結(jié)構(gòu)具有良好的受力性能和空間布置而得到廣泛應(yīng)用。由于超高層結(jié)構(gòu)對(duì)地震作用較為敏感，震后損失大，所以，對(duì)超高層結(jié)構(gòu)的抗震性能研究是很有必要的?；趧?dòng)力相似理論進(jìn)行的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)是研究結(jié)構(gòu)抗震性能最直接、最有效的方法，通過(guò)試驗(yàn)可直接觀察試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷钠茐倪^(guò)程，計(jì)算結(jié)構(gòu)不同地震作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的抗震性能，為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)超高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，其中蔣歡軍等[1]設(shè)計(jì)了上海中心大廈的1/50的縮尺模型，通過(guò)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)得到了結(jié)構(gòu)在不同強(qiáng)度地震激勵(lì)下的動(dòng)力特性及損傷情況等，其結(jié)果表明結(jié)構(gòu)能夠滿足預(yù)先設(shè)定的抗震性能目標(biāo)；朱杰江等[2]對(duì)上海環(huán)球金融中心1/50縮尺模型進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和位移響應(yīng)等，研究結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的抗震性能滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

本文以一幢地上41層框架核心筒超高層結(jié)構(gòu)為原型，按照相似關(guān)系設(shè)計(jì)并制作一個(gè)1/50的縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在上海同?jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了試驗(yàn)，研究了結(jié)構(gòu)在不同設(shè)防水準(zhǔn)地震作用前后的動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，并評(píng)價(jià)了結(jié)構(gòu)的抗震性能。研究結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)的抗震性能良好，能夠滿足“三水準(zhǔn)”抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

1　模型的設(shè)計(jì)和制作

本試驗(yàn)未考慮樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用,直接將上部結(jié)構(gòu)嵌固在振動(dòng)臺(tái)剛性底座上進(jìn)行試驗(yàn)。

1.1模型簡(jiǎn)化

采取適當(dāng)方法簡(jiǎn)化模型既能方便模型結(jié)構(gòu)施工，又可以將結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的誤差控制在允許的范圍內(nèi)。根據(jù)其他模型試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)[3]，本次試驗(yàn)采取以下方法簡(jiǎn)化了模型的設(shè)計(jì)和制作：主要的抗側(cè)力構(gòu)件如外圍框架柱和內(nèi)部核心筒尺寸必須嚴(yán)格滿足相似關(guān)系，構(gòu)件節(jié)點(diǎn)按設(shè)計(jì)要求制作以保證結(jié)構(gòu)整體性能相似；忽略樓面次梁、結(jié)構(gòu)周邊梁等次要構(gòu)件，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)部分樓層進(jìn)行了抽層處理：每隔一層抽去一層樓板，總共抽去21層，抽去樓層的恒、活載由相鄰未抽去的樓板均攤。抽層后，按照抗彎剛度和強(qiáng)度等效的原則對(duì)模型柱截面和核心筒厚度進(jìn)行修正。

1.2模型材料的選取

按照材料相似關(guān)系，模型材料的密度應(yīng)盡可能大，彈性模量應(yīng)盡可能小，同時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線也應(yīng)盡可能與原型材料相似[4]。微?；炷敛粌H在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上和原型普通混凝土具有較為一致的相似性[5]，而且二者的施工方法也基本相同。因此，本試驗(yàn)用微粒混凝土模擬原型的普通混凝土，鍍鋅鐵絲模擬原型縱筋，焊接鐵絲網(wǎng)模擬原型箍筋，并根據(jù)動(dòng)力相似理論，按照抗彎強(qiáng)度等效原則對(duì)正截面進(jìn)行配筋，由抗剪強(qiáng)度等效原則對(duì)斜截面進(jìn)行配筋[6]。

