不規(guī)則混凝土多層框架結(jié)構(gòu)廠房運用PKPM-SATWE軟件

【關(guān)鍵詞】不規(guī)則結(jié)構(gòu),抗震分析原理,設(shè)計步驟,分析效果 

　　一、不規(guī)則結(jié)構(gòu)的PKPM設(shè)計 

　　不規(guī)則的結(jié)構(gòu)是為了在廠房設(shè)計中滿足生產(chǎn)需求而設(shè)計的，因為其設(shè)計的思路符合廠房結(jié)構(gòu)特征因此在實際應(yīng)用中獲得了認(rèn)可，但是其在抗震性能上卻不能與規(guī)則的柱形與梁結(jié)構(gòu)向一致。對此在國家規(guī)范中對不規(guī)則的多層框架廠房的設(shè)計進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。而在這里應(yīng)用的PKMP軟件是我國建筑科學(xué)院開發(fā)的相對功能性與針對性較強(qiáng)的大型設(shè)計軟件，在建筑行業(yè)得到了較為廣泛的應(yīng)用。不規(guī)則的設(shè)計方式在PKPM中設(shè)計人員應(yīng)注意的是對合理計算參數(shù)的選擇，且不能完全按照矩形結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，否則就會影響整個結(jié)構(gòu)的安全性與準(zhǔn)確性，降低不規(guī)則結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與抗震性能。因此在設(shè)計中應(yīng)在設(shè)計中充分利用軟件的計算與分析功能完成對不規(guī)則多層框架結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行合理的設(shè)計，尤其是對其抗震性能進(jìn)行細(xì)致分析與計算。 

　　二、不規(guī)則廠房的抗震結(jié)構(gòu)分析 

　　在廠房布置結(jié)構(gòu)中，不規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜同時還要考慮工藝載荷，結(jié)構(gòu)的安全性就顯得十分重要，為了保證整個廠房的設(shè)計的安全性需求并滿足建筑結(jié)構(gòu)抗震的規(guī)程，尤其是應(yīng)對高地震烈度下的形變需求，因此應(yīng)在設(shè)計前對抗震的性能需求進(jìn)行分析與計算。步驟有以下兩個：其一，對廠房結(jié)構(gòu)的整體建模。三維空間的框架和剪力墻的設(shè)計是廠房的基礎(chǔ)，因此應(yīng)分析載荷的情況與組合形式，利用空間組合的有限元分析軟件SATWE進(jìn)行計算，并得出各種最為不利于穩(wěn)定性的組合，以此指導(dǎo)混凝土結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計�？拐鹪O(shè)計是采用的是振型分解反應(yīng)譜方式對地震的作用進(jìn)行分析，從而獲得建筑在地震的時候的工況內(nèi)力，同時將結(jié)構(gòu)的彈性動力產(chǎn)生的時程進(jìn)行分析比較結(jié)果，按照抗震設(shè)計規(guī)范進(jìn)行調(diào)試，形成地震組合與內(nèi)力結(jié)果，從而指導(dǎo)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計。其二，不規(guī)則的廠房的安全性要求也十分嚴(yán)格，因此、根據(jù)規(guī)范的要求和結(jié)構(gòu)抗震的要求，對其按照中震彈性形態(tài)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性設(shè)計之后，再進(jìn)行罕見地震作用的靜力彈性變形分析，這樣就可以保證計算準(zhǔn)確。 

　　三、PKPM-SATWE軟件的抗震分析 

　　1、分析原理 

　　SATWE軟件在分析中提供了兩種抗震設(shè)計的功能，即利用抗震規(guī)范要求的反應(yīng)譜的振型完成分解反應(yīng)譜進(jìn)行分析；一種是采用振型疊加的方法進(jìn)行彈性時程分析。振型分解的反應(yīng)譜法其基本的分析原理利用求解廣義的特征值從而得到結(jié)構(gòu)的前幾個振型與頻率范圍，利用規(guī)范的反應(yīng)譜獲得各種振型對應(yīng)9級烈度地震力的相應(yīng)情況，通過適合的組合方式得到結(jié)構(gòu)組合的地震響應(yīng)模式。 

