结构振型数的合理选取.ppt

《结构振型数的合理选取.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、结构计算振型数采用振型分解反应谱法进行结构地震反映分析中，为了确保不丢失高振型的影响，程序要求用户指定一定数量的结构计算振型数。但是一旦计算振型数过多，则会增加计算工作量。如何正确地选取结构计算振型数，介绍结构计算振型数与结构自由度数的关系；结构计算振型数对结构抗震设计的影响；按振型参与质量选取结构计算振型数；一个工程实例，说明结构计算振型数选取不足带来结构抗震的不安全性。1.规范、规程相关规定抗震规范第5.2.2条规定抗震计算时，不进行扭转耦联计算的结构，水平地震作用标准值的效应，可只取前2～3个振型，当基

2、本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5时，振型个数应适当增加。其条文说明中还指出为使高柔建筑的分析精度有所改进，其组合的振型个数适当增加。振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。高规5.1.13-2条规定，抗震计算时，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，对多塔结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。1.结构振动自由度数用振型分解反应谱法分析计算地震作用时，要用到结构振动特性∶结构自振周期和振型；程序提供了两种结构模型∶侧刚模

3、型和总刚模型；各自有不同的结构振动自由度数；这里所称的“结构振动自由度数”是专指结构振动特性分析时计入质量的位移自由度，是与结构静载分析每个节点位移量是有区别的，但又有联系。本节所称的“侧向刚度矩阵”和“总体刚度矩阵”都是专指结构振动特性分析时所采用的结构刚度矩阵。2.1.侧刚模型采用刚性楼板假定的简化的结构刚度模型，即把房屋理想化为空间梁、柱和墙组合成的集合体，在楼板平面内由刚性楼板互相连接在一起。不管用户在建模中有无弹性楼板、刚性楼板或越层大空间，对于无塔结构的侧刚模型假定每层为一块刚性楼板；而多塔结构则

4、假定一塔一层为一块刚性楼板。每块刚性楼板具有三个独立位移自由度∶两个水平平动自由度、一个绕竖向转旋转自由度。侧向刚度矩阵就是建立在这些结构自由度上的，可通过结构总体模型的刚度矩阵凝聚而成。侧刚模型进行振型分析时结构自由度数相对较少，计算耗时少，分析效率高，但应用范围有限制。对于N层无塔的结构，侧刚模型的结构自由度数为3*N个。例如某个10层无塔结构，其结构自由度数为30个。对于有塔结构侧刚模型的结构自由度的计算会复杂些。首先要确定独立的刚性楼板数M，其结构自由度数为3*M个。例如某个30层多塔结构，共有3塔。

5、第1塔层数为1～30，第2塔层数为6～25（第1～5层与其它塔相连），第3塔层数为4～28（第1～3层与其它塔相连），则独立刚性楼板数M=30+(25-5)+(28-3)=75，结构自由度数为3*75=225个。2.2.总刚模型结构总刚模型假定每层非刚性楼板上的每个节点，有两个独立水平平动自由度，可以受弹性楼板的约束，而在刚性楼板上的所有节点只有两个独立水平平动自由度和一个独立的转动自由度。总刚矩阵就是建立在这些结构自由度上的，可通过结构总体模型的刚度矩阵凝聚而成。总刚模型进行振型分析时能模拟具有弹性楼板、大

6、开洞的错层、连体、空旷的工业厂房、体育馆等结构，可以求得结构每层每个构件的空间振动形态，但自由度数相对较多，计算耗时；往往包含有局部振动，对计算结果要仔细查看。对于N层无刚性楼板的结构，每层节点数分别为mi，则总刚模型的结构自由度数为例如某个无刚性楼板的10层结构，每层节点数都为30个，则总刚模型结构自由度数为10*2*30=600个。对于N层有刚性楼板的结构，每层独立于刚性楼板的节点数为,每层刚性楼板数为,则总刚模型的结构自由度数为例如某个有刚性楼板的10层结构，每层独立于刚性楼板的节点数都为20个，每层均

7、有1块刚性楼板，则总刚模型结构自由度数为10*(2*20+3*1)=430个。3.结构计算振型数3.1.地震作用和作用效应用振型分解反应谱法计算地震作用和作用效应时，不考虑扭转耦联计算的结构每个振型j在i质点都有水平地震作用，水平地震作用效应按平方和方根法SRSS加以组合其中m为结构计算振型数。考虑扭转耦联计算的结构每个振型j振型在i层也都有水平地震作用、、,水平地震作用的扭转效应按完全二次型组合法CQC加以组合:其中m为结构计算振型数。3.2选取足够的结构振型数由3.1.节可见结构计算振型数增加，水平地震作

8、用效应增大，就是说内力和变形应增大。按理说，以结构刚度矩阵自由度的总数作为结构计算振型数可完全包含振型分解反应谱法给出的全部地震作用效应。但对于一个大型结构工程，计算结构的所有振型、水平地震作用标准值以及进行水平地震作用效应组合所需计算机运行时间和存储开销实在太长，以致于往往无法实现。究竟是否有必要计算所有的振型并参与地震作用效应组合呢？不必要。因为最后的那些高振型对结构地震作用贡献很小，所以只要计