人字形密肋式折板壳协同下部结构的地震响应分析.pdf

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1、第42卷第4期沪I．J遣材V01．42，No．42016年8月Sic．}lⅡ册Buildi。ng^f日陀一口lsAugust，2016人字形密肋式折板壳协同下部结构的地震响应分析师兵兵(贵州建工集团第一建筑工程有限责任公司，贵州贵阳550005)摘要：针对人字形密肋式折板拱壳与下部结构共同工作，采用有限元理论和子空间迭代法求解整个结构的自振频率，分析了结构的阵型特点。分析表明，与屋盖单独分析相比，考虑屋盖与下部结构共同工作，无论屋面板是否参与工作，振型的形式都发生了较大的改变，特别是对动力响应影响较大的低阶振型。考虑屋盖与下部结构共

2、同工作，地震作用发生了较大改变，特别是边梁的轴力由水平地震作用控制变为竖向地震作用控制，边梁的弯矩由竖向地震控制变为水平地震作用控制；竖向地震作用下，较大的轴力出现在的另一端，即为与柱上肋相交的截面。但是水平地震作用下轴力出现在边梁的梁端，且最大弯矩仍出现在边梁两端。因此，边梁的梁端截面仍然是抗震设计需要加强的部位。关键词：人字形密肋式折板壳；有限元；自振特性；刚度；地震响应分析中图分类号：TU399文献标志码：B文章编号：1672—4011(2016)04—0095—02DOI：10．3969／i．issn．1672—4011．2

3、016．04．0470前言空间结构的发展得益于我国综合国力的增强，集中体现了我国建筑结构领域科技工作者所取得的一系列科研成果⋯。但是大跨空间结构的修建还受地区经济的制约，从使用或维护角度出发，混凝土壳体结构不应成为被淘汰的结构。作为坡屋面结构，人字形密肋式折板壳更多用在多层建筑，特别是仿古建筑中的大跨空间结构旧。1中。本文针对人字形密肋式折板壳上、下部结构共同工作，采用空间梁单元和板壳单元，采用子空间迭代法求解了结构的自振频率和对应阵型，考察了屋面薄板对结构刚度的影响，并分析了结构的阵型特点∞j，主要讨论上、下部结构共同工作对屋盖地

4、震内力的影响。1算例情况算例为3层结构，平面尺寸为18mx18m，底层和2层柱网9m×9m，楼盖采用井字梁板，结构布置如图1(a)。第3层抽掉B。轴柱，致使屋盖跨度为18m，屋盖结构布置详见图1(b)。山墙框架立面详见图l(c)。算例各构件的截面尺寸见表1。人字形密肋式折板壳除柱上肋外，其余肋的截面尺寸为250mm×350mm，楼层板厚100mm，密肋壳薄板厚度为50mm。柱截面尺寸均为500mm×600mm。混凝土采用C30级，考虑2．0kN／m2的外加荷载并转化为结点附加质量。楼板和壳板采用板壳单元，其余梁、板采用空间梁单元，底

5、层柱脚为嵌固支座。作者简介：师兵兵(1981一)．男，河南鲁山人，硕士研究生。工程师，主要从事空间结构工作。r卜-’8gL1r0譬。选gLI四o广譬矿‘00)60q一．4lo姥，量殳L1足莩210x5蝮L1×口一导等一1---’。400x600’400x8001o-_33-3L3L3，L1911，191’L、．．廿L。，，-’l西¨口蠢J二IINJ唏寸蠢一(B)楼层结构平面(b)屋盖结构平面(c)山墙框架立面图1算例情况裹1算例构件截面尺寸mm×nlln2自振特性分析计算分两种情况：①考虑屋面板参与工作；②不考虑屋面板参与工作。前1

6、0阶频率计算结果如表2所示。可见，不考虑屋面板参与工作，结构的整体刚度略有下降，基频约降低了2．o％。因此可得，屋面板的刚度增加对结构整体的剐度影响不大。裹2前10阶自振频率Hz分析结果显示，前4阶振型并没有因为屋面板参与工作而改变振动形式。l阶振型为沿纵向的平动，即沿密肋板平向肋方向平动；2阶振型为沿纵向平动，同时屋盖表现为反对称振动；3阶振型为扭转振动，同时屋盖为1／4反对称振动；4阶振型为沿屋盖拱向的平动。但结果显示，顶层的振型位移明显要大于下部楼层，且屋盖主要为反对称振动。5阶以后，两种情况的振型开始表现出差异性。例如5阶振

7、型，考虑屋面板参与工作，结构表现为沿屋面平向的平动，而不考虑屋面板参与工作时，结构主要表现为顶层的竖向·95·V01．42，No．4沪I．J罗材第42卷第4期August，2016Sic．}l湖，l艿l‘fjd赢^纪把一口括2016年8月对称振动。再如第9阶振型，考虑屋面板时，屋盖沿平向反对称振动，而沿拱向的对称振动脊线几乎不振动，而不考虑屋面板时，屋盖脊线发生反对称振动。3地震响应分析按8度抗震设防、设计一组、Ⅱ类场地计算，取阻尼比为0．05。采用振型分解反应谱法进行动力分析，其中考虑了阻尼比对反应谱曲线的影响。3．1矢跨比对地震

8、内力的影响算例构件的截面尺寸见表1，考虑的矢跨比有f／L=I／3、1／4、1／5、1／6、1／8、1／10和1／12，共7个算例。对于柱上肋，改变矢跨比后，其整体结构作用下柱上肋内力随矢跨比发生明显变化。计算结果表明：在各矢跨比下，单