简体高位悬挑钢桁架平台抗震性能的研究

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1、第七届I牟=国现代结构f：程学术研讨会简体高位悬挑钢桁架平台抗震性能的研究于敬海，王巍，苏志德(天津大学建筑设计研究院．天津300072)摘要：混凝土简体高位悬挑大型钢桁架平台是：}}{一混凝十混台结构中的新型结构，采用sAP2000对塔楼进行了整体动力性能和在常遇地震下的时程分析，总结了其在地震作用下的地震反应特性，为地震区此类结构的设计提供参考依据。关键词：钢一混凝土混合结构，高位悬挑钢桁架，抗震性能，有限元分析一、引言混凝土筒体高位悬挑大型钢桁架平台作为钢一混凝土混合结构中的特种结构，目前国内外关于此类结构的抗震性能的研究尚处于空白阶段。为了确保这类结构的抗震

2、安全性、减轻地震灾害，对这种结构的抗震性能和设计方法开展系统和深入的研究已是工程的迫切需要。以某工程的主体塔楼为背景，对塔楼进行了整体动力性能的分析，通过塔楼在常遇地震下的时程分析。总结了其在地震作用下的地震反应特性，为地震区此类结构的设计提供参考依据。二、有限元计算模型(一)工程概况算例工程由主体塔楼及裙房组成，结构形式为钢一混凝土混合结构。主体塔楼为全浇钢骨混凝土梯形简体，建筑总高度为31．6米；观景平台位于简体悬挑部分，结构形式为空间钢桁架构成，抗震设防烈度为7度。。(=)计算模型的建立本文采用通剧结构分析与设计软什sAP2000对结构的抗震性能进行分析。铡桁

3、架平台的杆件采用线单元中的框架单元模拟其弯曲、扭转、轴向变形和剪切变形等敛应。混凝上简体和楼板则采用面单元中的壳单元，同时考虑其平面内和平面外的刚度。钢桁架的框架单元和混凝土筒体的壳单元在重合部位采用了公共节点保证了两者的协同工作，分析中设定塔楼和地面固结，计算模型如罔1所示。a立体图三、动力性能分析1882b平面图图1主体塔楼的计算模型工业建筑2007增刊第七届全同现代结构工程学术研讨会表1塔楼的前20阶周期振型l2345678910自振周期(s)0311202742O264l0185501575013920．12080．11970113101054振型1J121

4、314151617181920自振周期(s)009660．0916007940．0763007170071700707O0705O．068600675图2整体塔楼前六阶振型。结构的第一振型表现为钢桁架甲台前端的交替性摆动，第二振型表现为钢桁架平台前端的上下整体摆动，筒体没有出现振动。由于将处于钢桁架平台上的拱形结构作为筒载加在钢桁架平台两端，其荷载较大，钢桁架平台相对于简体的刚度较弱，导致了整体塔楼的前两阶振型表现为钢桁架平台的局部振动。结构的第三振型出现了筒体x方向的平动和铋桁架平台前端的交替性摆动，第四振型出现了筒体Y方向的平动和钢桁架平台前端的上下整体摆动。这

5、一现象与简体在x方向的刚度相对于Y方向上较小的实际情况是相符的。第五阶振型出现了筒体的扭动，第六阶振型为钢桁架平台后端的交替性摆动。此后的多数振型表现为钢桁架平台的局部振动。．’表2整体塔楼的累积振型质量参与系数振型序号1050100x向累积质量参与系数0．73190893040．91819Y向累积质量参与系数n73486O88259O．903632向累积质量参与系数0．136080．44445084247由表2可以看出，由于低阶振型主要集，f，在简体，前十阶的x向、Y向振型质量参与系数均超过70％；而高阶振型集中在铡桁架，并且主要体现在竖向振动上的贡献，前十阶的z

6、向累积振型质量参与系数仅为13．6％，随着振型序号的增加，当达到100阶时，z向累积振型质量参与系数已经提高到84％。在进行地震响应分析时这种带大跨度悬挑结构的塔楼的竖向地震效应不容忽视。对于此类上部结构质量大于下部结构，且上部铡桁架部分易发生鞭梢效应，结构受高振型的影响严重，计算分析时应选用足够数量的振型数。工业建筑2007增刊1883第七届全国现代结构工程学术研讨会四、塔楼地震反应分析(一)阻尼比取值根据已有成果⋯【61可以明确混合结构整体阻尼比处于混凝土和钢结构之间，大致在(3～4)％左右。本文初步设定结构整体阻尼比为0．03、n035、O．04，并分别进行反

7、应谱分析，通过反应谱结果的比较分析，整体阻尼比取0．035时塔楼的地震响应值处于整体阻尼比取O．03和O．04时之间，其与两者的差距在4％一6％之间。阻尼的改变对钢桁架的影响大于对下部结构的影响，高出一个百分点，这也验证了钢桁架和筒体上部结构的相互放大作用oo．035相对其它两个取值，既经济又保证了可靠度，可以作为此类塔楼设计相对合适的整体阻尼比。(二)弹性时程分析结果及与反应谱结果的比较表3基底剪力对比表方向瞰波天津渡人工波反应谱法65％80％100％X274802181．222250816131985“8l剪力(KN)Y23495416】4421961171