建筑结构抗震的几种计算方法

广东建材2006年第3期 建筑设计与装饰 建筑结构抗震的几种计算方法 欧妍君 钟 超 (广东省建筑设计研究院) 徐伟华 (广州市花都区房屋安全鉴定所) 摘 要：随着建筑物高度的增加，高宽比的加大，由水半力作用引起的内力和位移所占的比重也随 之增大，因此计算高层建筑物在水平力作用下的反应是结构分析的重要内容，静力作用主要是计算风 力作用(风压)，动力作用主要考虑地震作用。本文介绍国内外现常用的地震作用分析方法，及其各自 特点，供建筑结构设计人员参考。 关键词：地震作用；反应谱法；弹性时程分析方法；弹塑性时程分析方法 1前言 地震作用计算是高层建筑结构分析的核心内容。我 国国标《建筑抗震 设计规范 民用建筑抗震设计规范配电网设计规范10kv变电所设计规范220kv变电站通用竖流式沉淀池设计 》GB5001卜2001及行标《高 层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—2002都要求在高层 建筑中用反应谱方法计算等效地震力，也对需要采用动 力时程分析法计算的高层建筑作了具体规定。结构抗震 设计也是结构设计人员的工作重点和难点。以下是我们 在研制结构抗震计算软件过程中总结得到的各种结构 抗震计算方法的特点。 2正文 建筑结构地震作用产生振动，结构系统离散后得到 动力方程： [M]{西}+【c J{丑}+『K】(6}二{R} (1) 式中：[K]、[M]、[c]一总体刚度、质量、阻尼矩阵 一 动力荷载列阵 在上式的基础上，就可以对地震作用进行分析计算 了。 在进行强迫振动的动力分析前，有必要知道物体的 固有振动特性参数：各阶振型和固有频率。 不考虑阻尼的自由振动微分方程为： [M]{西I+【K l{6 J=0 (2) 式中：{6)、{西}一位移列阵和加速度列阵 设有如下形式的解： (6 l=f 6 0}Sin(CO t+￡) (3) 将(3)式带入(2)式中得到 (fK卜CO。[M J){6 o}=0 (4) (3)式中系数行列式为零，得到 I fK卜∞ 【M]l：0 (5) 上式称为频率方程，即特征方程。在结构抗震计算 中，往往是几个低阶频率和相应的振型起着控制作用， 而不需要求出全部的频率和相应的振型，因此，程序中 采用比较有效的子空间迭代法求解。 对于一般的高层建筑结构，目前所采用的抗震设计 方法是： 2．1反应谱法 用动力方法计算质点体系地震反应，建立反应谱； 再用加速度反应谱计算结构的最大惯性力作为结构的 等效地震荷载；然后按静力方法进行结构计算设计的方 法，因此，是一种拟静力方法。 我国抗震 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 及高层规范都要求在高层建筑中用 反应谱方法计算等效地震力，⋯般有两种方法： (1)反应谱底部剪力法：当结构高度小于 40m，沿高 度方向质量刚度分布比较均匀，以第一振型为主的高层 建筑； (2)反应谱振型叠加法：当把结构简化为 面结构进 行分析时，采用平方和的平方根法 (SRSS方法)：当采 用空间协同分析或空问分析方法时，考虑空间各振型的 相互影响，采用完全二次方程法 (CQC方法)。 厂i— SRSS方法：s=V∑s (6) ’ j= 1 厂 —— ———— CQC方法：＼／∑∑s s (7) T i = lr = l 其中： m一需参加组合的振型数 S__由j振型等效地震荷载求出的弯矩、剪力、轴 力或位移 p i j振型与r振型的相关系数 S一振型组合后的弯矩、剪力、轴力或位移 — — 105 —— 维普资讯 http://www.cqvip.com 建筑设计与装饰 广东建材2006年第3期 排水系统中的钟罩式地漏 赖广锐 摘 要：钟罩式地漏是建筑内部排水系统中的一个小配件，使用不当时，会成为室内环境的污染 源。