1.3相似關(guān)系的確定與模型制作

對(duì)于超高層混凝土結(jié)構(gòu)的小比例試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等多方面原因，一般很難做到模型與原型完全相似[7]。本試驗(yàn)主要研究結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)與抗震性能，故主要考慮抗側(cè)力構(gòu)件的相似關(guān)系，綜合考慮振動(dòng)臺(tái)性能參數(shù)和承載力等因素，確定模型的縮尺比例為Sl=1/50(模型/原型，下同)，加速度放大系數(shù)為Sa=3.8，并由現(xiàn)場(chǎng)試塊試驗(yàn)結(jié)果確定彈性模量相似系數(shù)為SE=1/3。根據(jù)Bockingham π定理[8]，由量綱分析法推導(dǎo)出其他物理量的相似系數(shù)見(jiàn)表1。為滿足表1中質(zhì)量密度相似系數(shù)Sρ，需要在核心筒外圍樓板上配置質(zhì)量塊[9]，根據(jù)原型結(jié)構(gòu)樓層質(zhì)量分布，按照質(zhì)量相似關(guān)系確定模型結(jié)構(gòu)各樓層的配重量。

表1　相似關(guān)系(模型/原型)

在模型制作時(shí)，內(nèi)模采用泡沫塑料，泡沫塑料對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量影響均較小，可不用拆模，外模采用木模板整體滑升。制作完成后的模型如圖1所示，結(jié)構(gòu)總高度為3.866 m，其中模型凈高3.566 m，底座高0.300 m。

圖1　模型全圖Fig.1 Panoramic of model

2　振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)地震波的選取

振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)是一個(gè)損傷累積且不可逆的過(guò)程，因此，地震波不可能選擇很多。通過(guò)地震危險(xiǎn)性分析，綜合考慮試驗(yàn)原型的場(chǎng)地類(lèi)別和模型結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性等因素，最終選擇兩條天然波和一條人工波作為本次試驗(yàn)臺(tái)面輸入地震波，分別為El-centro波(1940，南北分量)、Kobe波和上海人工波(SHW2)。地震波輸入方式以X向輸入為主，部分為Y向、部分為X向與Z向同時(shí)輸入，單向地震波加速度時(shí)程記錄見(jiàn)圖2，圖中加速度峰值經(jīng)歸一化后被折減為0.1 g(1 g=9.8 m/s2)。

圖2　臺(tái)面波加速度時(shí)程Fig.2 Time history of input earthquake wave acceleration

2.2測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)模型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，本試驗(yàn)的測(cè)試項(xiàng)目包括加速度、位移和應(yīng)變。在結(jié)構(gòu)不同高度一共布置47個(gè)傳感器，其中加速度傳感器27個(gè)，分別布置在模型結(jié)構(gòu)的底座、2層、5層、9層、13層、17層、20層(頂層)；應(yīng)變片12個(gè)，分別布置在模型結(jié)構(gòu)的底層、5層、9層、13層的核心筒、角柱和邊柱底部；位移計(jì)8個(gè)，分別布置在模型結(jié)構(gòu)的1層、5層、13層、20層(頂層)的X、Y向。

2.3試驗(yàn)加載制度

本次試驗(yàn)共進(jìn)行了4個(gè)階段28個(gè)工況，按照加速度峰值由小到大順序依次對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行考核。試驗(yàn)時(shí)，每個(gè)階段依次輸入EL-Centro波、上海人工波、Kobe波，根據(jù)時(shí)間相似關(guān)系，臺(tái)面輸入地震波的持續(xù)時(shí)間、時(shí)間間隔被壓縮為原始地震波的1/13.78，臺(tái)面輸入加速度峰值按照加速度相似關(guān)系分別調(diào)整為0.133 g，0.38 g，0.76 g和1.14 g，以模擬不同設(shè)防水準(zhǔn)的地震作用。實(shí)測(cè)臺(tái)面三向加速度峰值如表2所示。表中，WN為白噪聲、EL為EL-Centro波(X單向)、ELY為EL-Centro波(Y單向)、ELZ為EL-Centro波(X、Z雙向)、SH為上海人工波(X單向)、KB為Kobe波(X單向)、KBY為Kobe波(Y單向)、KBZ為Kobe波(X、Z雙向)。每次改變加速度峰值前后都用加速度峰值為0.07 g的白噪聲對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃頻[10]可得到結(jié)構(gòu)在不同水準(zhǔn)地震前后自振頻率、阻尼比和振型曲線等動(dòng)力特性參數(shù)的變化情況。

