浅谈弹性时程分析的设计要点_高宇斌
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关于弹性时程分析的一点建议张元伟(山东省建筑设计研究院,济南,250001)[摘要] 在采用时程分析法时,须首先判断所选地震波的合理性,规范要求时程分析得到的结构底部剪力与振型分解反应谱法计算的结构底部剪力进行比较,前者不能太小。
然而,振型分解反应谱法在计算结构底部剪力时须考虑填充墙的影响进行周期折减,而时程分析时则不考虑填充墙的影响,此时二者进行比较,其结论必然受到质疑。
本文,在考虑填充墙影响的前提下,分析了考虑填充墙与否,对选波合理性判断及结构地震作用是否需要放大进行了讨论,分析表明,填充墙对结构的影响应当在时程分析时予以体现。
[关键词] 时程分析;周期折减中图分类号:TU318+.1文献标识码:A文章编号:15S1070Suggestion about the elastic time-history analysisZhang Yuanwei(Shandong Provincial Architectural Design Institute,Jinan 250001)Abstract: In the elastic time-history analysis process, first of all, to judge the rationality of seismic wave selected, code request the base shear forces from the time-history analysis should not be to small when compared with modal analysis method. However, in the modal analysis method the block walls should be considered, but not considered by the elastic time-history analysis method. When the two comparison, the conclusion must be questioned. In this paper, considering the block walls, analyzed the block walls or not, the rationality of seismic wave selected and the base shear forces should be enlarged or not were discussed, analysis shows that, in the elastic time-history analysis process, block walls should be considered.Keywords: time-history analysis; Cycle reduction1前言振型分解反应谱法是计算地震作用的基本方法,对于特别不规则、特别重要和较高的高层建筑要求采用弹性时程分析法作为补充计算。
带加强层的框架—核心筒弹性时程分析摘要:本文通过有限元分析软件ETABS建立了超高层框架—核心筒结构的精细有限元模型,分析了对带有加强层的框架—核心筒结构在两种不同地震波作用下的弹性时程分析,获得了楼层剪力,楼层位移和楼层层间位移角包络曲线以及在地震作用下的整体结构的能量反应规律。
结果表明,带加强层的框架—核心筒结构对应的结构底部剪力和底部剪力平均值均满足《抗规》相关要求。
关键词:框架核心筒加强层 ETABS 弹性时程分析有限元分析1.引言近年来,随着城市化进程的逐渐推进越来越多的人开始走进城市,在建设用地越发紧张和城市人口越发密集的矛盾驱使下引发了新一轮的高层建筑建设热潮。
同时由于科学技术的飞速发展,高层建筑在已在全世界普及,其结构体系也日趋多元,建筑物高度也从最初的几十米发展到几百米,。
2010年在阿联酋迪拜建成的哈利法塔建筑总高度达到了828米,是迄今为止世界第一高楼。
但是高层建筑的发展也会给结构设计师带来巨大的挑战,在复杂高层建筑的建造中,如何提升其抗侧力和竖向作用的能力从而提升结构整体刚度和抗震性能是当下高层建筑发展中最迫切需要解决的问题。
本文的研究目标是根据在超高层建筑的建造要求,对带有加强层的框架—核心筒结构进行弹性时程分析,验证其结果的合理性和在反应谱方法下的抗震性能的计算差异。
2.带加强层的框架—核心筒结构的有限元模型建立为了减少理论计算与实际情况的差别,本文所采用的有限元模型是选择在实际工程背景下的建立的。
该工程位于四川省成都市彭州,距中心城区27公里,为石油化工工业区办公大楼,建筑总层数为40层,建筑高度为156m,标准层层高为3.9m,结构高宽比为5.78,其中芯筒的高宽比为17.33,建立有限元模型如图2.1所示3.1模型楼层剪力曲线对比图 3.2模型楼层位移对比图由图3.1可以看到,与反应谱法计算出的层剪力从下到上依次减小不同,使用时程法得出的层剪力在结构中部时大时小,层剪力曲线呈波浪形。
框支剪力墙结构的弹性时程分析摘要:框支剪力墙结构需要在下部商业柱网和上部小开间之间设置水平转换层实现荷载的传递。
框支剪力墙结构属于竖向不规则体系,结构的刚度的发生突变,属于较为薄弱的部位,因而采用多遇地震下的时程分析对结构设计进行复核。
关键词:框支剪力墙结构时程分析结构抗震1 弹性时程分析法的介绍结构的地震动响应分析在复杂高层的设计中时常用的一个方法,它通过选取合理的地震波,利用峰值反映出地区烈度,频谱组成反映待建工程场地的特征周期和动力特性。
弹性时程分析是考察结构在多遇地震烈度下工作性能和地震反应有效手段。
