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1、鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系抗震性能有限元分析 鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系抗震性能有限元分析 摘要：從分析高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系入手，對各結(jié)構(gòu)體系進行動力有限元數(shù)值分析，得出多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅在地震作用下的根本規(guī)律。 關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)抗震性能有限元分析 Abstract: starting from the analysis of the lateral force resisting structural system of high-rise steel structure housing, the dynamic analysis of

2、the finite element of the structure system, the basic law under seismic action of high-rise steel structure residential building. Keywords: steel structure finite element analysis of seismic performance 中圖分類號：TU352.1+1文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2021) 概述 多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅具有施工速度快、工業(yè)化程度高、綜合技術(shù)經(jīng)濟指標好、抗震性能優(yōu)

3、越等特點，把鋼結(jié)構(gòu)用于住宅建筑，具有得天獨厚的技術(shù)優(yōu)勢，也是我國當前的產(chǎn)業(yè)政策。 本文以典型的鋼結(jié)構(gòu)住宅為例，對其分別采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系、以及鋼框架-核心筒-剪力墻結(jié)構(gòu)體系時,利用有限元軟件ANSYS分析了各種結(jié)構(gòu)體系所具有的抗震性能，通過一系列的計算和比擬分析，對多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的選擇進行了有益的研究和探索。 結(jié)構(gòu)有限元模型的建立 工程概況:某住宅樓，建筑面積6688m2；平面為矩形(局部凹進8m )，軸線長44.0m，寬16.0m；11層，層高3.0m；無地下室。 利用有限元程序

4、ANSYS分析各種結(jié)構(gòu)體系的自振周期、振型等動力特性和各種結(jié)構(gòu)體系在動荷載作用下的動力響應。在建立整體有限元模型時，將鋼筋彌散于整個單元中，并把單元視為連續(xù)均勻的材料。在有限元模型中，梁單元和殼單元均被認為是具有線彈性性質(zhì)的材料。 在使用有限元進行結(jié)構(gòu)分析中，其中梁和柱采用Beam188單元，樓板及剪力墻采用Shell63單元進行模擬。所有節(jié)點為剛性結(jié)點且底柱及剪力墻與地面視為固結(jié)，具體的單元類型、幾何尺寸及材料參數(shù)見表1～表3: 表1鋼框架體-剪力墻結(jié)構(gòu)體系有限元模型參數(shù) 注:1.鋼材均為HPB235；2.樓板混凝土強度等級為C25 表2鋼框架體-支撐結(jié)構(gòu)體

5、系有限元模型參數(shù) 注:1.鋼材均為HPB235；2.樓板混凝土強度等級為C25 表3鋼框架體-核心筒結(jié)構(gòu)體系、鋼框架體-核心筒-剪力墻結(jié)構(gòu)體系有限元模型參數(shù) 注:1.鋼材均為HPB235；2.樓板混凝土強度等級為C25 結(jié)構(gòu)動力特性分析 動力特性主要是固有頻率和振型，它們是動載荷作用下結(jié)構(gòu)動態(tài)響應設計中的重要參數(shù)。同時也可以作為其它動力學分析問題的起點。通過有限元模態(tài)分析，可確定各種結(jié)構(gòu)體系的自振頻率，其中前十個自振頻率如表5所示： 表4結(jié)構(gòu)自振頻率(hz) 模態(tài)分析主要用于確定結(jié)構(gòu)的動力特性，通過模態(tài)分析，我們在設計中可以防止共振

6、，進行模態(tài)分析之后，我們可以了解結(jié)構(gòu)的固有頻率及振動形式，并對此采取必要的措施，從而防止在使用中由于結(jié)構(gòu)的自振周期與場地的卓越周期相近而引發(fā)共振，從而造成不必要的損失。 結(jié)論 通過前述理論和計算分析，可得出以下結(jié)論： 1、鋼框架結(jié)構(gòu)體系為建筑提供較大的室內(nèi)空間，有較大的延性，自振周期長，但側(cè)向剛度小，側(cè)向位移大，易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，因此鋼框架結(jié)構(gòu)體系不宜建造太高。 2、在強震作用下，尤其在豎向地震作用下，核心筒很容易遭到破壞，而鋼框架又非常薄弱。建議在結(jié)構(gòu)設計中應防止使用單純的鋼框架-核心筒結(jié)構(gòu)，應采用延性與剛度相匹配的更有利于抗震的鋼框架-核心筒-剪力墻結(jié)構(gòu)。 3、支撐對結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力奉獻很大，造價經(jīng)濟、不需要現(xiàn)澆混凝土，結(jié)構(gòu)施工速度快，是多高層住宅的理想結(jié)構(gòu)體系。 參考文獻 【1】李國強. 多高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設計[M].中國建筑工業(yè)出版社,2004.4 【2】沈祖炎.鋼結(jié)構(gòu)根本原理[M].北京:中國建筑土業(yè)出版社,2005. 8