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框架结构模型
模型概况
模型为框架结构,长24m,宽16m,共15层,总高61米。
除底层层高为5m外其余各层层高均为4m。
使用PKPM2010中SATWE模块按8度0.2g抗震设防标准进行配筋设计和验算,后将设计结果输入SAP2000中进行分析。
为便于分析和使用孙新宇的静力试验结果,在SATWE设计结果基础上对标准层和构件进行了归并,结构分为1~8层和9~15层两个标准层。
平面布置如图1所示,构件情况见表1。
图1标准层平面布置
表1构件参数表
(梁柱混凝土C40,纵筋HRB400,箍筋HRB335。
板厚均为120mm。
)
构件名称
构件尺寸/mm
纵筋配筋率
箍筋配筋率(加密区)
Z1
750×750
1.1%
1.2%
Z2
600×600
1.1%
1.2%
L1
250×500
上部1.5%;下部1.28%
0.6%
L2
200×400
上部1.5%;下部1.28%
0.6%
底层柱最大轴压比为0.62
每层恒荷载2.5kN/㎡,活荷载2kN/㎡
模型三维示意图
动力特性分析
PKPM软件在高层模态计算上精度不足,且构件配筋在SATWE计算结果基础上进行了归并,因此动力特性分析以SAP2000计算结果为准。
模型前十二阶自振周期如表2所示。
表2结构自振周期
阶数
周期/s
阶数
周期/s
1
2.467013
7
0.803993
2
2.231037
8
0.802977
3
2.156334
9
0.772146
4
1.042166
10
0.631625
5
0.902836
11
0.580096
6
0.862624
12
0.57798
反应谱分析
为验证接结构设计抗震性能,对结构进行双向反应谱工况分层,层间位移角响应见表3
表3反应谱工况下双向层间位移角响应
层数
Y向反应谱工况
X向反应谱工况
1
1/1585.99
1/1667.87
2
1/561.28
1/814.62
3
1/602.02
1/894.85
4
1/686.64
1/1029.51
5
1/836.65
1/1269.15
6
1/1103.49
1/1728.32
7
1/1551.04
1/2602.17
8
1/838.85
1/851.85
9
1/736.13
1/736.63
10
1/715.11
1/711.1
11
1/723.43
1/718.24
12
1/737.46
1/737.49
13
1/730.08
1/759.15
14
1/666.11
1/777.75
15
1/570.87
1/764.64
由表3可得X、Y向层间位移指标均小于规范规定1/550,结构设计满足抗震要求。
时程分析
时程分析选用Elcentro波,TCU115波Y向输入,两种波频谱特征如表4所示。
将地震波峰值加速度分别调幅为70gal和400gal以模拟八度多遇、罕遇地震情况。
表4地震波频谱特征
地震波
记录最大峰值加速度/gal
原始记录时间/s
卓越周期/s
Elcentro
341.7
53.76
0.55
TCU115
115.25
150
2.15
层间位移角响应值
多遇、罕遇状况两种地震波作用下结构层间位移角值见表5、6,层间位移角包络图见图2、3。
表5多遇地震作用下层间位移角响应值
层数
Elcentro
TCU115
1
1/1430.45
1/376.94
2
1/757.77
1/198.35
3
1/667.27
1/172.73
4
1/652.93
1/166.21
5
1/654.59
1/166.63
6
1/650.46
1/169.05
7
1/629.73
1/168.02
8
1/565.94
1/155.42
9
1/546.49
1/136.79
10
1/536.32
1/139.87
11
1/568.99
1/156.33
12
1/589.05
1/185.59
13
1/725.12
1/233.98
14
1/963.41
1/315.42
15
1/1356.08
1/445.05
图3多遇地震层间位移角包络图
表6罕遇地震作用下层间位移角响应值
层数
Elcentro
TCU115
1
1/248.71
1/66.05
2
1/131.87
1/34.75
3
1/116.31
1/30.27
4
1/114.02
1/29.12
5
1/116.87
1/29.2
6
1/119.87
1/29.62
7
1/117.05
1/29.44
8
1/110.95
1/27.23
9
1/97.73
1/23.97
10
1/81.34
1/24.51
11
1/83.56
1/27.39
12
1/95.16
1/32.52
13
1/116.11
1/41
14
1/153.29
1/55.27
15
1/215.11
1/77.98
图4罕遇地震层间位移角包络图
加速度响应
多遇、罕遇状况三种地震波作用下结构加速度值见表7、8,层间位移角包络图见图5、6。
表7多遇地震作用下加速响应值/gal
层数
Elcentro
TCU115
1
8.457
10.192
2
21.018
25.381
3
34.879
42.228
4
48.414
58.818
5
60.734
74.115
6
71.396
88.153
7
80.373
101.006
8
88.198
113.39
9
94.622
131.081
10
98.322
148.29
11
99.606
163.379
12
99.198
175.859
13
97.938
185.624
14
96.585
192.822
15
98.211
197.949
图5多遇地震层间位移角包络图
表8罕遇地震作用下层加速度响应值/gal
层数
Elcentro
TCU115
1
48.502
58.169
2
120.547
144.853
3
200.042
241.008
4
277.669
335.687
5
348.326
422.994
6
409.479
503.109
7
460.963
576.464
8
505.842
647.143
9
542.685
748.111
10
563.907
846.327
11
571.27
932.441
12
568.927
1003.671
13
561.701
1059.401
14
553.942
1100.479
15
563.271
1129.739
图6罕遇地震层间位移角包络图
关于PKPM电算设计中“偶然偏心”的理解
对于规范的理解1Δ
《高规建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010》第4.3.2条(强制性条文)规定,质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应计算单向水平地震作用下的扭转影响。
第4.3.3条规定,计算单向地震作用应考虑偶然偏心的影响。
每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下式采用:
e±0.05L
e为每层质心偏移位移值,L为每层垂直于地震方向建筑总长度
《建筑抗震设计规范GB50011-2010》第5.1.1条(强制性条文)规定,质量于刚度分布明显不对称的结构,应计入双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。
对于规则结构的扭转效应,抗震规定允许不进行扭转耦连计算,但应对平行于地震作用方向的边榀进行地震作用效应放大。
高规则规定应考虑单向地震偶然偏心作用,偶然偏心值见该规范第4.3.3条规定。
可见,高规的规定更加严格。
PKPM中处理原理
先按照无偏心的初始质量分布计算结构的振动特性和地震作用,然后按照规范规定的四种偏心方式计算各质点的附加扭矩,再将四种偏心方式计算各质点的附加扭矩与无偏心的地震作用叠加,从而形成相应于四种偏心方式的地震作用。
考虑偶然偏心地震后,共有三组地震作用效应:
无偏心地震作用效应(EX、EY),左偏心地震作用效应(EXM、EYM),右偏心地震作用效应(EXP、EYP)。
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