复杂结构厂房动地震反应的计算要点

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1、复杂结构厂房动地震反应的计算要点通过GTStudl软件分析某复杂厂房的动力反应，得出计算地震反应计算要点，尤其是以前计算中被忽略的楼板及主次梁的振动引起的地震反应。关键词：复杂厂房，核电抗震设计，主次梁的振动，GTStudl软件背景介绍。　　用通用结构软件计算结构厂房动力反应与国内PKPM的差别是比较大的。PKPM的软件使用的层的概念，忽略了很多的细部振动，把质量向楼层集中。这样做的优点是计算方便，计算结果简单。该优点同时也带来了缺点，层的概念忽略本层内的了许多细部构件的动力反应，对于这些构件，结果可能是不安全的。通用的计算软件，没有层的概念。以GTStudl软件为

2、例，该软件的动力计算是一个质量点对应一个振型。模型建的越细，节点越多，质量点越多，振型就越多。利用这种通用的结构计算软件，可以计算出结构细部的振动规律，供设计发现抗震的薄弱环节。二、计算厂房及模型简介　　本文通过某核电站厂房的结构动力分析计算，来揭示一些计算规律。该厂房为4层带斜撑钢框架与混凝土的混合结构，整个厂房呈长方形，中间1/2部分区域，三层以上为大空间厂房，屋面为24m跨度屋架。厂房两端是框架结构，一侧框架跨度有14m，属于大跨度结构。另一侧为3层框架，7~8m柱X间距。厂房两相邻侧的抗侧力构件为600厚从底到顶混凝土墙，另外两侧为钢斜撑。结构体型是比较复杂

3、，包含大跨度，楼板大面积不连续，框架与屋架混用，钢斜撑与剪力墙混用。三、动力计算简介　　计算软件使用美国的GTStudl软件。该软件功能强大。并得到美国原子能管理委员会软件质量控制的资格认证。可应用于各种不同领域类型的民用和工业结构，包括核电厂。可应用于公共建筑、民用建筑结构；大跨度及大型塔桅结构；桥梁、能源、大型水利结构。　　核电站厂房抗震设计要符合核电抗震计算规范及设计方法。使用核电站抗震用的反应谱或时程进行计算。并考虑两个水平方向与竖向地震的同时作用。这里不再详细展开。　四、模型计算介绍　　本文针对该厂房，共建了三个模型，来分析动力计算。　　模型一：按核电设计

4、导则，该厂房可以采用“拟静力地震力”方法计算地震。该方法用葫芦串动力模型的到得楼层加速度，乘上楼层的质量得到楼层水平及竖向地震力，用静力推的方法施加到结构上。该方法与PKPM的质量向楼层集中的概念是一样的。使用“拟静力”方法，使计算变的简单，地震的动态力转化成静力，可以直接与恒载活荷载的静力进行组合。　　模型二：初步分析用的简化地震模型。该模型中，次梁未建，就对主梁细分节点。柱X内的楼板也不细分，楼层间的墙也不细分。所以的质量都集中在楼层标高的主梁及柱头节点上。该模型可以用估算墙及柱上的地震力，及柱间斜撑的内力。动力模型分析时，需给每个节点附加质量，并设置计算振型数

5、。因模型简单，计算振型数在300阶左右，水平质量参与系数就可以到90以上。计算时间及资源耗费适中。　　模型三：详细的主次梁模型。模型中在模型二的基础上加上次梁，次梁进行划分，并细化楼板的划分。该模型的详细程度达到模型一的程度。这样的模型计算是非常耗费计算机资源的。10000个左右的质点模型，GTstudl软件计算1000阶振型，质量参与系数才达到95%。振型分析上，模型三没有出现大规模的构件一起动的振型。单个振型的质量参与系数，最大的也只有8%左右，大多数都是一个质点的振动。这种情况给寻找传统意义上的主振型带来困难。找主振型，还是要用简化的模型或用葫芦串模型比较合适

6、。模型三的意义在于它算出的楼板及次梁的的振动。楼板及次梁的竖向刚度相对柱子，斜撑，剪力墙都要小，所以低频率区域上出现有许多楼板和次梁的振型。大跨度结构梁和屋架的频率也比较低，且振幅达。虽然，整个厂房的振动频率在20Hz以上，远离地震反应最大的共振区4~10Hz，但许多楼板与梁的振动频率落入了该区域，使楼板的地震反应比较大。五、结论根据上述模型的多方面计算比较，可以得到如下比较有用的结论：　　1.细部动力反应的计算需详细建模。GTstrudl软件能够计算出每一个质点的振动特征。计算者要研究的厂房的某一部分地震反应，就要对该部分进行详细的建模，并赋予合适的质量。设定合适

7、的振型数，通过计算得到某质点的振动特性。为了节约计算机资源，快速出结果，可以对重点研究部详细细分构件，而对已知动力特性的构件，可以粗分模型，提高计算效率。比如，研究屋顶的动力特性，可以把屋顶梁细分，下面的楼层的主梁就不要细分，减少质点数以减小计算振型数，缩小计算规模。屋顶的动力计算结果一样的精确。　　2.水平动力反应，用GTstrudl软件计算水平动地震算结果和拟静力计算结果有着较高的吻合，且动力计算结果更精确。”拟静力”的方法得到的结果更保守。　　3.楼板及大跨度构件的竖向地震反应不可忽略。楼板的局部地震反应在拟静力中很难计算出来。拟静力的计算方法没有考虑楼板