纯钢框架、普通支撑框架和防屈曲耗能支撑框架的抗震性能对比分析.pdf

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1、纯钢框架、普通支撑框架和防屈曲耗能支撑框架的抗震性能对比分析余峰(中国建筑西南设计研究院有限公司，．四川成都610081)摘要：本文采用通用有限元软件M1DAS／GEN，用振型反应谱法分析了纯钢框架、普通支撑框架和防屈曲耗能支撑框架结构体系在地震作用下的弹性性能。关键词：支撑；，屈曲；反应谱分析中图分类号：TU31文献标识码：B文章编号：1672—401l(20lO)02—0036—020前言地震是威胁人类生命财产安全的主要自然灾害之一。为了减轻地震灾害，地震上程工作者致力于提高建筑物抗震能力的研究，形成一套较完整的抗震理论并应用于工程实践。传统的抗震设计方法是利用结构

2、本身的抗震性能抵御地震作用，以达到抗震的目的，．即保证结构本身具有足够的强度、刚度和延性，使所设计的建筑物做到“小震不坏、中震町修、大震不倒”。这种抗震是．·种消极被动的抗震方法。随着社会的发展，对建筑物抗震设计的安令性和适用性提出了更为严格的要求，采用传统的抗震设计方法已不能适应现代工程结构的实际需要。中国汶川、日本阪神等大地震的震害调查表明：各类建筑物的结构设计不应仅仅局限于满足传统的“按烈度设防”。完善现有结构抗震设计理论，探索新的抗震没防标准，研究更加经济、安全、可靠的结构抗震新体系以及寻求更加合理有效的耐震新技术，已成为工程结构抗震领域的主要课题，对有效减轻地

3、震灾害具有重要的现实意义。1结构抗震性能分析方法1．1振型分解反应谱法振型分解反应谱法是在振型分解法和反应谱理论的基础上发展起来的计算多遇地震作用的方法，该方法的基本思路是：利用振型分解的概念，将多自由度体系分解成若干单自由度系统的组合，引用单自由度体系的反应谱理论来计算各振型的地震作用，然后再按一定的规律将各振型的动力反应进行组合以获得结构总的动力反应。1．2时程分析法在抗震计算中，多(高)层建筑结构作为弹甥性振动体系，直接输入地面运动，计算其在地震过程中的各种反应值，称为弹塑性直接动力法，又称时程分析法。常用的方法是，讲地面运动时间t分割成一系列的时间间隔△t，在每

4、个时间间隔△t内把体系当作线性体系来计算。逐步求出体系在各时刻的反应。2算例本次计算采用振型分解反应谱法。选用一个六层钢框架体系，总高18m，各层层高均为3nl，房屋宽度18m，纵向柱距6m，房屋总长度24nl，柱距6nl。楼板厚120栅。梁、柱截而选用我国H型钢，钢材屈服强度345N／mm2，抗托强度为470N／mm2。分别考虑在该纯钢框架体系的幕础卜增加单斜布置的普通钢支撑和防屈曲耗能支撑，两种支撑的面积、数量、布置方式均相同，X向第1、3、5榀框架上布置有支撑；Y向第l、4榀布置支撑，其布置如图1。／＼／＼／＼／＼／＼／＼算例平面布置X方向立面布置Y方向立面布置图

5、1本次计算取抗震设防烈度为8度，建筑抗震设防类别为标准设防类，设计基本地震加速度为0．2g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类；基本风压：0．3kN／m2，地面粗糙类别：B类；楼面恒载：4．5kN／m2，活载2．0kN／m2；屋面恒载：7．5kN／m2，活载3．0kN／m2；梁上线倚载：7．9kN／m2。假定楼板在自身平面内刚度无限大。本结构采用瑞雷阻尼，参照抗震规范条例，取结构整体阻尼比为0．035，结构构件截面参数如下表：表1结构构件截面参数构件类型截面尺寸l

6、l间柱Hw400×400×13／21外F同柱HW428×407×20／35粱HM390×300x10

7、／16普通支撑HW150×150×7／10防届曲支撑(内核)179．2ram×22．4mm(一字形)按照规范要求，本次计算选取了elcentro和sallleman-do以及一组人工模拟波。将上述地震波曲线进行数学变换后，可以得到其相应的地震波加速度反庇谱曲线如图2所示。我们可以从图中看到输入地震波加速度反应谱与规范反应谱在两个频率段上各个周期点上相差不多，基本满足统计意义上的相符。2．1周期根据模态分析的结果，三种结构的前三阶振型都分别为Y向半动、X向平动及z向扭转。从图3可见，纯钢框架周期明显长于另外两种结构，而普通支撑框架和防埘曲耗能支撑框架结构周期相差不大。普通

8、支撑框架结构比防屈曲耗能支撑结构周期稍长一点，这是由于两者的轴向刚度相卜习而抗弯刚度差异所导致的。毒垛善越嗤量}囤2输入地震波反应谱与规范反应谱曲线比较围3前六个周期对比2．2层问位移角和水平位移在横向静儿地震作用F．纯钢框架的最大弹性层问位移角以=1／263，0，=1／217，普通支撑框架为以=1／417，日，=1／370，防屈曲耗能支撑框架为p。=1／454，0，=1／370。纯钢框架由于抗侧刚度较弱，x和Y向最大弹性位移角超过r规范GB50011—2001规定的1／300的限值，普通支撑框架和防屈曲耗能支撑框架的层『日J位移角和水平