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核心筒部分悬挂结构减震性能：试验研究与理论分析

一、引言

（一）研究背景与工程价值

在现代建筑领域，随着城市化进程的加速和土地资源的日益紧张，高层建筑如雨后春笋般涌现。为了满足人们对建筑空间多样化和功能复合化的需求，建筑结构形式不断创新，核心筒悬挂结构应运而生。这种结构体系巧妙地将核心筒与悬挂结构相结合，既发挥了核心筒作为建筑竖向和水平荷载主要承载构件的优势，又利用了悬挂结构在空间利用上的灵活性，为建筑设计提供了更多可能性。

传统的框架-核心筒结构在高层建筑中应用广泛，然而，这种结构在地震作用下存在底部刚度集中的问题。当地震波传来时，底部结构需要承受巨大的地震力，容易导致结构损伤甚至破坏。而核心筒部分悬挂结构通过“底部刚、上部柔”的分层设计理念，对结构的动力响应进行了优化。在地震反应相对较小的底部采用框架-核心筒结构，利用其较大的刚度和承载能力来抵抗地震力；在地震反应相对较大的上部采用核心筒悬挂结构，通过悬挂体系的柔性变形来消耗地震能量，减小结构的地震响应。

以某实际工程为例，该建筑采用了核心筒部分悬挂结构体系。在设计阶段，通过模拟分析发现，相较于传统的框架-核心筒结构，该结构体系在地震作用下，上部结构的加速度响应明显降低，层间位移也得到了有效控制。这不仅提高了结构的抗震安全性，还为建筑内部的使用空间提供了更好的保障。在实际施工过程中，虽然核心筒部分悬挂结构的施工难度相对较大，但通过合理的施工组织和先进的施工技术，顺利完成了工程建设。建成后的建筑在使用过程中，表现出了良好的性能，得到了业主和使用者的一致好评。

从工程价值的角度来看，核心筒部分悬挂结构的应用具有重要意义。它在提高结构抗震性能的同时，还能优化建筑空间布局，提高空间利用率。例如，在一些商业建筑中，悬挂结构部分可以设计成开阔的中庭或大型商业空间，满足商业活动对大空间的需求；在办公建筑中，可以根据不同的功能需求，灵活划分办公区域，提高办公效率。此外，这种结构体系还能减少建筑材料的使用量，降低工程造价，具有较好的经济效益和环境效益。

（二）研究目标与创新点

本研究旨在深入探究核心筒部分悬挂结构在地震作用下的动力特性与减震机理，为该结构体系的工程应用提供坚实的理论基础和技术支持。具体研究目标包括：通过试验研究，获取核心筒部分悬挂结构在不同地震波作用下的动力响应数据，如加速度、位移、应变等；建立准确的理论分析模型，对结构的动力特性进行模拟计算，并与试验结果进行对比验证；揭示结构的减震机理，分析结构各部分在地震作用下的协同工作机制；提出适用于核心筒部分悬挂结构的设计方法和建议，为工程设计提供参考。

本研究的创新点主要体现在以下两个方面：一是提出了“阻尼器+素混凝土连接键”的组合控震措施。在悬吊结构楼板与核心筒之间设置阻尼器，可以有效地消耗地震能量，减小结构的振动响应；同时，设置素混凝土连接键，增强了悬吊结构与核心筒之间的连接刚度，提高了结构的整体性和稳定性。通过振动台试验验证了该组合控震措施的有效性，为核心筒部分悬挂结构的减震控制提供了新的思路和方法。二是建立了精准的理论分析模型。综合考虑结构的几何非线性、材料非线性以及阻尼特性等因素，运用有限元分析软件建立了核心筒部分悬挂结构的精细化模型。通过与试验结果的对比分析，验证了模型的准确性和可靠性，为结构的性能分析和设计优化提供了有力工具。

二、核心筒部分悬挂结构体系构建

（一）结构设计原理

本研究中的核心筒部分悬挂结构采用了独特的“上下分置”设计策略，将整个结构体系分为上下两个部分，以实现更好的抗震性能和结构稳定性。

底部4层采用框架-核心筒结构。核心筒作为结构的关键受力部件，具有较大的侧向刚度和承载能力。在小震作用下，核心筒能够有效地承担大部分水平荷载，将地震力传递到基础，保证结构的安全性。框架结构则与核心筒协同工作，共同抵抗竖向荷载和部分水平荷载，提高结构的整体性和空间稳定性。这种框架-核心筒结构形式在高层建筑中应用广泛，其成熟的设计和施工经验为结构的可靠性提供了保障。

上部4层为悬挂结构，这是本结构体系的创新之处。通过高强度钢拉杆将楼层悬吊于核心筒顶部，形成了一种独特的“柔性耗能区”。当遭遇地震时，悬挂结构能够利用自身的柔性变形，延长结构的自振周期，减小地震力的输入。同时，钢拉杆在受力过程中会产生一定的弹性变形，消耗部分地震能量，从而降低结构的地震响应。例如，在某次地震模拟中，悬挂结构部分的加速度响应相较于传统结构降低了30%左右，有效地保护了结构主体。

为了进一步提高结构的抗震性能，在悬挂层楼板与核心筒之间设置了粘滞阻尼器和素混凝土连接键。粘滞阻尼器具有良好的耗能特性，其耗能效率经测试达到了30%以上。在地震作用下，阻尼器两端产生相对速度，内部的粘性流体通过小孔或缝隙流