它是在结构基本运动方程输入地面加速度记录进行积分求解,以求得整个时间历程的地震反应的方法。
此方法在进行时程积分时引入了一系列假设,此外其理论基础没有任何的限制,精确考虑结构与土、基础的相互作用,处理非线性、线性等相关问题。
结构多自由度体系的动力方程可表示为:[M]{ü}+[C]{ù}+[K]{u}=_[M]{a};式中:[M],[C]和[[K]分别为结构的的质量、阻尼和弹性刚度矩阵;{ü}、{ù}、{u}分别表示结构体系的加速度、速度、位移反应;都是时间t的函数;{a}为地面运动加速度,都是时间t的函数。
在时程分析时经常假定阻尼矩阵[C]与质量矩阵[M]成正比,阻尼矩阵[C]与刚度矩阵[M]成正比,则阻尼矩阵计算如下:[C]:α1[M]+ α2[K]α1=[2(λiωj-λiωi)ωiωj]/(ωi+ωj)α2=[2((λiωj-λiωi)]/(ωi+ωj)(ωj-ωi)式中λi、λj和ωiωj分别为第i、j振型的阻尼比和频率结构计算的力学模型可以划分为杆模型和层模型。
杆模型以杆件作为计算的基本单元,按照静力计算方法建立杆件单元刚度矩阵及总刚度矩阵,得到杆件内力和变形随时间变化的全过程,从而得出其最大变形和内力。
层模型视整体结构为一根悬臂杆,各个楼层质量集中为一个质点,其自身的刚度作用于一悬臂根杆中,称为层刚度。
PKPM软件园地 建筑结构.技术通讯 2007年1月弹性、弹塑性时程分析法在结构设计中的应用杨志勇 黄吉锋(中国建筑科学研究院 北京 100013)0 前言地震作用是建筑结构可能遭遇的最主要灾害作用之一。
几十年来,人们积累了大量的实测地震资料,这些资料多以位移、速度或者加速度时程的形式体现。
与此相对应,时程分析方法也被认为是最直接的一种计算建筑结构地震响应的方法。
但是,由于地震作用随机性导致计算结果的不确定性,弹性时程分析方法只是结构设计的一种辅助计算方法;虽然如此,抗震规范为了增强重要结构的抗震安全性,还是将弹性时程分析方法规定为常遇地震作用下振型分解反应谱法的一种补充计算方法;尤其是考虑了结构的弹塑性性能后,弹塑性时程分析方法更是被普遍认为是一种仿真的罕遇地震作用响应计算方法。
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第3.6.2,5.1.2,5.5.1,5.5.2,5.5.3等条文规定了时程分析相关的内容。
下面结合TAT ,SATWE ,PMSAP 和EPDA 等软件应用,探讨如何将弹性、弹塑性时程分析正确应用到结构设计中去。
1 弹性时程分析的正确应用11正确地在软件中应用弹性时程分析方法需要对规范的相关条文规定有正确的认识。
以下几点是需要特别明确的:(1)抗震规范第5.1.2条第3点规定,“可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值”。
在设计过程中,如何实现“较大值”有不同的做法:1)设计采用弹性时程分析的构件内力响应包络值的多波平均值与振型分解反应谱法计算结果二者的较大值直接进行构件设计;2)在实现振型分解反应谱方法时,放大地震力使得到的楼层响应曲线包住时程分析楼层响应曲线的平均值。
图1 SATWE 地震作用放大系数前一种做法可能使得构件配筋较大,因为在时程分析过程中,构件内力的最大响应具有不同时性,采用包络值进行设计会使得构件内力,尤其是压弯构件内力偏于保守。
关于时程分析最精髓的解读时程分析法是20世纪60年代逐步发展起来的抗震分析方法。
用以进行超高层建筑的抗震分析和工程抗震研究等。
至80年代,已成为多数国家抗震设计规范或规程的分析方法之一。
“时程分析法”是由结构基本运动方程输入地震加速度记录进行积分,求得整个时间历程内结构地震作用效应的一种结构动力计算方法,也为国际通用的动力分析方法。
“时程分析法”常作为计算高层或超高层的一种(补充计算)方法,也就是说满足了规范要求的时候是可以不用它计算结构的。
规范规定:对于特别不规则的建筑、甲类建筑及超过一定高度的高层建筑,宜采用时程分析法进行补充计算。
所以有较多设计人员对应用时程分析法进行抗震设计感到生疏。
近年来,随着高层建筑和复杂结构的发展,时程分析在工程中的应用也越来越广泛了。
1 输入地震动准则输入地震动准则即为结构时程分析选择输入地震加速度记录时程(简称地震波)的基本要求,包括:地震环境(场地类别和地震分组)、数量、持续时间、检验方法等。
地震波的合理选择是时程分析结果能否既反映结构最大可能遭遇的地震作用,又满足工程抗震设计基于安全和功能要求的基础。
在这里不提“真实”地反映地震作用,也不提计算结果的“精确”性,正是基于对结构可能遭遇地震的极大不确定性和计算中结构建模的近似性。
在工程实际应用中经常出现对同一个建筑结构进行时程分析时,由于输入地震波的不同,造成计算结果的数倍乃至数十倍之差,使工程师无所适从。
《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)(简称2010规范)5.1.2-3条要求“采用时程分析法时,应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线,其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3,多组时程曲线的平均地震影响系数曲线(即反应谱)应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符”。
1.1 “选波”要求1.1.1 地震环境要求2010规范在构建设计反应谱时,按不同场地类别和震级、震中距从全球强震加速度记录数据库中挑选了数百条地面加速度记录,求出每条记录的反应谱。