三层框架结构地震响应分析.docx
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三层框架结构地震响应分析
三层框架结构地震响应分析
李琳，陈刚
（郑州经贸职业学院，河南郑州，450000；北京国华电力有限责任公司，北京，100025）
摘要：
利用简化的空间模型，讨论了结构在地震力作用下，利用谱分析方法计算分析由于地震而产生的结构地震效应。
本文在分析时，利用大型通用软件ANSYS的结构模块自编程序计算，分别讨论了在只有自重的情况下此结构的变形，和在地震力作用下结构模型的变形的变化。
通过研究得到了一点有益的结果，为今后建筑的抗震提供参考。
关键词：
框架结构；谱分析方法；地震响应
EarthquakeResponseAnalysisoftheThreePortalFrameConstruction
Lilin
（ZhengzhouVocationalCollegeofEconomicsandTrade，Henan，Zhengzhou，450000）
Abstract：
Usingsimplespacemodel,Discussionstructureseismicefficiencywhichproducesasaresultoftheearthquakewiththereciprocalspectrumanalysismethodcomputationunderthefunctionoftheseismicforce.Thisarticleusethestructuremoduleofthelarge-scalecommonsoftwareANSYSfromarrangestheroutinecalculation,discussedseparately,structuralmodeldistortionandreactionofsupportchangeunderthefunctionoftheGravitationmerelyandunderthefunctionoftheseismicforce.Obtainedapointbeneficialresultthroughtheresearch,willprovidethereferenceforthenextconstruction'searthquakeresistance.
Keywords：
Portalframeconstruction;Reciprocalspectrumanalysismethod;Earthquakeresponse
框架结构是常见的结构形式，框架结构布置灵活，具有较大的室内空间，使用比较方便。
框架结构主要用于有抗震设防的多层建筑和不考虑抗震设防、层数较少的高层建筑中。
框架结构分为梁柱框架、板柱框架、异型柱框架，由线构件组成，刚度有限，正常情况下其变形为剪切变形。
在框架结构工程设计中，概念设计体现在建筑体型、结构方案、构造细节，包括总体布局和处理原则等。
在抗震框架结构施工方面，近几年来工业与民用建筑中，采用钢筋混凝土框架结构的占有很大的比例。
在结构设计中，大多数采用了先进的平法设计方法。
这种设计对施工人员的技术素质要求较高，不仅需要具备建筑结构相应的专业知识，而且要了解设计规范的有关规定和熟悉施工规范的相关要求，在充分了解设计意图的基础上，遵照规范、标准的要求以及通用图集的具体做法才能较好地组织安排施工。
经过几年的培训，大部分专业施工人员已逐步掌握了这一新的科学表达方法。
但仍有一些施工人员还不很习惯平法施工图设计的识图方式，在施工过程中由于理解不深、了解不细、考虑不全，往往容易顾此失彼，产生一些误会，发生一些影响工程质量的问题。
如箍筋数量不足、支座负筋排列不当、后浇带施工处理欠周、抗震缝夹带物体未清理干净等问题。
这些质量隐患，将会不同程度地影响结构的安全使用。
如不及时整改，一旦发生强烈地震，就会造成严重的不良后果。
因此，在建筑结构设计中，结构抗震验算是重要环节之一，是确定所设计的结构满足最低抗震设防安全的关键步骤。
目前，进行结构抗震验算的分析方法有底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法。
