钢筋混凝土框架顶部钢结构加层的抗震性能反应谱分析

一、分析模型框架开间为：5个4.2m，进深为：3个2.7 m。

结构每一层层高为：3.3 m，一共8层。

框架柱子截面尺寸为：0.55*0.55，框架梁截面尺寸为：0.25*0.55，楼板厚度为：0.1 m。

混凝土强度等级为：C30，弹摸：3.00e10Pa，泊松比：0.2，密度：2500kg/m*m*m.楼面荷载：100厚钢筋混凝土楼板：（25kN /m*m*m）*0.1=2.5kN/m*m抹灰和其他荷载： 0.8 kN/m*m合计：3.3 kN/m*m砖墙线荷载：4.4 kN /m活荷载： 2 kN /m*mMASS21单元计算，g=10m/s*s楼面恒荷载累计：0.8*(4.2*2.7*15)=136.08kN楼面活荷载累计：0.5*2*(4.2*2.7*15)=170.1kN砖墙荷载累计：4.4*(4.2*20+2.7*18)=583.44 kN合计：889.62 kN 889.62*1000/10=88962kg平均分配到每一层的梁柱节点上的质量为：88962kg/24=3706.75 kg二、反应谱分析结构处在二类场地，地震烈度为：7度，地震影响系数对应的值：0.08特征周期为：0.35秒。

地震影响系数根据规范计算出地震影响系数方程：0.44T g+0.036 0< T g≤0.1s0.08 0.1s< T g≤0.35s0.08*(0.35/ T g)0.9 0.35s< T g≤5*0.35sY方向结果对比（ANSYS中Significant项中所入0.15）SRSS CQC各振型作用下Y 方向顶层最大位移（mm）各振型作用下Y 方向顶层最大位移（mm）ANSYS 7.4813 误差 ANSYS 7.4813 误差SATWE 7.68 0.974128 SATWE 7.68 0.974128各振型作用下Y 方向基底剪力（kN）各振型作用下Y方向基底剪力（kN）ANSYS 663.8 误差 ANSYS 663.8 误差SATWE 630.06 0.949171 SATWE 631.92 0.951973三、时程分析根据《建筑抗震设计规范》7度设防区多遇地震输入加速度的最大值为：35gal，输入加速度时程曲线的持续时间不论是实际的地震记录还是模拟的人工波形，一般为结构基本周期的5到10倍。

0 引言国内外对钢－钢筋混凝土竖向组合混合结构的理论研究还不是很成熟，对这种结构的力学模型，整体结构的动力特性等还缺乏深入研究。

对这种由混凝土结构和钢结构两种不同材料所组成的组合结构的抗震性能、构件破坏机理等都缺乏相应的理论研究，还没有形成完整的理论体系，即便是国外也仅有一些相关的行业标准，没有形成统一的规范体系。

针对下部混凝土结构顶部钢结构的混合结构形式，可以参考钢筋混凝土框架顶部钢结构加层的计算分析思路。

王治强[1]通过对竖向混合结构体系石化生产装置动力特性及抗震性能研究得出设备和结构连接处采用固结，设计过程中要特别注意转化层的设计与构造，确保混合结构转换层的安全；宗钟凌等[2]通过对混凝土框架顶部钢结构加层连接节点抗震性能的研究得出锚栓生根、焊接生根、增大截面生根三类节点的破坏形态均为混凝土两端受弯破坏，增大截面生根节点的滞回曲线较为饱满，抗震性能优于锚栓节点和焊接节点；李辉进等[3]对钢筋混凝土框架与加层钢结构不同连接形式及加层柱截面形式变化等进行反应谱分析和时程分析，计算结果表明，加层后原结构层间位移及底部剪力均有所降低，加建钢结构起到了阻尼器作用；李军林[4]通过分析发现在建筑工程的钢结构以及混凝土结构组合设计中，需要对其水平风荷载对于屋盖和网架的影响、屋盖结构形式对于下部混凝土结构的影响加以重点考虑，然后以此为依据，对钢结构以及混凝土结构进行科学设计；孙赞[5]通过对既有混凝土框架上采用钢结构加层的研究得出，小柱网加层的方案与大柱网加层方案抗震性能相似，门式刚架加层方案对既有混凝土结构的保护效果较好。

