昆明新机场航站楼多维多点抗震性能研究

第39卷 第 12期 建 筑 结 构 2009年 12月 昆明新机场航站楼多维多点抗震性能研究* 束伟农, 李华峰, 卜龙瑰, 朱忠义, 甘明 , 柯长华, 黄嘉, 秦凯, 王毅 (北京市建筑 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究院, 北京 100045) [摘要] 首先介绍了多维多点输入地震反应分析的基本原理。进而采用时程分析法对昆明新机场航站楼进行考虑 行波效应的多维多点输入地震反应分析, 并与一致输入分析结果进行比较, 结果显示多维多点输入条件下下部结 构的扭转效应有显著增加。由于基础采用隔震设计,行波效应对上部结构带来的影响得到了有效控制。 [关键词] 航站楼; 多维多点; 行波效应; 时程分析方法; 隔震 Multi- support and multi-dimension excitation seismic analysis on New Kunming Airport Building Shu Weinong, Li Huafeng, Bu Longgui, Zhu Zhongyi, Gan Ming, Ke Changhua, Huang Jia, Qi Kai, Wang Yi ( Beijing Institute of Architectural Design, Beijing 100045, China) Abstract: The principle of mult-i support and mult-i dimension excitation seismic analysis is introduced. T ime-history seismic analysis for the terminal of New Kunming Airport Building considering traveling effect and double direction input is carried out. The results of mult-i support and mult-i dimension seismic analysis have been compared with the results of single- support and mult-i dimension analysis, and the conclusion shows that the torsional effect increases obviously. With the vibration insulation design of the foundation, the superstructure traveling effects are limited. Keywords: airport building; mult-i support and mult-i dimension; traveling effect; time-history seismic analysis; vibration insulation * 云南省社会发展科技 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ) 社会事业发展专项。项目编号 2008CA007。 作者简介:束伟农,硕士, 教授级高工, Email: Shuweinong2@ vip. sina. com。 0 引言 考虑地震动的空间效应对大跨度空间结构抗震性 能的影响不可忽视[ 1- 3]。地震动的空间效应主要包括 行波效应、部分相干效应和局部场地效应,尤以行波效 应最为突出, 会导致结构各支座不同步运动[ 3] 。国内 外目前对多维多点输入地震反应分析的研究得到的一 致结论是[ 5] :一致地震动激励下的结构响应是高于还 是低于空间相关地震动 (多维多点输入) 激励下的响 应,取决于结构的动力特性、截面形式、位置、反应类型 以及地震动变异性的大小等,即使是最简单的结构形 式,也无法确定何种激励会引起其最大响应。采用时 程分析方法对基础采用隔震设计的昆明新机场航站楼 大跨空间结构进行考虑行波效应的地震反应分析,以 便了解行波效应对 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 的影响程度和规律。 1 多点激励 空间结构的多点输入中如何结合实际工程在大跨 度空间结构的工程设计中考虑多点输入的影响,并提 出适合于大跨度空间结构的抗震设计方法,仍然是需 要进一步深入的研究课题。目前,对结构多点地震作 用下的结构反应分析研究的主要方法有:反应谱法、时 程分析法、随机振动分析法[ 4]。常规的反应谱法不能 考虑行波效应等复杂的因素,而时程分析法和随机分 析法可以考虑地震的空间效应,具有技术成熟、结果稳 定可靠、对设计指导意义强等优点。时程分析方法又 包括支座大质量法、支座大刚度法、相对运动法等不同 方法。这里选用相对运动法, 考虑多点激励的动力平 衡方程为[ 6] : M ss M sb Mbs M bb &u s &u b + C ss C sb Cbs Cbb Ûu s Ûu b + K ss K sb Kbs Kbb u s u b = R s Rb ( 1) 式中: &u s, Ûu s, us 是绝对坐标系下上部结构非支座节点 的运动向量; &u b , Ûu b , ub 是绝对坐标系下已知地面运动 向量; M , C为质量、阻尼矩阵。通常 &u b , Ûu b , u b 和 R s 为已知量,而 &u s, Ûu s, us 和 Rb 为未知量; 如结构反应 &u s, Ûu s, u s能够得到,由式( 1)中的第二式可得到 Rb。 