表2　實(shí)測(cè)加速度峰值

3　自振頻率、阻尼比與振型曲線分析

3.1自振頻率和阻尼比

通過(guò)對(duì)WN1、WN12、WN20和WN28工況下加速度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行譜分析，由傳遞函數(shù)法得到的結(jié)構(gòu)X、Y向自振頻率和阻尼比如表3所示。由表3可知：結(jié)構(gòu)自振頻率隨著加速度峰值的增大而降低，阻尼比隨著結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑形程度的加深而基本呈增大趨勢(shì)，這一現(xiàn)象揭示了地震作用下，結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性變化的基本規(guī)律，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是由于加速度峰值的增大，結(jié)構(gòu)逐漸產(chǎn)生裂縫，剛度退化，結(jié)構(gòu)逐漸進(jìn)入非線性；結(jié)構(gòu)X向阻尼比比Y向大，說(shuō)明結(jié)構(gòu)X向?qū)Φ卣鸩ǖ暮纳⒛芰Ρ萗向強(qiáng)，抗震性能較Y向好；七度地震結(jié)束后，結(jié)構(gòu)X向頻率降低了10.34%，Y向頻率降低了12.12%，說(shuō)明結(jié)構(gòu)內(nèi)部已經(jīng)產(chǎn)生肉眼觀察不到的細(xì)微裂縫；試驗(yàn)結(jié)束后，相對(duì)于初始狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的X向頻率降低37.93%，Y向頻率降低27.27%，結(jié)構(gòu)X向剛度下降了61.47%，Y向剛度下降了47.10%，試驗(yàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)并未發(fā)生倒塌，說(shuō)明結(jié)構(gòu)具有較好的延性，抗震性能良好。

表3結(jié)構(gòu)X、Y向自振頻率和阻尼比

Tab.3 Natural frequencies and damping ratios of structure in X and Y direction

3.2振型曲線

振型曲線是評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)抗震性能的一個(gè)重要指標(biāo)。本試驗(yàn)?zāi)Ｐ蚗和Y向的振型形狀基本相同，因此本文只列出了X向前兩階振型如圖3所示。由圖3可知：結(jié)構(gòu)X向第一振型呈彎剪型，這是因?yàn)樵趥?cè)向力作用下，框架結(jié)構(gòu)側(cè)向位移呈剪切型，剪力墻結(jié)構(gòu)呈彎曲型，框架核心筒結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移是由框架與剪力墻共同控制，振型曲線呈彎剪型是框架與內(nèi)部核心筒共同作用的結(jié)果；第二振型的幅值隨著臺(tái)面輸入地震波加速度峰值的增大而逐漸減小，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因由于加速度峰值的增大，結(jié)構(gòu)逐漸產(chǎn)生裂縫、結(jié)構(gòu)剛度退化并進(jìn)入非線性，阻尼比增大，結(jié)構(gòu)的耗能增加；結(jié)構(gòu)在不同設(shè)防水準(zhǔn)地震前后的振型曲線變化不大，說(shuō)明結(jié)構(gòu)損傷不大，這與試驗(yàn)現(xiàn)象是吻合的。

圖3　結(jié)構(gòu)X向振型Fig.3 Vibration mode curves of structure in X direction

4　結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析

4.1加速度動(dòng)力放大系數(shù)

同一加速度峰值作用下，將結(jié)構(gòu)不同高度處加速度計(jì)測(cè)得的加速度最大值分別與底座上相應(yīng)方向加速度計(jì)的實(shí)測(cè)峰值相比，即可得到該工況下結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)樓層加速度動(dòng)力放大系數(shù)[11]。圖4(a)～(c)分別是結(jié)構(gòu)在不同加速度峰值的EL-Centro波、上海人工波和Kobe波作用下結(jié)構(gòu)X向加速度動(dòng)力放大系數(shù)沿樓層方向分布圖。由圖4可知：同種地震波作用下，隨著臺(tái)面輸入加速度峰值的增大，結(jié)構(gòu)逐漸產(chǎn)生裂縫、結(jié)構(gòu)剛度退化并逐漸進(jìn)入非線性，結(jié)構(gòu)自振頻率減小，阻尼比增大，同一樓層處的加速度動(dòng)力放大系數(shù)呈減小趨勢(shì)；不同試驗(yàn)工況下，加速度放大系數(shù)最大值均出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)頂層，其主要原因是結(jié)構(gòu)頂部的柱截面相對(duì)較小，抗側(cè)剛度和質(zhì)量均較小，結(jié)構(gòu)頂部產(chǎn)生明顯的鞭梢效應(yīng)，使得頂部加速度增加較快；當(dāng)加速度峰值較小時(shí)EL-Centro波或Kobe波作用下的結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)與上海人工波作用下的相差不大，而加速度峰值較大時(shí)，多以上海人工波(SHW2)作用下的加速度放大系數(shù)較大，這是因?yàn)樯虾Ｈ斯げǖ牡皖l成分非常豐富，與結(jié)構(gòu)的自振頻率比較接近，這也說(shuō)明結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)不僅取決于輸入地震波加速度峰值的大小，還取決于地震波的頻譜特性與結(jié)構(gòu)自振頻率的關(guān)系。

