不规则框架结构的Pushover分析

收稿日期:2009-10-13

作者简介:刘探梅(1984-),女,太原理工大学土木系结构工程专业硕士研究生,山西太原 030024

刘探梅

摘 要:简要介绍了静力弹塑性分析方法的原理、水平荷载加载模式,采用A NSYS 软件通过四种加载模式分别对四种框架结构进行了对比分析,分析结果表明,Pushov er 分析对不规则多层抗震性能分析的结果是可靠的。关键词:静力弹塑性分析,水平荷载加载模式,不规则框架结构中图分类号:T U 375.4文献标识码:A

0 引言

Pushover 分析方法由于其简单实用,而后随着基于性能的抗

震设计思想的提出和发展,在地震工程界引起广泛的兴趣。Pushover 分析方法本质上是一种与反应谱相结合的静力弹塑性分析法,它按一定水平荷载加载方式,对结构施加单调递增的水平荷载,逐步将结构推至一个给定的目标位移来研究分析结构的非线性性能,从而判断结构及构件的变形受力是否满足要求。

本文选取了四种框架结构,一种为三层规则框架结构,其他三种为不规则结构,分别采用四种加载模式(均布、曲线、倒三角、多振型),对四种结构对比分析得出结论。

1 水平荷载加载模式

[4]

在进行Pushover 分析时,水平加载模式的选取是非常重要的,它直接影响着P ushover 分析的结果。一个合理的加载模式,既要反映出地震作用下结构层惯性力的分布特性,又应该使所求得的位移能大体真实反映出地震作用下的位移状况[1]。在Pushover 分析过程中可以假定加载模式是不变的,即不考虑结构变形过程引起的地震力分布的变化,这样的Pusho ver 分析结果有时可能会与实际的非线性动力反应有较大的差别,特别是在高阶阵型影响比较大以及层间剪切力与层间变形的关系对所加荷载模式特别敏感时这一点尤为明显。因此Kr aw innkler 建议,对于高阶阵型影响较大的结构,应至少采用两种以上的加载模式进行Pushover 分析[6]。本文采用四种加载模式分别是:均匀加载模式、倒三角加载模式、曲线加载模式和考虑多振型的SRSS 加载模式。

方式1:均布加载:沿结构竖向均匀施加水平荷载。

方式2:倒三角加载:沿结构竖向倒三角施加水平荷载。方式3:曲线加载。

P i =

W i h k i

E

n

m=1

W m h k m

V b (1)

其中,n 为结构层数;h i ,h m 分别为结构第i ,m 层距地面的高度;W i ,W m 分别为结构第i,m 层的楼层重力荷载代表值;V b 为基底剪力;参数k 取值与结构基周期T 有关。

方式4:考虑多个振型的SRSS 加载模式,是根据振型分解反应谱法平方和开平方(SRSS),计算结构各层的层间剪力,由各层层间剪力反算各层水平荷载。

2 算例

本文所采用的框架结构的平、立面图如图1所示。

1)结构均为混凝土框架结构,首层层高均为4.2m,上面层层高均为3.3m,设防烈度为8度(设计基本地震加速度值为

0.20g ),场地特征周期为0.35s,混凝土梁柱均为C30。2)由图1可知,结构每一网格均为6m @6m,梁采用250mm @500mm 。柱子截面与层高有关。层高为6层的结构,1层~3层边柱为0.5m @0.5m,中柱为0.6m @0.6m;4层~6层边柱为0.4m @0.4m,中柱为0.5m @0.5m 。3层的结构边柱为0.4m @0.4m,中柱为0.5m @0.5m

。

基于ETABS 的高层建筑抗风性能评价

收稿日期:2009-09-23

作者简介:邹浩强(1975-),男,工程师,青岛建安建设集团有限公司,山东青岛 266071

董建丽(1976-),女,工程师,青岛青咨工程咨询有限公司,山东青岛 266071

邹浩强 董建丽

摘 要:以某高层商住楼为研究对象,结合相关规范提出高层建筑抗风性能评价指标,采用ET ABS 结构分析软件建立

模型并分析其在不同风荷载工况下的反应,初步评价了结构的抗风性能,以完善高层建筑设计。关键词:高层建筑,风荷载,ET ABS,抗风性能评价中图分类号:T U 312.1

