本文是一篇结构工程论文，本文以云南九乡叠虹天梯项目为研究背景，研究了单边山体支承大跨高层混合结构的力学性能及减震设计思路。该结构与普通连体高层结构最大的不同是连体层分别与山体和钢筋混凝土结构连接，两侧刚度相差大。考虑行波效应对结构的影响，结合有限元模拟及减震控制设计方法，设计五种不同的减震方案，在保证连梁阻尼器布置方案不变的前提下，BRB 分别布置在钢结构连体层的中间区域、连体层中间加两侧部位、连体层中间区域加相邻部分楼层、连体层两侧区域及连体层两侧区域加相邻部分楼层。选取两条人工波和五条天然波，采用 X、Y 单向地震激励输入的方式进行 8 度（0.3g）多遇、罕遇地震作用，对比非减震模型与减震模型的地震反应，得出结构模型的减震优化设计。
第一章 绪论
1.1 引言
地震也被称为地震活动，是最具毁坏性的自然危害之一。世界上大多数的地震活动都是剧烈变化的地震。地壳变化地震是由地壳能量的快速释放引起的地震。板块彼此撞击以及堆挤，酿成板块边缘和内部的位移和损伤。地震发生过程中往往会产生巨大的能量。地震产生的能量以地震波的形式从震源传播到地面。地面振动引起基础的失效反应会导致建筑物和结构的位移和损坏。地震活动引发的泥石流、有毒气体泄漏、放射性物质扩散等二次灾难严重威胁着人命和安全。
建筑物的整体地震响应是由地震引起的地基振动引起的。地基固定在地面上的建筑物的结构相当于地震“放大器”。如果发生地震，当建筑物与地震产生共鸣时，它们的加速度也会增加。这意味着地震响应随着建筑物的高度从下到上增加。建筑物某特定部位的过度地震响应(加速度、位移或速度)会形成了主承重结构的损伤及失效；或主要结构未损坏，但建筑物装饰等非结构配件等一系列损坏造成一定的经济损失；或上述两者均未遭到破坏，但对内部设备和昂贵仪器的损坏导致了更大的损失和二次灾难[1]。
正如世界某一知名地震地质学专家[2]曾经说过：“杀死人的不是地震，而是建筑物”。财产损耗和人员伤亡极少部分是因地震活动本身形成的，许多都是因为地震影响，造成房屋的破坏、倒塌以及由地震引起的一系列灾害才是导致人员死亡和经济损失的主要原因，如图 1.1-1.4 所示。并且由于地震的急剧性、传播速度快等，以当前的科技力量，世界各国只能简单的预测地震[2]，仍然是“偶有成功，错漏较多”。将地震能量转移到山区和深海以及将一次大地震的能量分散成数次非破坏性的小地震也在研究探索中。目前人类应对地震灾害主要方法仍然是分析地震危险性、进行地震区划，然后对建筑结构体系采取防御措施，通过对建筑物进行合理的结构抗震设计以及利用工程技术等方法来提高建筑结构整体的抗震性能，以减少地震作用对建筑物结构的破坏。
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1.2 高层连体建筑结构综述
1.2.1 高层建筑综述
随着科技的逐渐进步，社会的发展已经转变为向工业化、商业化发展，以往低矮的建筑已经满足不了现代城镇建设以及人们日常生活办公的需求，现代高层建筑结构应运而生。在我国古代，砖塔和木塔应该属于我国最早的高楼建筑。
相较于其它类型的结构体系，高层建筑结构系统具有空间利用高，占用土地资源小的优点[6]，大大的缓解了城镇建设过程中建筑土地资源紧缺的局面，这些优点也使高层建筑在世界各国越来越受到追捧。例如，作为曾经世界第一高的建筑物，纽约帝国大厦于 1931 年 4 月完工，已有 90 年的历史，整栋建筑共计 102层，高达 381 米，1951 年扩建后总高度达到 443.7 米。上世纪 50 年代以后，第三次技术革命导致了工业的快速发展，新轻量材料的涌现，新建筑技术和建筑机械的出现，致使高层建筑发展规模的扩大。1973 年，在芝加哥建造当时世界上最高的钢框架建筑—西尔斯大厦，总高度 443 米，共有 110 层；1996 年，吉隆坡建成一座高度在 440 米和 450 米之间的混合建筑—石油大厦,共有 88 层，其建筑材料为型钢与混凝土；2008 年，上海建立环球金融中心，地面以上约 100 层，楼整体高度 492 米，如图 1.5 所示；目前世界上最高的建筑是位于迪拜的迪拜大厦（哈利法塔），经历 6 年之久，于 2010 年正式落成，楼层总数 162 层，总高度 828米，如图 1.6 所示。
图 1.5 上海环球金融中心 图 1.6 迪拜哈利法塔
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第二章 减震控制理论和阻尼器设计
2.1 消能减震的发展及原理
2.1.1 减震控制技术发展