将式( 1)中的第一式展开就可以得到关于上部结 构未知运动向量 &u s , Ûu s , u s 的动力平衡方程 Mss &u s+ CssÛus+ K ssus= - (Msb &ub+ CsbÛu b+ K sb ub) ( 2) 如果采用集中质量模型,则有 Msb = 0;另外,一般 情况下阻尼矩阵 C sb很难确定, 因此,阻尼力- C sbÛu b 常常被忽略;那么可将式( 2)改写为 M ss &u s + C ssÛu s + K ssu s = - K sb ub ( 3) 68 式中- K sb ub 是绝对坐标系下由于支座随地面运动而 产生的作用在上部结构上的力。 相对运动法将结构承受随时间变化的支座移动时 的反应分为两个部分:支座移动引起的结构反应,称为 拟静力反应;支座移动加速度导致的惯性力引起的结 构反应,称为动力反应,即 u s u b = uss usb + uds 0 ( 4) 式中: u ds 为动位移分量; uss 为忽略惯性力后地面运动 位移引起的拟静力位移分量,即 u s s = - K - 1 ss K sb u s b = - rsb u s b ( 5) 将式( 4) , ( 5)代入式( 3)可得上部结构的动力方程为: Mss &u d s+ CssÛuds+ K ssu ds= - Mss &u ss- C ssÛu ss- C sbÛu sb ( 6) 图 1 隔震层阻尼器的布置示意图(深色处为阻尼器) 图 2 各方向角场地的分区及视波速的分布 式( 6)右端为等效节点力向量,阻尼力相对惯性力而言 可以忽略不计,同时考虑式( 5) ,可以得到 M ss &u d s + C ssÛu ds + K ssu ds = - Mss rsb &u sb ( 7) 由相对运动法原理可以看出: 在单点输入问题中 结构的绝对位移= 相对位移+ 支座位移, 在设计中通 常仅关心相对位移,多点输入中,结构的绝对位移= 拟 静力位移+ 动力位移之和, 由于各支承点在同一时刻 位移并不相同,不存在同一相对参照坐标系,因此没有 与单点输入问题相匹配的相对位移概念。通常将构件 内力作为多点输入地震反应分析的主要评价指标。 2 昆明新机场航站楼的多维多点分析 211 工程概况 昆明新机场航站楼南北长向约 850m, 东西向宽约 1 120m,主体结构采用钢筋混凝土框架结构, 屋顶采用 钢结构。钢筋混凝土框架结构基本柱网 12m @ 12m, 18m @ 18m,支承屋顶钢结构柱距约 24m @ 26m。6道温 度缝将整个航站楼分为 7个区,其中核心区投影面积 最大,南北向长约 328m,东西向宽约 277m,总建筑面积 36万m2。核心区采用基础隔震设计,选用的阻尼器为 直径 800mm和1 000mm的铅芯橡胶垫和普通叠层橡胶 垫,图 1 为隔震层阻尼器的布置示意图。文中仅对核 心区进行弹性多维多点输入地震反应分析。 212 多点地震输入的考虑因素 多点地震输入: 地震动空间变异性的本质就是相 关性的降低。导致相关性降低的原因在于:非均一性 效应、行波效应、衰减效应和局部场地条件效应。由于 建筑规模所限, 衰减效应影响较小,通常情况下不考 虑。根据以往的研究成果, / 相对于一致地面运动而 言,考虑行波效应产生的计算修正占主导地位,而考虑 激励点间相干性部分损失(非均一性效应, 局部场地效 应)产生的计算修正则小得多,而且多半是略微缩小行 波效应的修正量的。0因此下面多点地震输入分析主要 考虑行波效应,即考虑地震波到达各支座的时间不同。 213 地震波的选用与输入 采用相关部门提供的人工波 1, 2 系列波对 90b, 135b, 180b和 225b四个方向进行了计算。具体的计算工 况为: 90b输入, X : Y向地震加速度峰值比例为 0185B1, 主方向为 Y向, 次方向为 180b方向; 180b输入, X : Y向 地震加速度峰值比例为 1B0185, 主方向为 180b方向,次 方向为 Y向; 135b输入, X : Y向地震加速度峰值比例为 1B0185,主方向为 135b方向,次方向为 225b方向; 225b输 入, X : Y向地震加速度峰值比例为 0185B1, 主方向为 225b方向,次方向为 135b方向。 多维多点输入时根据场地安全评估 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ,并考虑 回填区与非回填区场地剪切波速的差别, 回填区视波 速采用 200mPs, 非回填区采用 500mPs。各方向角下场 地的分区及视波速的分布如图 2所示。 214 计算结果及其分析 21411 扭转效应 如图 2所示,定义了点 1~ 12考察航站楼的多维 多点响应,并定义点 3和点 9 的 X 向相对位移为扭转 位移,扭转位移除以两点之间的水平距离作为结构的 近似扭转角。图 3为 90b多维多点输入与一致输入隔 震层相对扭转角时程, 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1 给出了不同方向角下多维 多点输入与一致输入隔震层的相对位移和相对扭转 角,图 3和表 1均显示多维多点输入的扭转角大于一 致输入时的结果,特别是 135b时多维多点的结果与一致 69 图 3 90b多维多点输入与一致输入隔震层 相对扭转角时程 图 6 90b多维多点输入点 1轴 Y 向位移时程 图 4 90b多维多点输入隔震层以上 各层扭转位移时程 图 7 90b多维多点输入点 7轴 X 向位移时程 图 5 90b多维多点输入点 1轴 X 向位移时程 图 8 90b多维多点输入点 7轴 Y 向位移时程 输入的结果比达到了 5176。