本文在此基础之上总结提出了钢－钢筋混凝土混合结构在设计过程中指标控制的建议取值规范，阻尼比的取值以及钢－钢筋混凝土结构的连接形式等。

1 工程实例分析1.1 工程概况西部公路物流集散中心位于巴南区南彭社区，南至观音山南路，东至五号路，北至一号路，西至观音山西路。

项目总用地面积138 631m 2，总建筑面积137 239m 2，地上建筑面积137 239m 2。

型钢混凝土框排架结构体系反应谱分析本文在总结传统电厂主厂房结构的基础上，提出了既符合抗震要求又满足工艺布置需要的型钢混凝土框排架结构体系，通过有限元计算分析，对结构体系进行了抗震性能研究。

对于型钢混凝土结构大型电厂主厂房框排架结构，使用SAP2000有计算分析软件建立有限元模型，对其进行了模态分析，得到了这种结构的动力特性。

对所建模型中的型钢混凝土框排架结构体系分别进行单、双向的地震作用下的反应谱分析，分析结构在地震作用下的动力反应。

结构的受力特点与变形特点以及薄弱环节，并对两者得出结果进行了分析比较。

最后对此结构模型进行时程分析，得到结构的各部分的受力及变形特点，与反应谱分析结果进行对比，判断反应谱分析是否适用于此类结构。

综合以上分析得出型铜混凝土大型电厂主厂房框排架结构可以满足8度设防要求，具有较好的强度、刚度以及稳定性。

该结构的有限元分析的结果可为型钢混凝土框排架结构的抗震设计提供一定的理论依据，还可为相关行业规程的制定提供参考和基础性资料。

标签：大型电厂主厂房；型钢混凝土框排架；抗震性能；反应谱分析；时程分析1.SAP2000软件中反应谱分析方法SAP2000对于反应谱分析阵型组合分析，给出了cQc法、SRSS法、ABS法、GMC法、IOPct法和Dbl Sum法等组合方法[l]。

1.1 ABS法ABS法是绝对值相加的方法，即这种方法的假设条件是所有振型的最大模态值都发生在相同的时间点上，通过求他们绝对值和的方法来对振型进行组合。

实际上同一时刻基本上不可能所有模态均发生最大值，因此，这一组合方法是用于计算结构中的位移或内力峰值的最保守的方法。

1.2 SRSS法SRSS法是完全平方和的平方根，这种方法假设有最大模态值在统计上都是相互独立的，通过且各参与组合的振型的平方和的平方根，来进行组合。

SRSS 方法不考虑各振型间的耦合效应，实际上结构模态都是相关联的，不可避免的存在耦合效应，因此对于那些多数频率几乎相同的三维结构中，耦合效应更加突出，因此在这种情况下，不适合使用这一组合方法。

钢筋混凝土框架结构在地震中的响应分析随着科技的进步和城市化的发展，越来越多的高层建筑和大型工程采用了钢筋混凝土框架结构。

然而，在地震这样的自然灾害面前，钢筋混凝土框架结构的抗震性能成为人们关注的焦点。

本文将对钢筋混凝土框架结构在地震中的响应进行详细分析。

首先，了解钢筋混凝土框架结构在地震中发生的力学变化对我们理解其响应具有重要意义。

地震是因地球内部能量释放而引起的地壳震动，主要分为纵波和横波。

在地震中，建筑结构受到的水平力主要是横波引起的。

钢筋混凝土框架结构由柱、梁和楼板组成，柱起到承受纵向荷载的作用，梁和楼板起到承受横向荷载的作用。

地震中，结构的地震反应主要表现为弯曲变形和剪切变形。

其次，探讨钢筋混凝土框架结构在地震中的响应机制和应对策略。

地震作用下，钢筋混凝土框架结构会发生不同形式的破坏，如弯曲破坏、剪切破坏和层间位移等。

为了提高结构的抗震性能，人们采取了一系列措施，如增加柱梁剪力墙、加固框架节点和采用防震支撑等。

这些措施主要是通过提高结构的刚度和强度来减小结构的变形，从而减少破坏的可能性。

接下来，聚焦于钢筋混凝土框架结构的抗震设计标准。

抗震设计是保证结构在地震中安全可靠的关键。

根据地震区域的不同，国家制定了相应的抗震设计标准，如中国的《建筑抗震设计规范》和美国的《Seismic Design Criteria for Structures, Systems, and Components in Nuclear Facilities》等。

