高层框架—核心筒结构的抗震分析研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇高层框架—核心筒结构的抗震分析研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘 要】以某框架—核心筒结构工程为例，探讨了框架—核心筒结构的抗震性能，通过模型的分析与数据处理，得出了总轴力、边柱轴力和框梁剪力的比较，为类似结构研究提供借鉴。

【关键词】框架核心筒结构；抗震分析；计算研究

1 竖向地震的振型分解反应谱法

国家抗震规范在计算水平地震中，除了时程分析法和底部剪力法，给出了振型分解反应谱法。这种方法计算比时程分析法方便，精确度比底部剪力法高，是最常用的一种水平地震计算方法。计算竖向地震时也采用多质点串联结构，模型假设和计算水平地震采用的模型一致，因此可以把振型分解反应谱法应用到计算竖向地震作用。

计算竖向地震采用振型分解反应谱法时，控制方程为：

M +C +Kx=－MB g（t）

式中，M，C，K分别是结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；x， ， 分别代表结构的位移向量、速度向量和加速度向量；B是描述地震加速度作用点方向的向量，对应于垂直方向； （t）是竖向地震动的加速度记录。

然后用下式求出对应于每一振型的最大地震作用及其相应的地震作用效应：

Fji=αjγjXjiGI（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）

式中，αj为相应于j振型自振周期的地震影响系数；γj为j振型的参与系数；Xji为j振型i质点的水平相对位移；Gi为质点i的重力荷载代表值。

通过上式计算出第j振型的竖向地震作用标准值的内力和位移，再根据SRSS法得出结构的竖向地震的内力和位移即：

S=

式中，S为竖向地震作用标准值的效应；Sj为j振型的竖向地震作用效应。

在软件进行分析时，振型分解反应谱法不比底部轴力法复杂，主流的软件都提供了振型分解反应谱法。

2 有限元分析实例

2.1 结构概况

济宁方圆矿业科技研发技术培训中心位于济宁高新区崇文大道南侧，九九厂以东，方圆住宅小区北部地块内，由两栋塔式高楼和四层裙房及地下一层停车库所组成，总建筑面积约10700㎡。主体（T1楼、T2楼）结构形式为框架核心筒结构；裙房及地下车库为框架结构。其中主楼近似矩形，平面尺寸53.8m×24.8 ～29.6m，采用框架～核心筒结构，为酒店及办公楼，总高99.6米，框架柱最大轴力设计值约为38000KN左右。基础埋深约为7m左右，主楼用桩-筏联合基础；裙房及地下车库采用筏板基础。本结构抗震设防烈度6度，位于第三组区内,设计基本地震加速度值为0.05g，特征周期为0.65s；地类别为Ⅲ类，地基基础设计等级为 甲 级。本工程±0.00相当于绝对标高38.500m,自然地下稳定水位标高为26.7米至26.95米之间，年变化幅度为2～3m。本工程地下水抗浮设计水位标高为34.0m。

一层平面布置见图1。

该工程抗震设防烈度6度，满足高层建筑混凝土结构技术规程中对高层建筑结构的高宽比及高度的要求。结构主要承重构件的截面尺寸及混凝土强度见表1。为计算方便；钢筋混凝土的密度取为2500kg/m3，泊松比取0.2。

表1 模型参数表 mm

2.2 模型的建立

结构分析采用通用结构有限元分析软件SAP2000进行。梁、柱、板和墙的单元划分都是采用软件自动网格划分，网格最大值为0.5m到2m不等；楼板和剪力墙都采用壳元，并且都进行板的边束缚；为了考虑风荷载对结果的影响，对每一层都指定为刚性隔板，如图2所示。

3 模型的分析与数据处理

3.1 模态分析

模态分析采用计算精度较高的特征向量法，为满足结构在三个方向的质量参与系数都超过90%，采用24个振型。计算得出其前5个振型的自振周期分别为1.807、1.685、1.342、0.465和0.451s，在X、Y、Z三个方向上质量参与系数分别为0.99、0.99、0.97。

3.2 底部轴力法分析

根据国家抗震规范规定的竖向地震计算方法计算出每层的总轴力、每个竖向构件的轴力、梁的剪力，见表2。

表2 底部轴力法分析计算结果 kN

3.3 振型分解反应谱法分析

根据前文的理论及公式推导，应用到有限元计算软件SAP2000中，对模型进行振型分解反应谱分析。与底部轴力法相比，振型分解反应谱法计算出的侧向总位移和层间相对位移相差不大，而总轴力、边柱轴力和框梁剪力相差较大。结构的总轴力、边柱轴力和框梁剪力见表3。

表3 振型分解反应谱法计算结果 kN

3.4 底部轴力法和振型分解反应谱比较

对比底部轴力法和振型分解反应谱法的计算结果，如图3～图5所示。从表中看出，底部轴力法计算结果小于振型分解反应谱法计算结果，且随着层数的增加，相差越大。底部轴力法计算不出框架核心筒结构中框架梁的剪力，振型分解反应谱法计算结果表明在竖向地震作用下框架梁存在较大剪力。

4 结语

通过对6度区框架核心筒在竖向地震作用下的有限元分析，可以得出以下结论：在计算框架核心筒结构采用底部轴力法时，计算结果比振型分解反应谱法小，并随着层数的增加，两种计算结果差距呈扩大趋势，在竖向地震作用下，梁上存在剪力，会出现竖向错动。

参考文献

[1]石洪林，刘洪兵，黄煜华.多高层框架结构在竖向振动下的振动分析[J].重庆大学，2008.

[2]包世华，方鄂华.新编高层建筑设计[J].清华大学出版社，1990.

[3]李亚娥，李志慧，王栋.平面不规则高层建筑结构在水平地震作用下的扭转效应与设计[J].甘肃科学学报，2008.

[4]刘洪兵，贾燕翔，张春燕.竖向地震作用下框架结构竖向刚度矩阵的计算[J].西北水力发电，2003，（1）.