钢异形柱框架结构时程响应分析.pdfVIP

第九届全国现代结构工程学术研讨会 钢异形柱框架结构时程响应分析 张爱林1李健1于劲1’2 (1．北京工业大学建筑工程学院北京100124；2．北京市住宅建筑设计研究院有限公司北京100005) 提要：本文鉴于钢异形柱截面的特异性，应用有限元分析软件ANSYS自编命令流解决ANSYS截面库无法提供非通用截 面的问题，建立钢异形柱框架结构三维空间分析模型，针对钢异形柱框架结构体系动力性能研究尚属空白的现状， 通过模态分析，得到钢异形柱框架结构的自振频率、振型特点，运用动力时程分析法求得其在地震作用下的弹性地 震反应，对其抗震性能进行了深入的分析和总结，结果表明钢异形柱框架结构体系使用于强震区是适宜的，为工程 应用和试验研究奠定了基础。 关键词：钢异形柱，框架结构，抗震性能，地震反应 ．‘上-—J一 一、 刖舌 钢结构与其他材料相比，具有强度高、自重轻、抗震性能较好、施工周期短、环境污染小等优点，符 合国家的可持续发展的战略性目标，符合国家住宅产业化政策，因此钢结构成为了国家政策力推的一种建 筑结构形式，作为重点推广的新型建筑结构体系之一的钢异形柱框架结构是以钢异形截面柱(“十”形、 “T”形、“L”形)代替普通截面柱(H形、口形)作为竖向支撑构件而形成的结构，以避免柱角在室 内的凸露，改善建筑观瞻，增加使用面积，给建筑使用功能带来了更大的灵活性和方便性，并可配合新型 墙板使用，在多、高层钢结构建筑特别是住宅产业化实施中有着广阔的应用前景n3。但钢异形柱由于其截 面的特异性，在力学性能和抗震性能等方面与普通截面柱相比，有着显著的差异。目前的研究成果几乎都 是基于普通截面柱，对钢异形柱的力学性能和抗震性能研究则极少涉及晗]1【刷。 本文鉴于现行ANSYS版本无法提供非通用截面的问题，创建异形柱截面模块，方便了三维空间分析 模型的建立。对钢异形柱框架结构进行模态分析，掌握结构的固有频率和振型形式，为了具有可比性，建 立一结构参数相同的H形截面柱钢框架，并使异形柱的截面面积与H形截面柱相同，通过选取实际地震 记录输入进行时程分析，横向研究比较其抗震性能，研究结果表明钢异形柱框架结构能够在强震区使用， 为钢异形柱框架结构的推广应用奠定基础，提高我国钢结构住宅产业化水平。 工业建筑2009增刊 967 第九届伞国现代结构工程学术研讨会 框架结构分析模型的建立 (一)框架结构模型 在分析框架结构的抗震性能时，可取常见结构中的典型部分作为分析模型，对本文所要分析的两种结 构采用的是纵横方向各两跨，共6层的框架，跨度4．2m，层高3．Om，并假设每榀框架均无填充墙。梁、 柱材料均采用Q235钢材，楼板采用C20混凝土。结构平面布置图如图l、2所示。 图1异形柱平面布置图 图2H形柱平面布置图 (二)结构模型的建立 单元的选择和模型的建立是建筑结构动力分析的关键，本文以杆系模型为主，分析结构动力性能。选 块就可以根据不同的结构形式创建、调用。 在有限元模拟过程中，钢材的弹性模量取为：2．06x1011Pa，泊松比u=O．3，混凝土的弹性模量取为： 2．55x1010Pa，泊松比u=O．2，结构动力分析时，考虑阻尼、重力加速度及大变形的影响。 三、动力特性分析 如表1和图3所示，其中表l给出结构前10阶振型的频率及特点，图3为钢异形柱框架l’3、10振型图。 表1有限元模型的频率、周期和振型特点 振型号 频率(HZ) 周期(T)振型特点 振型号 频率(HZ) 周期(T) 振型特点 1 2．024． 0．494 X向平动 6 8．540 0．117 扭转 2 2．059 0．486 z向平动 7 10．647 0．094 x向平动 3 2．783 0．359 扭转 8 10．930 0．091 Z向平动 4 6．185