这些标准规定了结构在地震中的荷载计算方法、设计参数和抗震设防烈度等，以确保建筑结构能够在较大地震力下保持安全性。

最后，对钢筋混凝土框架结构抗震性能研究的现状和未来趋势进行展望。

当前，钢筋混凝土框架结构的抗震性能研究已经取得了许多重要成果，但仍然存在一些挑战和不足之处。

例如，对结构在地震过程中的动力响应和破坏机理的认识仍然有待深入研究。

未来，应进一步开展钢筋混凝土框架结构的抗震可靠性研究，探索新的材料和结构形式，以提高结构的抗震性能。

钢筋混凝土框架结构的地震响应谱分析与优化设计过去几十年来，钢筋混凝土框架结构一直是地震工程设计中最常用的结构形式之一。

钢筋混凝土框架结构以其良好的韧性和抗震性能，在地震发生时能够有效地吸收和分散地震能量，从而保护生命和财产的安全。

为了进一步提升钢筋混凝土框架结构的地震性能，地震响应谱分析与优化设计成为一个重要研究方向。

首先，我们来了解一下地震响应谱分析的基本原理。

地震响应谱是描述结构在地震作用下相对位移、加速度或速度等响应与地震激励间的关系曲线。

将地震激励输入到结构中，通过计算结构的动力响应，可以获得不同周期下的结构响应谱。

地震响应谱分析的目的是根据地震的特点，预测和评估结构在地震中的响应，并为结构的抗震设计提供依据。

在进行地震响应谱分析时，我们需要确定几个关键参数。

首先是地震输入，即确定合适的地震动记录作为分析的输入。

通常会选择代表性的地震动记录，例如历史地震数据或人工合成的地震动记录。

其次是结构模型，即将结构抽象为一种数学模型，通常以有限元模型来描述钢筋混凝土框架结构的刚度、质量和阻尼特性。

最后是分析方法，可以采用线性弹性或非线性时程分析等方法，以考虑结构的材料非线性和几何非线性特性。

在进行地震响应谱分析后，我们可以得到结构在不同地震作用下的动态响应。

通过分析地震响应谱中的峰值加速度、峰值位移或峰值速度等指标，可以评估结构的抗震性能，并发现结构的薄弱环节。

通过进一步的优化设计，可以提高结构的抗震性能，从而减小结构在地震中可能遭受的破坏程度。

钢筋混凝土框架结构的优化设计包括两个方面：构造优化和材料优化。

构造优化主要涉及结构的几何形态和布局参数的优化。

在设计过程中，通过对结构的几何形态进行调整和优化，可以减小结构的质量和刚度，提高结构的柔性和抗震性能。

另外，通过对结构的布局参数进行优化，例如柱和梁的尺寸比例和间距，可以提高结构的承载能力和刚度分布，从而提高抗震性能。

材料优化主要包括混凝土和钢筋的合理选择和配置。

钢筋混凝土框架结构的抗震性能分析与设计钢筋混凝土框架结构是当前主要的建筑结构形式之一，其在抗震性能方面具有较高的稳定性和承载能力，广泛应用于各类建筑中。

本文将对钢筋混凝土框架结构的抗震性能进行分析与设计，以提高建筑在地震等自然灾害中的安全性和稳定性。

一、抗震性能分析钢筋混凝土框架结构的抗震性能主要体现在其刚度、强度和韧性三个方面。

1. 刚度刚度是指结构在受力时抵抗变形的能力，是保证结构整体稳定性的基础。

钢筋混凝土框架结构通常具有较高的刚度，其主要受到构件的截面尺寸和材料的影响。

在抗震设计中，应根据地震作用的水平和垂直特点，合理确定结构的刚度。

2. 强度强度是指结构在受到外力作用下抵抗破坏的能力。

钢筋混凝土框架结构的强度主要体现在构件的截面大小和材料的抗压和抗拉强度上。

在抗震设计中，应根据结构所处地震烈度区域和设计要求，合理确定构件的截面尺寸和材料的强度等级。

3. 韧性韧性是指结构在受到地震荷载作用时具有较大的变形能力，能够消耗地震能量，减小地震反应。

钢筋混凝土框架结构的韧性主要受到构件的延性和连接的影响。

在抗震设计中，应采用具有良好延性的构件和可靠的连接方式，确保结构具有足够的韧性。

二、抗震性能设计根据钢筋混凝土框架结构的抗震性能要求，设计中应遵循以下几个原则。

1. 合理选取结构形式根据建筑的高度、用途和地震烈度等因素，选择合适的钢筋混凝土框架结构形式，如普通框架、剪力墙-框架结构等。

并根据具体情况增加防震措施，如设置剪力墙、加强柱-梁节点等。

2. 优化结构参数通过合理调整结构的刚度和强度等参数，实现结构的韧性和稳定性之间的平衡。

根据设计要求和结构的受力特点，选择合适的构件尺寸、钢筋配筋和混凝土强度等参数。

3. 加强结构连接结构的连接部位是钢筋混凝土框架的薄弱环节，需要采用可靠的连接方式，如焊接、螺栓连接等。

同时，应加强节点的抗震设计，通过设置剪力墙、加强节点钢筋配置等措施，提高结构的整体抗震性能。