为改变这种现状、应采取如 卜措施：介绍钟罩式地漏的正确使用方法；制订地漏 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 、淘汰不合格 产品；提高设计人员的认识水平等。 关键词：地漏；钟罩式地漏；水封；水封强度 地漏是排水系统中的一个小配件，家喻户晓，很有 “名气”，与居室环境的安全和卫生有密切关系，但使用 不当，则会成为室内环境的污染源。 1地漏的功能和作用 地漏是排水的特殊装置，主要任务是： (1)排除地面积水并兼作其它器具的排水通道； (2)阻止排水系统中的有害有毒气体进入室内，污染 室内环境。 所以，同其它排水器具一样，人们对地漏有两个最 基本的要求：具有一定的排水能力和⋯一定的水封高度。 但是，地漏又有两个特殊之处： (1)它排除的是地面水，水质有时比其它任何器具的 水都差，固体物、纤维物多，易在存水湾中沉积{ (2)相邻两次排水的最大时间间隔比其它任何卫生 器具都长，使得沉积物积实，不能由下次的排水自清。 正是由于地漏的这些特殊之处，地漏一般不设存水 湾，且要具有较好的自清能力或有容易清渣的构造。钟 罩式地漏便是这样的产品，它既具有满足要求的排水能 力和水封高度，又便于清淘。 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 设计中，钟罩式地漏多 设在管道的段头或靠近段头，作为地漏和清扫口，这样 方便，施工，便于清淘，所以，钟罩式地漏目前在我国被 广泛应用，是主要的地漏产品。 2钟罩式地漏在使用过程中出现的问题 2．1水封罩(钟罩)易被取出 钟罩式地漏排水时，水流须经过极狭窄的两个环形 缝隙流经上下两个180。的急转弯，才将污水排出，水 目前国内流行的建筑结构计算软件多主要采用反 应谱法方法进行地震分析，如SATWE、TBSA、TAT、GSCAD 等软件。但是，反应谱方法也存在一些缺陷，需要进一步 发展和改进，或需要采用其他方法作为补充。我国《建 筑抗震设计规范》GB50011—2001要求用时程分析方法 作为抗震计算的补充方法。 2．2时程分析方法 是一种直接动力法，是在地基土上作用地震波后， 通过动力计算方法直接求得上部结构反映的一种方法。 工程中常用比较简单的弹性动力时程分析方法作地震 分析。Ne咖ark一(法和w{]son一(是弹性动力时程分析 方法常用的计算方法，能真实地描述地震作用的全过 程，得到每个构件在每一时刻的内力和位移。计算速度 与地震反应谱方法差不多，但不能反应结构材料非线 性。SATWE、TBSA、GSCAD等软件的弹性动力时程分析软 件都十分成熟。 另外一种时程分析方法就是弹塑性时程分析方法， 一 1O6 一 它能准确地模拟钢筋、混凝土材料进入塑性阶段后强度 和刚度的退化情况，准确地求解每～时刻每一构件的内 力和弹塑性位移。但这种方法的计算量十分大，对计算 环境的要求相当高，所以在国内建筑界尚未得到广泛的 应用。国内的EPDA和国外的ETABS、SAP200、MIDAS、 ANSYS、ABAQUS都具有弹塑性时程分析的功能，但计算 的能力和模拟的精度各不相同，其中有限元分析 ABAQUS的非线性分析能力较强。 3总结 通过本文的分析，我们可以看到结构抗震计算方法 的发展过程：计算精度越来越高、对地震作用下结构模 拟能力越来越强、计算工作量越来越大。我们应该根据 建筑物的复杂、不规则程度、计算的精度要求和设计周 期的长短选择适合的抗震计算方法。随着计算软件不断 完善和计算硬件的不断升级，弹塑性时程分析方法将以 其高精度性成为抗震计算的主要方法。● 维普资讯 http://www.cqvip.com