基于中心支撑法的柔性钢构抗震性能改进研究

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1、基于中心支撑法的柔性钢构抗震性能改进研究摘要：文章在研究国内外抗震技术最新发展现状的基础上，针对实际非对称钢框架结构进行了专项研究。首先，运用结构分析软件SAP2000建立了实际钢框架结构的三维有限元模型，对不同地震作用下的结构响应进行了计算分析，然后研究了在不同工况下结构的地震反应性能，提出了原结构的抗震方面的缺陷和运用中心支撑提高其抗震性能的有效措施。本文的研究为实际工程钢结构改造提供了合理建议，对未来钢结构的设计具有参考价值。在实际工程中原结构存在横（纵）向在不同地震波横（纵）向输入的情况下的结构横（纵）向位移和横（纵）向层间位移的设计缺陷，不符合抗震规范的要求，需对原结

2、构进行改进处理；在利用了本文研究结果之后，对原始结构进行了必要的改造处理，解决了原始结构设计过程中存在的设计缺陷，有效提高了结构的抗震性能。关键词：钢结构；结构抗震；中心支撑；地震反应分析1引言由于纯框架结构体系有整体刚度均匀、构造简单且制造安装方便；同时在大震作用下，结构具有较大的延性和一定的耗能能力等多种优点，因此，该钢结构是高层建筑中最常用的。在水平力作用下，当楼层较少时，结构的侧向变形主要是剪切变形，即由框架柱的弯曲变形和节点的转角所引起的；当结构的层数较多时，结构的侧向变形变为弯剪型，除了包含框架柱的弯曲变形和节点的转角外，框架柱的轴向变形所造成的结构整体弯曲而引起的

3、侧移随着结构层数的增多越来越大。钢结构一般具有良好的抗震性能，但是在强烈地震作用下也难免要进入弹塑性状态，并通过发展塑性变形和累积耗能来消耗地震输入能量。支撑可以增加框架的抗推刚度，有效的减少框架的侧移，并通过自身的滞回性能来消耗输入的地震能量，保证框架具有良好的抗震性能。但是，工业建筑由于工艺和操作空间的需求，常常尽量少使用支撑甚至不使用支撑，因此有可能存在抗震性能不满足规范要求的情况，在施工完成后需要采用一定的补救措施。本研究是对山西某一电厂的工业用途的钢框架结构进行的。由于原框架钢结构体系不满足在多遇地震情况下的抗震设计要求，所以需要考虑加以改进处理。研究过程主要包括：建

4、立有限元计算模型、结构模态分析和地震动力反应时程分析等。通过计算分析并采取合理措施，将结构位移和层间位移限制到规范许可的范围内，继而保证结构的正常使用性能和安全性。2工程概况本工程位于山西省，是某一电厂的工业用途的钢框架结构，该钢结构共7层，檐口高度33m，结构横向跨度9.31m，纵向跨度6.31m，建筑总面积411.22m2。从《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)附录A中查得工程所在地分别为“一组”和8度（0.3g）。根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)的6.1.2及《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99－98)的规定可知，本工程为丙类建筑，抗

5、震等级为三级。107其结构平台平面图如图1.1所示。钢材的弹性模量取206GPa，泊松比取0.3，密度取7800kg/m3。钢柱采用宽翼缘H型钢HW350×350×12×20，柱间的梁采用宽翼缘H型钢HW300×300×10×15，短梁采用普通工字钢I20a，其他的梁采用［16a槽钢。其型钢的布置方式如图1.2上的局部坐标系所示。局部坐标1轴沿纵向，局部坐标2轴沿横向，局部坐标3轴沿铅直方向。楼板采用15mm厚的花纹钢板，满铺。图1.1原结构平台平面图（a）［16a槽钢（b）I20a工字钢107（c）HW300×300×10×15（d）HW350×350×12×20图1.2原钢

6、结构采用的钢材截面及布置方式本研究对该钢框架结构进行抗震性能分析，研究在初始设计存在缺陷的前提下，如何通过计算分析找出薄弱环节，然后加以改进，以提高其抗震性能。2.1原结构计算建模目前存在两种广泛使用的模型：层模型和三维线性模型[1]。层模型主要用于简化分析；三维线弹性模型可进行地震反应分析计算。文章采用有限元法建立结构分析三维线弹性模型，模型框架采用框架单元，楼面采用壳单元，材料模型采用各向同性线弹性材料。采用SAP2000建立起来的组合结构数值模型，采用以下假设[2]：(1)没有考虑桩土动力相互作用的影响。文章把结构基础模拟成无限刚度，结构模型嵌固于刚性基础之上，所有竖向构

7、件底部固接于基础。(2)结构的非线性效应。文章所示结构主要考察钢结构体系抗震性能指标的优劣，不考虑材料非线性和几何非线性。(3)阻尼的影响。阻尼问题一直没有很好的解决办法，按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第8.2.2条要求，钢结构在多遇地震下的阻尼比，超过12层钢结构可以取0.02，在罕遇地震作用下的阻尼比可采用0.03，故最终假定阻尼比取值为0.03。(4)楼面刚性假定。结构楼面为完整楼面，不存在大的凸出及开口，基本上可以假定结构楼面为刚性，刚性假定可以大大减小结构构件