圖4　結(jié)構(gòu)加速度放大系數(shù)包絡(luò)圖Fig.4 Amplification factors envelops of model structure acceleration

4.2層間剪力

結(jié)構(gòu)的層間剪力主要與層間剛度有關(guān)，層間剪力的變化可以反應(yīng)層間剛度的變化情況。根據(jù)模型結(jié)構(gòu)的樓層質(zhì)量分布和試驗(yàn)得到的各樓層絕對(duì)加速度反應(yīng)，可以得到相應(yīng)樓層慣性力，進(jìn)而可以計(jì)算出不同水準(zhǔn)地震作用下結(jié)構(gòu)的層間剪力。圖5為結(jié)構(gòu)在EL-Centro波、上海人工波2波和Kobe波作用下，X向?qū)娱g剪力沿樓層的分布圖。由圖5可知：同種地震波作用下，同一樓層處的剪力隨著臺(tái)面輸入加速度峰值的增大而增大；相同加速度峰值、不同波形的地震波作用下的層間剪力不同，說(shuō)明層間剪力還與地震波的波形有關(guān)；不同工況下，結(jié)構(gòu)的層間剪力沿樓層從上到下逐漸增大，大致呈三角形分布，最大值出現(xiàn)在底層；在不同設(shè)防水準(zhǔn)地震作用下，模型結(jié)構(gòu)底層最小剪力為3.74 kN,計(jì)算得到剪重比最小值為9.70%，滿足要求。

圖5　地震作用下的層間剪力Fig.5 Inter-story shear force under earthquake

4.3位移響應(yīng)

通過(guò)布置在結(jié)構(gòu)部分樓層處位移計(jì)測(cè)得的絕對(duì)位移和振動(dòng)臺(tái)內(nèi)置位移計(jì)給出的臺(tái)面位移，可以得到各工況下結(jié)構(gòu)各樓層相對(duì)臺(tái)面的位移。在EL-Centro波和上海人工波作用下結(jié)構(gòu)X向相對(duì)臺(tái)面的最大位移圖如圖6所示。由圖6可知：結(jié)構(gòu)的最大相對(duì)位移隨著臺(tái)面輸入加速度峰值的增大而不斷增大，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是隨著加速度峰值的增大，結(jié)構(gòu)逐漸產(chǎn)生裂縫并開(kāi)展，使結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度減小，位移反應(yīng)增大；結(jié)構(gòu)在相同加速度峰值、不同波形的地震作用下的位移響應(yīng)有一定差別，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)與地震波的波形有關(guān)。臺(tái)面輸入加速度峰值較小時(shí)，結(jié)構(gòu)相對(duì)臺(tái)面的位移較小，最大位移曲線呈彎剪型，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的外圍框架柱與核心筒之間有良好的協(xié)同工作能力；加速度峰值較大時(shí)，結(jié)構(gòu)頂層有明顯的位移反應(yīng)，且鞭梢效應(yīng)明顯，最大位移曲線趨于彎曲型，說(shuō)明核心筒對(duì)側(cè)向位移影響較大，核心筒分擔(dān)的水平力也在不斷增大。在9度罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大位移和結(jié)構(gòu)高度的比值為1/223,試驗(yàn)時(shí)，并未觀察到結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的傾斜，說(shuō)明結(jié)構(gòu)具有良好的延性，能夠保持較好的整體性。

