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建筑结构加固技术改造

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1建筑结构设计计算分析模型的建立

1.1建模流程

在集成环境中完成建筑结构设计计算分析模型的建模工作,需要赋予模型分析、修改、计算等基本功能。笔者建议针对建筑结构的设计需求,进行实体单元建模,建模的编辑特点与CAD有异曲同工之妙,都能够借助设计工具,满足页面复杂的定义需求,譬如剪力墙荷载计算、剪力墙静动力分析、剪力墙线性计算、剪力墙非线性计算,这些都是剪力墙在设计方面所需求的静力、动力、线性、非线性等分析技术,以此建模,不仅能够满足计算的速度要求,还能够使得分析结果趋向于合理可靠。

1.2建筑结构设计总体模型

案例工程有限模型总共有22735个单元数,以二类场地作为结构模拟条件,分别为7度设防和8度设防的地震作用反应,其结构整体模型为纯剪力墙理想化结构,包括层高5m人防地下室1层、层高3m标准层32层(总高度95.970m),建筑结构沿缝对称,在此将结构左边部分作为建模分析对象。在计算分析时,简化结构构件,使其成为壳单元或者空间杆,而这样模型囊括了7度抗震设防工况和8度抗震设防工况,其中7度抗震设防设计和8度抗震设防设计的基本地震加速度分别为0.15g和0.2g,通过对这两种不同级别抗震设防标准模型的对比分析,根据分析结果选择不同的振型结构,以便预测同样条件下的位移和内力变化状态。

1.3计算参数的选取

计算分析模型中所模拟的建筑结构抗震设防度数分别为7度和8度,并分别具备0.15g和0.2g的基本地震加速度,最后选取0.05作为结构阻尼比。以上模型计算参数的选取,由于忽视了隔墙的因素,因此在计算地震反应的时候,需要以0.65的折减系数折减自振周期,以缩短与实际周期的差距。而在发生地震的时候,建筑结构会因为地震的作用力,而出现结构扭转效应,这将使得地震对结构的破坏作用更为明显,不利于建筑结构的安全设计。因此,为消除地震作用的扭转影响,以及避免建筑结构平移振动和扭转效应引起的耦联反应,我们需要利用振型分解反应谱法分析建筑结构的地震作用,以此明确抗扭和侧振的周期比值,以此判断结构顶端相对扭转效应的大小。

2建筑结构设计计算结果分析

根据建筑结构不同抗震设防烈度和振型阶数作为动力分析,并结合相关的规范要求,在满足建筑结构质量参与系数在90%以上的前提下,提取前12阶振型进行计算。

2.1对比不同振型阶数楼层剪力

为了避免忽略高阶振型影响的相关数据,高层建筑需要重点关注高阶振型,尽可能选择较长周期的振型,本文借助SAP2000有限元分析软件,分别抽取若干个振型阶数,然后进行分析和对比,最后检查是否全部满足振型质量参与系数在90%以上的基本要求,其中需要考量的每个阶振型质量参与数量分别为X平移、Y平移、RX平移、RY旋转、RZ旋转5个方面。笔者选用10阶、11阶、12阶、13阶、15阶、20阶、25阶、30阶振计算,发现只要试算可能振型阶数取得越多,处于同等振型位置的质量参与系数,累计值就会被越小,而且任何振型都不可能同一时间出现,越低的基本振型参与系数,高阶振型就会受到更加明显的影响。

2.2不同振型时的周期对比值

为了弄清楚剪力墙受到高阶振型的影响程度,笔者选择了10阶、15阶、20阶、25阶、30阶振型,然后对比不同振型时的周期,发现选择振型的阶数越大,则振型周期就越大,呈正比的关系,因此建筑结构需要尽可能选择较长的周期振型,这样就可以避免高阶振型影响的丢失。以上的5种阶振型,主要的影响部位集中第1层、第3层、第5层、第28层、第25层、第31层,属于楼层力,为了得到更加精确的数据,笔者还模拟了7度抗震设防和8度抗震设防,得出具体的高阶振型影响下的楼层力大小,然后绘制出7度抗震设防和8度抗震设防的X向、Y向的剪力对比曲线图,以及简单分析各楼层剪力墙的X向和Y向弯矩值,发现弯矩值的变化幅度趋于零,譬如7度剪力墙抗震设防Y向剪力,28层的10阶、15阶、20阶、25阶、30阶振型剪力基本皆为1000,这说明剪力墙抗震设防可以不用考虑弯矩影响。

3结语

综上所述,笔者采用的是SAP2000有限元分析软件,这种软件的设计程序具有一体化工程,能够满足不同建筑结构的设计需求,并将分析各种结构体系的结果全部输出,得出结构设计的详细信息,通过上文的研究,基本解决了建筑结构设计的若干问题,对于实际工程具有一定的指导意义。

作者:王永伟单位:包头市建筑设计研究院有限责任公司

建筑结构加固技术改造责任编辑:陈老师    阅读:人次