第26卷第3期2006年6月地 震 工 程 与 工 程 振 动EARTHQUAKE ENG I NEER I NG AND ENG I NEER I NG V IBRAT I ONV o.l 26,N o .3Jun .2006收稿日期:2005-12-09; 修订日期:2006-03-15 基金项目:河北省自然科学基金项目(E 2006000653)作者简介:麻建锁(1963-),男,教授,硕士,主要从事钢结构及结构抗震研究.文章编号:1000-1301(2006)03-0118-03钢筋混凝土框架顶部钢结构加层的抗震性能分析麻建锁1,张涛2,王元清2,蔡焕琴3(1.河北建筑工程学院,河北张家口075000; 2.清华大学土木工程系,北京100084;3.张家口市第一建筑工程有限公司,河北张家口075000)摘要:采用钢结构加层后,结构的整体质量、刚度、周期、阻尼比等都发生较大的变化。

仅对加层部分结构进行计算分析是不安全的,应进行结构的整体分析。

本文采用有限元软件AN S Y S ,对某4层钢筋混凝土框架结构办公楼顶部加2层纯钢框架的抗震性能进行分析,并在此基础上讨论了不同加层层数的整体框架模型、不同阻尼比F 和有侧移及无侧移框架形式对结构整体抗震性能的影响分析。

计算表明,由于加层后结构周期加长,整体框架的底层层剪力变化较小。

关键词:钢结构加层;整体框架;抗震性能中图分类号:P315.97文献标识码:AAnalysis of seis m ic resistance of i ntegral structure afteradding steel storeys on top of concrete fra m eM a Jiansuo 1,Zhang Tao 2,W ang Yuanq i n g 2,Ca iH uanq i n3(1.Architecture and C i v ilEng i neeri ng Insti tute ofH eb e,i Zhangji akou 075000,C h i na ;2.Depart m en t of C i v ilEng i neeri ng ,T si nghuaU n i versit y ,B eiji ng 100084,C h i na ;3.Zhang ji akou 1s tC onstr u cti on Engi n eeri ng C o .,L t d,Zh angji akou 075000,Ch i na)Abst ract :S i g nificant d ifferences occur i n the m ass ,stiffness ,peri o d and da m p i n g ratio after adding stee l storeys ont h e top of the or i g i n al bu il d i n g .It is necessar y to analyze the integ ral structure due to the unreliab ility o f calcu lating t h e addi n g storeys i n dependently .This paper co mpares different i n tegra lm ode ls by changing the nu m ber o f adding sto reys,da m ping ratio and adopting addi n g storeys w ith or w ithout braces on the top of the orig i n al four-sto rey concrete fra m e by fi n ite e l e m en t analysis(FEA )soft w are ANSYS.The result sho w s that the total bo tto m shear fo rce of the structure varies i n consp icuousl y as a result of t h e e longation o f the period .K ey w ords :steel add i n g storey ;integ ral FEA mode;l se is m ic perfor m ance引言80年代以前,我国城市的住宅和其它民用房屋,大多数是低层或多层建筑,这些建筑既不能停止使用,又急需扩大使用面积,其中有些建筑物在过去建设中没有进行抗震设防或者设防标准偏低,可结合房屋使用功能改善和抗震加固进行加层改造。