　　而彈性動力時程的分析方式是利用地震波的時程曲線完成分析，同直接求解結(jié)構(gòu)的二階動力參數(shù)的微分方程進(jìn)行求解，從而獲得最終地震波作用下的地震相響應(yīng)情況，求解結(jié)構(gòu)的二階動力微分方程則可以采用振型疊加與直接積分的方式，SATWE軟件是利用振型疊加的方式進(jìn)行分析。 

　　2、振型分解反應(yīng)譜分析 

　　在性能抗震的設(shè)計思路中振型反應(yīng)譜法參數(shù)的選擇應(yīng)按照建筑抗震設(shè)計規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行，并符合廠房的抗震設(shè)計傲氣，進(jìn)行中震不屈服與中震彈性結(jié)構(gòu)分析，其參數(shù)的規(guī)定如下：常見地震的響應(yīng)系數(shù)為0.23，而罕見地震的響應(yīng)系數(shù)為0.50；在性能抗震的振型反應(yīng)譜法周期則按照規(guī)范中提供的表格進(jìn)行選擇。 

　　3、SATWE的時程分析 

　　地震波的選擇應(yīng)按照抗震規(guī)范中規(guī)定的要求進(jìn)行設(shè)定，選擇不少于二組天然波與一組人工波為分析基礎(chǔ)；最大樓層的位移和層間的位移角度選擇應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)定，0度是最大層間的位移角度為1/3514，90度最大的位移角度為1/1026，都在大于1/800的范圍內(nèi)，即滿足了抗震規(guī)范中的規(guī)定。在對最大樓層彎矩與剪力的分析中，彈性時程分析的每一條時程曲線的計算都應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的地層剪切力不小于振型分解分析中計算結(jié)構(gòu)的65%，時程曲線的計算結(jié)果中結(jié)構(gòu)底部的剪切力平均值應(yīng)大于振型分解反應(yīng)譜計算結(jié)果的80%，這樣才能滿足抗震規(guī)范的要求。 

　　四、PKPM中的靜力彈塑性分析原理 

　　在利用PKPM軟件分析廠房抗震結(jié)構(gòu)的時候，還需要對靜力的彈塑性進(jìn)行分析，也就是通常說的靜力推覆分析法。此種方法在國外應(yīng)用的較為廣泛，并以此作為抗震能力的評價措施，其應(yīng)用的范圍集在對結(jié)構(gòu)設(shè)計與設(shè)計方案的評估中。從本質(zhì)上看是一種靜力分線性的計算方式。分析的方式將地震載荷進(jìn)行等效轉(zhuǎn)化，通過對結(jié)構(gòu)施加單一的水平載荷來進(jìn)行分析一種非線性的靜力作用情況，研究的是結(jié)構(gòu)在地震作用下進(jìn)入到塑性狀態(tài)的非線性性能。按照此思路對結(jié)構(gòu)時間單調(diào)遞增水平力的方式，用二維與三位的力學(xué)模型替換原有的結(jié)構(gòu)模型，按照預(yù)先設(shè)定的水平載荷對其進(jìn)行加載，這樣就達(dá)到了模擬地震作用力的效果，從而可以獲得結(jié)構(gòu)、構(gòu)件變形的結(jié)果，進(jìn)而分析其設(shè)計方案的抗震效果。 

　　五、結(jié)束語

        不規(guī)則混凝土多層框架廠房的設(shè)計中，利用PKPM-SATWE進(jìn)行分析，主要是要對其抗震性能進(jìn)行準(zhǔn)確計算，可以實現(xiàn)通過結(jié)構(gòu)周期比、層間移位、樓層抗剪能力、結(jié)構(gòu)扭曲效應(yīng)等對整體抗震性能進(jìn)行控制，按照中震彈性進(jìn)行結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的抗震驗算，從而保證達(dá)到抗震要求的小震不壞、中震可修的目標(biāo)。經(jīng)過彈性分析后，利用軟件對其進(jìn)行靜力彈塑性分析，從而保證建筑在大型地震中保持良好的抗推覆性能，即滿足大震不倒的需求。實踐證明PKPM軟件中提供的各種分析方式與計算模型可以滿足不規(guī)則混凝土多層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要，并可以對其設(shè)計結(jié)果進(jìn)行抗震性分析，保證其結(jié)構(gòu)的合理可行。 

　　參考文獻(xiàn)： 

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