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1、2009年9月郑州大学学报(工学版)Sep12009第30卷第3期JournalofZhengzhouUniversity(EngineeringScience)Vol130No13文章编号:1671-6833(2009)03-0001-04含偏心支撑高层钢结构的抗震性能分析熊俊,王元清,石永久,王斌斌(清华大学土木工程系教育部振动与结构重点实验室,北京100084)摘要:以某高层框架-偏心支撑钢结构住宅为工程背景,采用有限元软件SAP2000建模,计算了罕遇地震下结构刚度、内力分布、振动模态及荷
2、载-位移曲线等,并采用多条地震波分别对中心支撑和偏心支撑结构体系进行弹性时程及弹塑性时程的对比分析,比较了两种结构体系的动力特性及抗震性能.分析表明:高层框架-偏心支撑钢结构体系抗侧刚度能够满足结构抗侧移要求;反复地震作用下,偏心支撑结构体系耗能作用明显,结构动力响应小于中心支撑体系;罕遇地震作用下,偏心支撑结构进入塑性阶段后刚度衰减较小,仍能保持较高侧向刚度和承载力,表现出明显优于中心支撑体系的延性特征,抗震性能优于中心支撑体系.关键词:偏心支撑结构;高层建筑;有限元;抗震性能中图分类号:TU3
3、93.3文献标识码:A0引言1工程背景随着钢结构在民用建筑中的广泛应用,我国本工程为高层公寓住宅楼,地下1层,地上12层以上的高层建筑开始大量采用钢框架结构.18层,高62.3m,平面尺寸82.25m@25.5m,基已经进行的研究和工程实践表明,高层钢结构应满础采用梁板式筏形基础.基本柱网9m@8m,地足:在正常使用状态下和小震作用下,结构应具有下室部分为钢骨混凝土柱的剪力墙结构;地上1较强的刚度;在罕遇地震时,需要结构延性好,耗~18层为钢框架-钢支撑结构,1~8层采用箱型[1]能能力强.偏心支
4、撑体系兼顾了中心支撑框架的柱,9~18层采用工字型柱,主梁及支撑为工字型强度、刚度和纯钢框架非弹性性能及能量耗散能力截面.钢材选用Q345.大楼结构的标准平面图、剖[2][4-5]的优点.我国5建筑抗震设计规范6(GB50011-面图见图1和图2所示.偏心支撑采用人字[3]2001)规定,8度以上宜采用偏心支撑.型,为了保证耗能梁的耗能能力,耗能梁按剪切屈[6]偏心支撑钢框架体系是一种理想的钢结构抗服型考虑.按5高层民用建筑钢结构技术规程6侧力体系,广泛应用于12层以上高层结构,但其中6.5.4条
5、规定,e<1.6Mp/Vp=662mm时,耗在罕遇地震下的抗震性能尚有待深入研究.能梁段长度取600mm,满足耗能梁为剪切屈服型笔者以山东省淄博市某公寓为工程背景,以的要求.规范为依据,采用通用有限元计算软件SAP2000,2结构计算及分析分别建立中心支撑框架及偏心支撑框架结构模型,计算罕遇地震下结构刚度、内力分布、振动模2.1结构建模态及荷载-位移曲线等,并采用多条地震波分别笔者建立了两种建筑尺寸、结构布置及梁、对中心支撑和偏心支撑结构体系进行了弹性时程柱、支撑等构件截面参数、材料相同,分别采用
6、中及弹塑性时程的对比分析,比较了两种结构体系心支撑框架结构体系和偏心支撑框架体系的结构的动力特性及抗震性能.模型,进行构件内力和结构侧向位移的分析.在有收稿日期:2009-01-11;修订日期:2009-04-21基金项目:国家自然科学基金资助项目(90815004)作者简介:熊俊(1983-),男,四川乐至人,清华大学博士研究生,从事结构工程研究,xiongj02@mails.tsinghua.edu.cn;通讯作者:王元清(1963-),男,安徽霍山人,清华大学教授,博士,从事结构工程研究,w
7、ang-yq@mai.ltsinghua.edu.cn2郑州大学学报(工学版)2009年3/4限元模型中,梁柱单元采用梁单元,各节点均为刚T=CtH(2)结.支撑单元采用杆单元,两端铰接.按照建筑抗式中:T为结构自振周期;H为结构高度;框支钢[3]震设计规范(GB5001-2001)规定的组合系数结构Ct为0.05.确定建筑的重力荷载代表值,楼面屋面荷载均布从自振周期来看,偏心支撑比中心支撑略大,到所有梁柱上.说明偏心支撑耗能梁的存在使结构的整体刚度略有下降.2.3反应谱分析[3]按照5建筑抗震设
8、计规范6取值,采用SRSS叠加方法计算前十阶振型,得到偏心和中心支撑结构侧移曲线如图3所示.图3偏心和中心支撑结构侧向位移曲线Fig.3Thelateraldriftcurvesoftheeccentricallyandcentrallybracedframes中心支撑钢结构框架的位移及位移角均小于偏心支撑框架,x方向的顶层最大位移相差21.5%,底层最大位移角相差31.8%.很明显,在结构的弹性阶段,中心支撑结构比偏心支撑结构刚度更大.对结构内力进行分析可知,中心支撑框2.2模态