圖6　結(jié)構(gòu)X向最大位移Fig.6 Maximum displacement of structure in X direction

4.4動(dòng)應(yīng)變響應(yīng)

試驗(yàn)得到的應(yīng)變反應(yīng)值是一次加載工況過(guò)程的應(yīng)變變化值，圖7為EL-Centro波和上海人工波激勵(lì)下，核心筒和角柱應(yīng)變沿樓層方向分布圖。由圖7可知：核心筒底部的應(yīng)變幅值沿樓層從上到下基本呈增大趨勢(shì)且隨著加速度峰值的增加而增大；結(jié)構(gòu)在相同加速度峰值、不同波形的地震波作用下的應(yīng)變反應(yīng)不一，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的應(yīng)變反應(yīng)與地震波的波形有關(guān)；在同種地震波作用下，底層核心筒底部應(yīng)變大于底層角柱處應(yīng)變，說(shuō)明核心筒在地震作用下分擔(dān)了較大的水平力，承擔(dān)較大的彎矩；在EL4和SH4工況下，結(jié)構(gòu)主要受到第二振型的影響，應(yīng)變曲線與第二振型曲線相似；核心筒應(yīng)變最大值出現(xiàn)在底層，角柱應(yīng)變最大值出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)第5層，說(shuō)明該層處的角柱變形較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以加強(qiáng)。

圖7　EL-Centro和上海人工波作用下的應(yīng)變幅值Fig.7 Maximum strain of structure under EL-Centro and Shanghai wave

5　結(jié)　論

本文對(duì)一幢超高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)的1/50縮尺模型實(shí)施了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，得到了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)模型結(jié)構(gòu)在不同水準(zhǔn)地震前后的動(dòng)力特性變化情況和動(dòng)力響應(yīng)的研究，得到以下結(jié)論：

(1) 隨著臺(tái)面輸入地震波加速度峰值的增大，結(jié)構(gòu)的自振頻率逐漸減小、阻尼比基本呈增大趨勢(shì)，振型曲線的幅值逐漸減小，這一現(xiàn)象揭示了地震作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性變化的基本規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)束后，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性變化不大，表明結(jié)構(gòu)的損傷不大，結(jié)構(gòu)具有一定的安全儲(chǔ)備。

(2) 底層核心筒的應(yīng)變比外圍角柱的大，表明結(jié)構(gòu)在地震作用下，內(nèi)部核心筒分擔(dān)了較大部分的水平力，承擔(dān)了較大的彎矩；大震作用下，受到二階振型的影響，結(jié)構(gòu)應(yīng)變曲線與第二振型曲線相似；角柱應(yīng)變最大值出現(xiàn)在變截面(第5層)處，變形較大。

(3) 結(jié)構(gòu)在大震作用下最大位移曲線呈彎剪型，說(shuō)明結(jié)構(gòu)外圍框架和核心筒之間有良好的協(xié)同作用；頂層最大位移達(dá)到結(jié)構(gòu)高度的1/223,結(jié)構(gòu)并未發(fā)生明顯的破壞，說(shuō)明結(jié)構(gòu)具有良好的延性，能夠滿足“三水準(zhǔn)”的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 蔣歡軍，和留生，呂西林，等. 上海中心大廈抗震性能分析和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2011,32(11):55-63.

JIANG Huanjun, HE Liusheng, Lü Xilin,et al. Analysis of seismic performance and shaking table tests of the Shanghai Tower [J]. Journal of Building Structures, 2011, 32(11): 55-63.

[2] 朱杰江，呂西林，鄒昀. 上海環(huán)球金融中心模型結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)與理論分析的對(duì)比研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2005, 38(10): 18-26.

ZHU Jiejiang, Lü Xilin, ZOU Yun. Shake-table test and theoretical analysis for shanghai world financial center scale model [J]. China Civil Engineering Journal,2005,38(10):18-26.

[3] 鄒昀，呂西林，盧文勝，等.上海環(huán)球金融中心大廈整體結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)設(shè)計(jì)[J]. 地震工程與工程振動(dòng),2005,25(4):54-59.

