网架结构抗震分析

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1、第4章网架结构的抗震分析4.1网架结构的振动方程和动力特性4.1.1基本假定（1）节点为空间铰接节点，每节点具有3个自由度。（2）质量集中在各个节点上。（3）基础为一刚性体，各点的运动完全一致。4.1.2自由振动方程及求解设（4.1.2）式的解为：（4.1.2）（4.1.1）代入式（4.1.2）(4.1.3)（4.1.4）方程（4.1.4）有n个根将回代到式（4.1.3）,得到相应振型4.1.3网架结构的自由振动特点基本周期在0.3s~0.7s。振动特点：（1）频谱密集，且可能有重根。（2）周期与L2有关，也与

2、边界条件有关。（3）振型可分为2大类：水平振型、竖向振型。网架以竖向振型为主。一般，第一振型与静荷载作用下的位移一致。4.2网架结构地震反应分析4.1.4振型分解反应谱法整个结构体系的位移列向量、速度列向量和加速度列向量可分别表示为:(4.1.5a)(4.1.5b)(4.1.5c)n×n地震作用下的运动微分方程为：(4.1.1)将(4.1.5a)~(4.1.5c)式代入上式并对方程两端左乘得：(4.1.8)其中：为单自由度体系的是j振型自振周期的影响系数。式（4.1.9）可表示竖向、水平地震作用。但有差别：(4

3、.1.9)地震作用效应组合：地震《规范》规定了两种组合方法，⑴平方和开方SRSS；⑵完整的二次项组合法(CQC法)。4.3几种网架的动内力分布规律上、下弦杆竖向地震内力分布与静内力相似，跨中大、边缘小；腹杆地震内力分布复杂。4.3.1竖向地震内力系数分布规律：圆锥，锥顶为网架的对称中心，锥底为网架平面上的一个圆。24m到72m的网架（P60）4.4简化计算4.4.1“规程”的地震内力简化计算方法规定：（1）在6、7度地区，可不进行竖向抗震验算；（2）在7度区，可不进行水平抗震验算；在8度区，周边支承的中小跨度网

4、架可不进行水平抗震验算；（3）8、9度地区，应进行竖向抗震验算；（4）9度地区，各种网架结构均应进行竖向和水平抗震验算。重要的、跨度大的网架——时程法、振型分解法（抗震规范）周边支承、多点与周边相结合的网架，采用简化方法进行竖向抗震验算：4.5网架结构多点输入运动方程以地球中心为坐标原点（绝对坐标系），一个自由度为N的线性多自由度体系，在承受m个支承点的运动：通常把结构的总位移响应分成动力位移和拟静力位移，其中动力位移是由结构的动力响应引起，而拟静力位移是由结构支承点处的位移引起的（4.5.1）(4.5.2)式

5、中拟静力位移由静力平衡条件求得,即从式（4.5.1）中去掉惯性力项和阻尼力项，由此可得下式：将式（4.5.2）和式（4.5.3）代入式（4.5.1），则结构反应的动力项的微分方程可以写成：（4.5.3）称为影响矩阵(4.5.4)在上式的右端项中，阻尼力通常远远小于惯性力。再假定在计算过程中，将结构的质量集中于质点Mc=04.6网架结构多点输入下的振型分解法利用振型叠加原理，对方程(4.5.6)进行解耦(4.5.5)（4.6.1）(4.6.2)对于第i振型有：（i=1,2……N)(4.6.3)(4.6.4a)(4

6、.6.4b)(4.6.4c)第5章网架结构分析设计软件5.1网架结构软件发展概况与特点20世纪80年代：当前：3部分，前处理、分析计算、后处理特点：（1）适应各种平面形状和体型。（2）需要考虑各种复杂荷载、约束条件（3）充分提高计算效率（4）以用钢量最小为目标的满应力优化的杆件设计准则。5.2网架结构软件编程原理5.2.1网架结构的建模基本元素：节点、杆件网格、节点和单元编号软件自动生成基本网格形成的三种方法：（1）形式代数法（根据网架规律，编制形式函数集，再编制高级语言程序）（2）拓扑矩阵法（先构造结构几何外

7、形的拓扑矩阵，由计算机程序将指示矩阵转换为真实结构的几何外形数据）（3）图形输入法（直接绘图，再用高级语言将图形文件转化为有限元计算数据）5.2.2计算原理空间桁架位移法（注意基本假定）杆件截面：满应力优化设计方法。高次超静定，故并非所有杆件达到“满应力”。节点：焊接空心球或螺栓球节点，需要进行强度和构造验算。5.2.3计算机语言及应用环境微机Fortran和C++5.3设计步骤（1）建立网格模型（2）设定杆件属性（杆、梁）、节点属性（焊接、螺栓）（3）添加约束、荷载（4）设定杆件截面库、球节点库（5）设定材料

8、设计强度、弹性模量等（6）设定工况组合及分项系数（7）进行“满应力设计”，确定杆件截面。（8）螺栓球（高强螺栓设计）；焊接球（球节点设计）5.4荷载静荷载、活荷载、风荷载（其中静、活荷载作用方向垂直地面；风荷载为屋面法线方向）地震作用（水平、竖向）、温度作用（温差，根据实际情况）荷载效应（工况）组合——线弹性结构5.5约束简支约束（约束方向与坐标轴平行）弹性约束强迫位移（支座沉降）斜边