由图 4可知,隔震层以上各 层的扭转位移差别很小, - 1412m标高的楼层和- 510m 标高的楼层相对位移曲线基本重合,而 1014m标高的楼 层和 418m标高的楼层相对位移曲线也基本重合。 隔震层相对位移和相对扭转角 表 1 输入方向角 90b 180b 135b 225b 多点 一致 AB相对位移Pmm 35 23 145 110 AB相对转角Prad 01000 145 01000 098 01000 593 01000 452 AB相对位移Pmm 26 17 25 20 AB相对转角Prad 01000 107 01000 071 01000 103 01000 081 多点P一致 1136 1138 5176 5158 21412 隔震层相对位移 图 5~ 8给出了隔震层点 1和点 7 X 向和Y向层间 位移时程。结果显示, 多点输入的结果比一致输入的 结果略小,且多点输入条件下结构响应比一致输入的 响应滞后,有一相位差。而隔震层以上各层层间位移 与隔震层有类似结果, 表 2 给出了 135b多维多点输入 和一致输入各关键点(图 2)处的层间位移比较。 135b方向角层间位移对比Pmm 表 2 楼层 工况 A B C D E 418m 到 0m 多点 1314 1216 919 918 1112 一致 1515 1514 1212 12 1312 多点P一致 0186 0181 0181 0182 0185 1014m 到 418m 多点 1213 1218 ) ) 819 一致 1415 1518 ) ) 1014 多点P一致 0186 0181 ) ) 0186 21413 柱内力对比 表 3给出了 135b多维多点输入和一致输入各关键 点(见图 2)处地下层 2( - 1412~ - 1010m)典型柱子剪 力比较。从表中可以看出,大部分柱子剪力在多维多 点输入下较一致输入稍小, 仅个别柱子剪力在两种输 入下基本相当。 3 结语 采用时程分析方法对采用隔震支座的大跨空间结 构 ) ) ) 昆明新机场航站楼进行考虑行波效应的抗震分 135b方向角地下层 2柱子内力比较 表 3 输入方向及工况 点 1 点2 点3 点4 点 5 点 7 点8 点9 点10 点11 多点PkN 2 175 978 989 1 569 2 067 1 529 2 122 1 521 878 831 90b 一致PkN 2 379 1 143 1 113 2 005 2 272 2 021 2 607 1 965 1 086 999 多点P一致 0191 0186 0189 0178 0191 0176 0181 0177 0181 0183 多点PkN 1 513 760 826 1 563 1 411 1 003 2 293 951 675 542 180b 一致PkN 1 983 838 1 039 1 608 1 748 1 029 2 455 1 010 806 604 多点P一致 0176 0191 0179 0197 0181 0197 0193 0194 0184 019 多点PkN 2 094 1 032 930 1 602 2 201 1 670 2 043 1 595 931 767 135b 一致PkN 2 351 1 153 1 096 1 926 2 266 2 038 2 631 1 930 1 083 952 多点P一致 0189 0189 0185 0183 0197 0182 0178 0183 0186 0181 多点PkN 1 596 1 056 886 2 291 1 638 1 918 1 752 1 943 886 1 013 225b 一致PkN 1 925 1 173 878 2 580 2 006 2 298 1 906 2 356 1 058 1 178 多点P一致 0183 019 1101 0189 0182 0183 0192 0182 0184 0186 析,并与一致输入分析结果进行比较。结果显示,行波 效应所致扭转效应不可忽略,特别是下部结构,当结构 体型不规则时多维多点输入的结果可能远大于一致输 入的。基础采用隔震设计时, 虽然隔震层的扭转效应 在多维多点输入下有显著增强,但上部结构的扭转趋 于同步,上部各层的层间扭转很小,因此行波效应给上 部结构带来的影响得到了有效控制。 参 考 文 献 [ 1] 屈铁军,王前信. 多点输入地震反应分析研究的进展[ J] . 世界 地震工程, 1993( 1) : 30-36. [ 2] 林家浩,李建俊,张文首. 大跨度结构考虑行波效应时非平稳随 机地震响应[ J] .固体力学学报, 1996, 17(1) : 65-68. [ 3] SU LIANG, DONG SHILIN, SHIRO KATO. A new average response spectrum method for linear response analysis of structures to spat ial earthquake ground motions[ J] . Engineering Structures, 2006, 28( 13) : 1835-1842. [ 4] 李忠献,林伟,丁阳.行波效应对大跨度空间网格结构地震响应 的影响[ J] .天津大学学报, 2007, 40( 1) : 1-8. [ 5] ZERVA A. Response of mut-i span beams to spatially incoherent seismic ground mot ions[ J ] . Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1990, 19( 6) : 819-832. [ 6] R克拉夫, J 彭津. 结构动力学 [M ] . 北京: 高等教育出版社, 2006. 70