某小高层钢结构住宅抗震性能研究

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1、某小高层钢结构住宅抗震性能研究　　【摘要】本文以某小高层钢结构住宅为例，利用SAP2000软件，对三种不同的结构形式：框架结构、框架—剪力墙结构和框架—支撑结构，进行抗震性能分析，主要包括模态分析、反应谱分析和基于pushover方法的分析。根据计算结果，对三种不同的结构形式抗震性能进行比较。【关键词】小高层钢结构住宅抗震性能1、绪论目前，我国对于小高层钢结构还没有明确的定义，一般认为24m以上的建筑为高层建筑，在钢结构形式的住宅当中，认为结构的建筑高度超过24m，低于50m，而且结构的层数大于7层的建筑为小高层建筑。高层钢结构住宅具有良好的经济效益，尤其是采用标准化生产的方式，可以

2、更好的节约成本，提高效益，但是目前，对多高层钢结构住宅的研究较为广泛和深入，对小高层钢结构住宅的抗震性能分析不足，制约其发展和推广。本文以某住宅项目为例，综合比较纯框架、框架—剪力墙和框架—支撑三种结构形式在8度的地震作用下的响应，比较分析结构形式的特点。2、工程概况6本工程的轴线长度为38.4米，宽度为16.2米，主体结构的高度为40.5米，建筑的总高度为41.6米，共十一层，建筑的高宽比是2.49，小于8度抗震设计的限值（6.0），工程的建筑面积是6491平方米。结构的建筑场地类型为Ⅱ类，8度抗震要求，结构设计地震分组为第三组。在结构的抗震分析计算当中，假定柱和基础为刚性连接，主

3、梁和柱为双向刚性连接，支撑及次梁为铰接连接。结构的平面布置如下图1所示。2.1荷载结构的楼面恒荷载根据建筑材料的自重进行统计计算，活荷载取值为2.0kN/m2，在软件计算当中为模拟隔断墙的自重，在主梁上施加2.5kN/m的恒荷载，屋面的恒荷载和活荷载取值为0.5kN/m2。2.2结构形式和材料属性本次计算分析三种钢结构形式，分别为框架结构、框架—剪力墙结构和框架—支撑结构，各个结构形式的结构布置和材料如下。6框架结构、框架—剪力墙结构及框架—支撑结构的主梁、次梁和主柱均采用Q345钢。主梁的截面尺寸为H400mm×200mm×8mm×13mm，次梁的截面尺寸为H350mm×200mm

4、×8mm×10mm，主柱的截面尺寸为H350mm×350mm×18mm。楼板采用C20混凝土，HRB235钢筋，楼板厚度均为100mm。剪力墙采用C30混凝土，HRB235钢筋，剪力墙的厚度为200mm。支撑的截面尺寸为H150mm×150mm×7mm×10mm，主柱的截面尺寸为H350mm×350mm×18mm。楼板采用C20混凝土，HRB235钢筋。3、计算结果本次计算利用SAP2000对结构先后进行模态分析，反应谱分析和基于pushover方法的计算分析，在建模计算的过程中，为了保证露面荷载能够顺利的传递，使用面截面膜单元进行建模，假定Z轴的约束是刚性。3.1结构的模态分析模态

5、分析计算结果提取结构的动力特征值主要包括：结构的固有频率、振型和周期。计算结果表明动荷载作用下，该钢结构住宅的低阶振型是控制作用的振型，对于结构的内力和位移的贡献比较大。因此取结构前三阶的振型进行分析，忽略高阶振型对结构的影响。各个结构形式的前三阶模态分析数据如下表1。由计算结果可知，框架结构的周期较大，周期下降的速度较慢，振型刚度较小，质量参与系数的密度较大；框架—剪力墙结构的刚度最大，周期下降的速度最快，振兴的特征也十分明显，扭矩出现的比较早，这是因为剪力墙集中布置在电梯井6周围的原因；框架—支撑结构的周期最小，周期下降的速度缓慢，结构的刚度较大，质量参与系数比较分散。总的来说，

6、通过模态分析的计算结果和理论推断的结果相比较，可以判断出模型建立的正确性，值得注意的是框架—剪力墙结构的扭矩出现较早，说明剪力墙布置不够合理，在结果中有所体现。3.2结构的反应谱分析根据《建筑结构抗震设计规范》的规定，多遇地震作用下地震的影响系数取为0.16，结构的阻尼比取为0.035，场地的特征周期取为0.45s，分别对三种结构形式进行X和Y方向的地震反应谱计算分析，其中列出x方向的计算结果见表1。由计算结果可以看出，8度地震作用下，支撑及剪力墙对柱底剪力的分担效果十分明显，柱底部剪力和框架结构相比明显减小，说明框架结构和另外两种结构相比抗侧移能力较差，X和Y方向的顶点位移和最大层

7、间位移都很大；框架—支撑结构的支撑分散布置，在增加结构刚度额同时没有给柱子增加很明显的竖向承载力，剪重比数值较小，在罕遇地震非线性分析中考虑结构自重的二阶效应很有必要.3.3基于pushover方法的分析对框架结构和框架—支撑结构进行罕遇地震作用下基于pushover方法的分析，由于SAP2000对框架—剪力墙结构不能直接进行pushover分析，因此，在这里不再进行讨论。采用X和Y方向单独推覆，收集代表性的推覆步和剖面进行观察和比较，截取x方向计算结果见