图 5 前四阶以 Z向为主的振型
F ig. 5 The first 4 vertical mode shapes
2. 2 地震响应分析及不同方法之间的比较
从振型分解反应谱方法的基本原理可以看出, 影响该方法的主要因素有 2 个: 一是振型组合方法的选
取, 二是组合时所截取的振型阶数。我国现行 建筑抗震设计规范 ( GB50011- 2001) 对计算结构的水平地
Abstract: A FEA mode l w as established for a high- rise bu ild ing w ith stee l truss transfer story. T he vert ical seism ic responses of th is structure w ere ana lyzed by using the m ode decom position response-spectra m ethod, the t im e h istory ana lysis m ethod and the design response- spectra m ethod of the Ch inese Code for seism ic design of buildings ( GB5001 - 2001). T he m ode num ber and the m ode com b ination m ethod, w hich w ere selected in analyzing seism ic response using the m ode decom position response spectrum m ethod, w ere invest igated. And the app licab ility of one of the prov isions in the C ode, wh ich considered the effect of vertical se ism ic action by 10% grav ity load representat ive va lue, w as also invest igated. T he resu lts show that the cross-co rre la tion betw een m odal responses is proposed to be taken into account and the CQC com binat ion m ethod is proposed to be adopted in the analysis o f vert ical seism ic response o f large span transfer story structure w ith irregular elevat ion and / or p lan design. For som e m embers of the truss, the nom ina l va lue of vert ical se ism ic act ion calcu la ted by 10% grav ity load representat ive va lue is unsafe. K ey w ord s: steel truss; transfer story structure; vert ical seism ic; t im e history analysis; response spectra m ethod
大跨度钢桁架转换层结构竖向地震反应时必须探讨的问题。
对于普通高层建筑而言, 在利用振型分解反应谱法求解结构的水平地震力时, 采用 9个振型参与组合已
可达到很高的计算精度; 但是对于求解带高位大跨转换层建筑结构的竖向地震力来说, 情况就不一样了。为
探讨振型截断问题, 令
a=
Q - 57 2
1 /2
jm ax
中图分类号: P315 952; TU 973. 31
文献 标志码: A
Vertical seism ic response analysis of a h igh-rise building containing a steel truss transfer story structure w ith large span
第 31卷 第 4期 2011年 8月
地震工程与工程振动
JOURNAL OF EARTHQUAK E ENG IN EER ING AND ENG INEER ING V IBRAT ION
文章编号: 1000- 1301( 2011) 04- 0089- 05
V o.l 31 N o. 4 Aug. 2011
图 1 结构立面图 F ig. 1 E lev ation v iew o f bu ild ing