文献标识码:A

高层建筑属于柔性建筑,水平荷载是高层结构主要的侧向荷载,而柔性的高层建筑又是水平向荷载的敏感建筑,建筑越高,它的作用就越明显。风荷载作为高层建筑的主要水平向荷载之一,其作用的频率较地震作用要高很多,有时甚至起着决定性的作用。对已建高层建筑进行评价时,应当重视其抗风性能。本文针对工程实例,结合有关规范提出主要的抗风评价指标,通过结构分析软件ET A BS 建立有限元模型并计算其在不同风荷载工况下的响应,最后根据分析结果评价工程的抗风性能。

1 工程概况

本建筑位于青岛市某住宅小区,为一高层商住楼,小区周围环以城市干道,交通便捷。工程为钢筋混凝土框架剪力墙结构,建筑面积31733m 2,建筑总高77.8m,室内外高差0.9m,地上23层,1层~4层为商业集结场所,5层~20层为商业、办公及住宿地,顶层为机房层。剪力墙厚度均为200mm,楼板厚120mm;混凝土强度等级为C30,墙内纵向及水平钢筋采用HRB400钢筋。设计使用年限为50年。青岛地区50年重现期的基本风压为0.55kN /m 2,工程地面粗糙类别为B,该工程风荷载体型系数为1.3。本文仅就该结构的实际抗风性能进行分析。

2 风荷载的危害性

1)结构构件受到过大的风力作用而失稳,发生严重破坏甚至倒塌;2)结构产生过大的挠度或变形,影响建筑的正常使用功能;3)反复的风振作用会导致结构的疲劳破坏;4)气动弹性的不稳定使结构物在风运动中产生加剧的气动力;5)由于结构产生过大的动态振动,使建筑物的居住者产生不舒适感。

3 高层建筑抗风性能评价指标3.1 高层结构扭转效应限值

[3]

为了控制高层建筑结构扭转效应的潜在破坏力,规范规定了结构扭转效应的上限,结构扭转为主的第一周期T t 与平动为主的第一周期T 1之比,A 级高度高层建筑不应大于0.9,B 级高度的建筑、混合结构高层建筑及5高规6第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。

3)用A NSYS 有限元软件分析,Beam1模拟梁柱,楼板自重及其上面的活荷载将以集中质量加在节点上用M ass21模拟。

4)结构采用四种加载模式进行Pushov er 分析,直到结构顶点的层间位移达到1/50时,认为结构破坏[3]。取此时的层间位移角和层间位移图进行比较,如图2~图9所示。

3 结语

通过对上述四个比较简单的结构分析、计算,由图2~图9可得

以下结论:

1)比较低层结构1,2和多层结构3,4,随着层数增大这几种加载模式的计算差别也随之有些增大。而不规则结构与规则结构相比,这几种加载模式所计算的结果还是差别很小的。因此,对不规则多层结构进行Pushover 分析来判断结构的抗震能力是可行的。2)由图2~图9可以看到倒三角和曲线加载模式的计算结果比较接近,在分析中可以采用其中的一种,减少一种加载方式来

减小计算量。

参考文献:

[1] GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[2] 李 刚,程耿东.基于性能的结构抗震设计)))理论、方法

与应用[M ].北京:科学出版社,2004.[3] 熊向阳,戚震华.侧向荷载分布方式对静力弹塑性分析结果

的影响[J].建筑科学,2000,17(5):8-13.[4] 侯爱华,汪梦甫,周锡元.Pushov er 分析方法中各种不同的侧向荷载分布方式的影响[J].世界地震工程,2007,23(3):120-128.

[5] 赵丽清.建筑抗震概念设计[J].山西建筑,2008,34(18):-90.

[6] Applied Technol ogy Council(A T C),Sei smic Evaluati on and Retrofit

of Concr ete Building ,Report AT C40,1996.

Pushover analysis of the irregular frame structure

LIU Tan -mei

Abstract:It briefly intr oduces the static elasto -plastic analysis method .s theo ry,horizontal load loading model,adopts the AN SY S softw are to g et compar ison and analysis on four fr ame structur es respectively according to four models,analysis results prove that the analysis results of the Pushover analysis on irregular multiple rise ant-i seismic performance analysis is r easonable.Key words:static elasto -plastic analysis,horizontal lo ad loading model,irregular frame structure