在对结构进行时程分析时，确定结构侧移刚度尤为重要，对于结构侧移刚度分析方法有反弯点法分析、D值法分析、非线性静力分析、柔度法分析、双鱼模型分析和杆系模型分析，这些分析方法各有优缺点。
随着建筑数量的增加，如何增强建筑的抗震性能，减少灾难对人类的危害，已成为人们越来越关注的课题。
特别是“5.12”四川汶川大地震之后，地震对民用建筑所造成的危害更加引起本行业乃至整个社会的大力关注。
笔者以3层建筑楼框架为例，利用ANSYS内嵌的APDL二次开发语言，建立了三维空间板梁结构的有限元模型，对高层建筑结构在地震载荷作用下的动力响应问题进行了分析研究。
1．模型的建立
楼板和屋盖厚度均为200mm，框架柱截面为0.5m*0.5m，横梁的截面积为0.3m*0.6m。
如图1-1所示。
图1-1框架结构尺寸简图
以有限元分析软件ANSYS9.0为工具建立结构模型。
结构与地面简化为刚性连接，材料为混凝土，具有非线性塑性变形的特点，故单元类型采用SOLID45。
材料常数为：
弹性模量30GPa、泊松比0.1667、密度为2500kg/m3。
将建好的模型的每条线按1m进行剖分，经过节点融合，共有节点10935个，单元40496个。
模型及剖分网格如图1-2所示：
图1-2剖分网格图
2.加载
2.1重力
首先在模型的20个立柱与地面接触处施加x，y，z三个方向的约束，使之成为固定端支座。
然后施加重力加速度，加载自重：
ACEL,0,9.8,0,
2.2地震反应谱
选择模态分析，设置为10阶段的模态震型；设置地震波方向：
忽略x方向的地震波，加载y方向地震波；输入一一对应的频率-谱值，见表1-1。
ANTYPE,SPECTR
SPOPT,SPRS,10,YES
SVTYP,3
SED,,1
FREQ,0.5,1.0,2.4,3.8,17,18,20,32
SV,0.1,1E-3,0.5E-3,0.9E-3,0.8E-3,1.2E-3,0.75E-3,0.86E-3,0.2E-3
表1-1频率-谱值表
响应谱
频率（Hz）
位移（103m）
0.5
1.0
1.0
0.5
2.4
0.9
3.8
0.8
17
1.2
18
0.75
20
0.86
32
0.2
3.计算结果
3.1仅加载重力
对于所建模型仅仅加载重力的情况下的变形、第一、第三主应力云图，如图所示：
图3-1结构变形图
图3-2第一主应力云图
图3-3第三主应力云图
3.2地震响应分析
计算成果如图所示：
图3-4结构变形图
图3-5第一主应力云图
图3-6第三主应力云图
3.3比较分析
模型仅在施加自重的情况下，大跨度的梁和板受到重力的作用，有向下弯曲的趋势，根据图3-2、3-3可以看出板和梁变性比较大，分散到承重柱的力比较集中在四周的柱上，特别是此框架结构四角的承重柱，受到的压力最大，而位于中间的柱受力很小。
对于受到地震波影响的情况下，整体结构变形呈向上弯曲的形势，特别是对于楼顶的板变形最为严重，而越楼层低的受到的影响就越小，但是承重柱所承载的力和上述第一种情况恰恰相反，位于中间的柱受力最大，四周的柱受力最小。
4.总结
从以上分析可以得出结论，对于有抗震要求的框架结构的建筑在设计的时候要加强承重柱的承载能力，一旦发生地震，最先被破坏的就是建筑物内部的承重柱；要增加建筑顶楼的梁、楼板的抗拉强度，这样在发生地震的时候才不会发生破坏性的变形。
参考文献：
[1]框架结构基础隔震建筑的三维地震响应，夏得亮，山西建筑2007年6月
[2]建筑结构振动模型地震响应比较分析，李夫凯，裴星洙，胡成，安徽建筑工业学院学报，2007年8月
[3]高层建筑结构地震响应问题的ANSYS分析，靳翠军，刘卫群，杨小军，黑龙江科技学院学报，2007年1月
作者简介：
姓名：
李琳出生年月：
1981.01民族：
汉籍贯：
河南省郑州市学历：
研究生毕业院校：
华北水利水电学院职称：
助教工作单位：
郑州经贸职业学院研究方向：
水利及建筑工程结构和施工地址：
郑州市航海西路108号郑州经贸职业学院A-416B邮编：
450006
姓名：
陈刚出生年月：
1981.03民族：
汉籍贯：
河南省郑州市学历：
本科毕业院校：
河南财经学院工作单位：
北京国华电力有限责任公司研究方向：
煤炭质量检验
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