城镇建筑群的复杂性和人口密集性、工程结构本身的多样性和复杂性，及地震动效应的复杂性，使得工程结构在发生地震时的性能非常复杂，地震对建筑物造成损害的程度，应当根据建筑物的抗震性和特点确定[31]。对结构物进行抗震设计目的在于减轻地震活动对建筑的毁坏，减少经济亏损及死伤者等。建筑物提高自身抵御地震能力，传统设计思想就是提高自身的抵抗力（刚度、强度或延性设计）[32]，但这种设计很昂贵且不经济，结构没有自我调整的功能，甚至有时候会达不到预期的抗震设防要求，一旦发生地震，结构系统的功能作用就会崩溃，造成严重的生命和经济损失。所以，依据我国的基本国情，若在全国大部分 地区实施抗震设防，必须找到比传统抗震系统更安全、更经济、更广泛、更简单和更有效的新系统。
“工程结构减震控制”这一新体系的出现，很好的解决的按照传统抗震设计给建筑结构带来的缺陷。在结构的某些特定结构单元中安装某种能量耗散装置，以调整或修改原主结构的动力特性，地震下结构自身和耗能装置共同工作，削弱结构的振动响应，帮助结构系统吸收进入结构的地震能量。通过这种方法，可以合理地限制建筑结构在地震活动下产生的速度和位移等，达到减轻地震对建筑构筑物的损害的目的[33]，在发生地震时，对内部结构和设施的安全给予了有效的保护。比较以往的抗震设计方法，消能减震装置前期的安装以及后期的检修和更换都更加的简单、快捷。新系统的应用更经济、更安全、更有效，为世界各地的地震保护和其他工程结构保护项目提供了一种全新的方法。
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2.2 结构地震响应分析法
2.2.1 单自由度结构反应谱分析
本节主要介绍了基于在线弹性理论的响应谱法。主要方法是将模型分解成各阶模态，然后分析各阶振型单质点体系的响应，以得到最终的结果，在通过模态组合法返回到多质点系统的响应。简言之，使用特定响应的最大值作为结构的固有振动频率或固有周期的函数图像，描述所有可能的线性系统在单一自由度下对某特定分量的峰值响应。常见的反应谱主要有位移反应普、速度反应谱、伪速度反应谱、加速度反应谱和伪加速度反应谱。
时程分析法是目前普遍采用的分析方法，这是一种基于叠加原理的时域和频域分析方法，主要通过输入地震动加速度时程曲线来分析结构整体在地震作用下的响应。结构的弹性—塑性特性曲线用于反映结构的力学特性，能够较为准确的得出结构在地震动作用下的弹塑性状态，同时，时程分析法可用于研究和分析弹塑性和几何非线性对结构系统的影响。利用时程分析方法，对建筑结构的动力响应进行分析，其主要依靠地震波的选择使用，有明显的局限性。
时程分析法的关键因素是时间函数，这是与静力分析法不同的地方。将时间相关参数带入到微分方程，并对时间进行积分，得到各结构系统的瞬时动态响应，因此时程分析法就是对时间函数的积分。
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第三章 结构特点分析及减震方案选取 ........................... 35
3.1 工程结构简介 .............................. 35
3.2 建筑场地及抗震目标 ........................... 39
第四章 结构模型有限元分析 ............................... 53
4.1 有限元模型建立 ............................ 53
4.2 地震波选取 .................................. 53
第五章 结论与展望 .............................. 81
5.1 结论 .................................. 81
5.2 展望 .......................... 82
第四章 结构模型有限元分析
4.1 有限元模型建立
九乡叠虹天梯项目由山体、钢桁架结构、混凝土框筒结构三部分组成，其中竖向天梯部分采用钢筋混凝土结构，观景平台采用钢框架结构，利用 SAP2000 程序建立钢框架结构模拟山体，其中混凝土采用 C60 混凝土，钢材强度为 Q235，山体模型与混凝土框筒结构支承处采用固定约束。抗震设防烈度为第三组 8 度（0.3g），Ⅱ类场地。本课题后期将按照一定的缩尺比例建造实体模型，并进行振动台试验，本文设计方法及结构将为其提供理论依据及参考。采用 SAP2000 程序建立有限元模型如图 4.1 所示。
图 4.1