三榀桁架中位于内侧的一榀桁架 H J1单跨跨 度最大, 达 50. 865 m, 桁架 H J2、桁架 H J3 在 15 轴 处设了中间支承, 跨度分别为 39. 492 m + 19. 271 m 和 40. 000 m + 24. 820 m。钢桁架上、下弦设现浇钢 筋混凝土楼板, 确保钢桁架的整体工作和足够的空 间刚度。钢桁架弦杆横截面为焊接箱形截面 ( 600 mm 600 mm ) , 腹部为焊接工字形截面 ( 500 mm 600 mm ) , 跨中部位弦杆壁厚达 60 mm, 端部 斜腹 杆壁厚达 40mm, 单榀桁架重达 200 t左右, 弦杆与 腹杆典型截面形式如图 3所示。
图 2 钢桁架下部楼层平面图 F ig. 2 U nder floor of stee l truss
2 转换钢桁架的竖向抗震性能
图 3 H J1、H J2、H J3钢桁架示意图
该大楼工程为框架 - 剪力墙大跨度结构, 我国
F ig. 3 Sketch o f stee l truss of H J1、H J2 and H J3
图 4 各阶模态的自振 周期
括 2阶竖向振型, 前 50阶振型包括 4阶竖向振型,
F ig. 4 N atural v ibration per iod of m oda l
其振型如图 5所示。根据模态分析结果, 第 57个振型时结构 Z 向的振型质量参与系数达到了 0. 95。因此
可以假定有 57个振型参与组合时的计算结果作为大跨高位钢桁架结构的竖向地震反应的 标准值 。
建筑抗震设计规范 ( GB50011- 2001)中规定了 8度、9度时的大跨度结构应计算竖向地震作用, 因此本文
的竖向地震反应分析是假设在 8度多遇地震作用下进行的, 对整个 A 座采用大型通用软件 Sap2000进行有
限元建模计算。
第 4期
吴玉华 等: 大跨度钢桁架转换层结构的竖向地震反应分析
j= 1
Q N
2
1 /2
jm ax
j= 1
57
Q2
1 /2
jm ax
j= 1
( 1)
式中: a 表示结构前 N 阶振型组合值与 标准值 的相对误差, 取 a 小于 5% 的 N 值作为振型截断值。表 1给
规定也进行了适用性分析。结果表明: 对带钢 桁架转 换层且 平、立面不规 则结构 的竖向 地震效 应进
行分析 时, 建议考虑振型的交叉项, 采用 CQC 法 进行组合; 采 用 10% 重力 荷载代 表值计 算的竖 向地 震作用标准值对桁架部分杆件偏于不安全。
关键词: 钢桁架; 转换层; 竖向地震; 时程分析; 反应谱法
91
2代法对该结构的自振特性进行
了分析, 其前 60阶自振周期分布如图 4所示。前 3
阶自振周期分别为 0. 921 s、0. 772 s和 0. 658 s。由
于高层建筑结构的竖向刚度很大, 因而竖向振动的
周期很短, 频率较高。由图 4可知, 本结构竖向第 1
振型出现在 13阶, 周期为 0. 241 s, 前 30阶振型包
大跨度钢桁架转换层结构的竖向地震反应分析
吴玉华 1, 楼文娟2, 叶小刚3
( 1 浙江工业大学 之江学院, 浙江 杭州 310024; 2 浙江大学 结构工程研究所, 浙江 杭州 310027; 3 宁波市城建设计研究院有限公司, 浙江 宁波 315012 )
摘 要 : 对某一带钢桁架转换层的复杂高层结构进行了有限 元建模, 分别采用 振型分解 反应谱法、时
各国现行抗震设计规范对竖向地震作用都有所反映, 但有关规定均是针对烟囱、电视塔, 平板网架等结 构而制定的 [ 7, 8 ] , 但对于大跨度钢桁架转换层结构如何计算其竖向地震作用、这种结构形式的竖向地震反应
究竟具有怎样的特点, 目前的研究工作还很少涉及。文中将重点讨论和研究上述两个问题。
1 工程背景及结构布置特点
WU Y uhua1, LOU W en juan2, Y E X iaogang3
( 1. Zh ijiang C ollege of Zhejiang U n iversity of Technology, H angzhou 310024, Ch ina; 2. In stitute of S tructu ral E ngineering of Zhejiang U n iversity, H angzhou 310027, C h ina; 3. N ingbo U rb an Construct ion D esign and R esearch Inst itute, N ingbo 315012, Ch ina)
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地震工程与工程振 动
第 31卷
如已建的北京中国银行总部大厦 [ 1] , 转换钢桁架跨度达 55. 0 m; 在建的浙江省电力调度大楼, 单跨跨度最大
达 50. 8 m。由于转换钢桁架跨度大, 上面又承托着相当大的质量, 因而近年来其竖向地震作用 受到了关 注 [ 2, 3] 。宏观震害和理论分析也均表明, 在高烈度区, 竖向地震作用对结构特别是大跨度结构的影响是较显 著的。如 1957年钱培风教授首先提出了竖向地震作用是造成某些砖烟囱破坏的主要原因 [ 4] , 1958年王光 远教授对高耸结构在竖向地震作用下的反应提出了一种数学模拟和计算方法 [ 5] 。 1995年 1月 17日日本阪 神大地震, 使神户市各类建筑结构, 遭遇不同程度的破坏, 大跨度空间结构及其支承结构的震害较严重 [ 6] 。