ZOU Yun, Lü Xilin, LU Wensheng,et al. Shaking table model test design for Shanghai World Financial Center [J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration,2005,25(4):54-59.

[4] 呂西林，殷小溦，蔣歡軍，等. 某鋼管混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2012, 43(1): 328-337.

Lü Xilin, YIN Xiaowei, JIANG Huanjun,et al. Shaking table test on super-tall building with CFT frame and composite core wall [J]. Journal of Central South University:Science and Technology, 2012, 43(1): 328-337.

[5] 沈德健，呂西林. 模型試驗(yàn)的微?；炷亮W(xué)性能試驗(yàn)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2010, 43 (10): 14-21.

SHEN Dejian, Lü Xilin. Experimental study on the mechanical property of microconcrete in model test[J]. China Civil Engineering Journal, 2010, 43(10): 14-21.

[6] 周穎，呂西林，盧文勝，等. 雙塔連體高層混合結(jié)構(gòu)抗震性能研究[J]. 地震工程與工程振動(dòng),2008,28(5):71-78.

ZHOU Ying, Lü Xilin, LU Wensheng,et al. Seismic performance of a multi-tower hybrid tall building [J]. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2008, 28(5): 71-78.

[7] 趙斌，盧文勝，呂西林，等. 超高層剪力墻(短肢剪力墻)簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)整體模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2004, 25(3): 14-21.

ZHAO Bin, LU Wensheng, Lü Xilin,et al. Shaking table experimental study of super-highrise building with shear wall (short limb shear wall)-tube structure system [J]. Journal of Building Structures, 2004, 25(3): 14-21.

[8] KRAWINKLER H，MONCARZ P D. Similitude requirements for dynamic models [J]. ACI Special Publication, 1982, SP73-01:1-22.

[9] 張敏政. 地震模擬實(shí)驗(yàn)中相似律應(yīng)用的若干問(wèn)題[J]. 地震工程與工程振動(dòng), 1997, 17(2): 52-58.

ZHANG Minzheng. Study on similitude laws for shaking table tests [J]. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 1997, 17(2): 52-58.

[10] 張晉，呂志濤.短肢剪力墻-筒體結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J]. 東南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2001, 31(6):4-8.

ZHANG Jin, Lü Zhitao. Earthquake simulation test of short-leg shear wall-tube model [J]. Journal of Southeast University: Natural Science Edition, 2001, 31(6):4-8.

[11] 周穎，于健，呂西林，等.高層鋼框架-混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 地震工程與工程振動(dòng)，2012,32(2):98-105.

ZHOU Ying, YU Jian, Lü Xilin,et al. Shaking table test of a high-rise hybrid structure building with steel frame-concrete core wall [J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2012, 32(2): 98-105.

Experimental study on a super high-rise building with a concrete frame-core tube

YANG Yuanwei， QIAN Deling， TONG Guofeng

(School of Civil and Hydraulic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

In order to study the dynamic response and seismic performance of a super high-rise building with a concrete frame-core tube, a 1/50 scaled model was designed on the basis of dynamic similitude relationship and a series of shaking table tests were then conducted. Based on the test data, the natural frequency, damping ratio, vibration mode curve, acceleration amplification factor, inter story shear force, strain and displacement distribution of the structure were calculated and analyzed. The results indicate that the natural frequency of the structure decreases, damping ratio of the system increases generally and the peak of vibration mode curve reduces with the increase of the time. The dynamic characteristics of the structure does not change significantly in the whole process, which indicates that the structural damage is not big. The dynamic response of the structure is not only in connection with the magnitude but also with the waveform of input seismic waves. The test model structure can meet the requirement that there is no damage with weak earthquake, it is repairable with medium earthquake, and it will not collapse with strong earthquake. These indicate that the structure has excellent seismic performance. The research results can provide reference for the aseismic design of similar super high-rise buildings.

super high-rise building; frame-core tube structure; shaking table test; dynamic response; seismic performance

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51378168)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2012HGZY0024)

2015-06-16修改稿收到日期：2015-09-17

楊遠(yuǎn)威 男，碩士生，1990年生

錢(qián)德玲 女，教授，博士生導(dǎo)師，1956年生E-mail：791971493@qq.com

TU398+.2

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10.13465/j.cnki.jvs.2016.16.029