白文魁

摘 要 本文通過有限元軟件SAP2000建立了10個(gè)12層的K型偏心支撐半剛接鋼框架模型，其中6個(gè)以耗能梁段的長度為變量、4個(gè)以梁柱節(jié)點(diǎn)初始轉(zhuǎn)動剛度為變量，分別對其進(jìn)行了模態(tài)分析及Pushover分析，以研究其對結(jié)構(gòu)動力特性及彈塑性受力性能的影響。

關(guān)鍵詞 偏心支撐 耗能梁段 彈塑性

中圖分類號：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1偏心支撐鋼框架的工作原理

鋼框架結(jié)構(gòu)是目前較常用的結(jié)構(gòu)形式之一，它由梁和柱構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡單、布置靈活、空間跨度大等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的優(yōu)秀的延性、剛度、耗能能力及抗震性能等結(jié)構(gòu)性能。在水平荷載作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較大的側(cè)移，易超出規(guī)范規(guī)定的限值，所以在高層建筑中鋼框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到了限制。在結(jié)構(gòu)中布置支撐能夠有效減少高層鋼框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向移動。在框架結(jié)構(gòu)中，偏心支撐屬于一種常用類型。偏心支撐鋼框架是指每根支撐至少有一端與框架梁相連，并且具有一定長度的耗能梁段。耗能梁段是偏心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)中主要的耗能構(gòu)件?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010關(guān)于耗能梁段的強(qiáng)度及寬厚比有如下規(guī)定：耗能梁段所使用鋼材的屈服強(qiáng)度不應(yīng)大于345MPa，且板件的寬厚比與同跨內(nèi)的非耗能梁段相比，應(yīng)符合的限值要求。

彈性階段，偏心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)具有良好的剛度，其抗側(cè)移水平與中心支撐鋼框架接近；在彈塑性階段，偏心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的耗能能力，延性與純框架接近，集合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種良好的抗震和抗側(cè)移的結(jié)構(gòu)。

2等效單自由度體系的建立

本文主要用Pushover分析法進(jìn)行分析，并提出以下兩點(diǎn)假設(shè)：

（1）結(jié)構(gòu)模型的地震反應(yīng)以第一振型為主；

（2）結(jié)構(gòu)沿高度方向的變形在整個(gè)地震反應(yīng)中保持不變。

該假設(shè)沒有嚴(yán)格的理論依據(jù)，但對于以第一振型為主的地震反應(yīng)該方法具有一定的合理性。

由上述假定可知，Pushover分析是以將多自由度結(jié)構(gòu)體系等效為單自由度體系為前提條件，轉(zhuǎn)換的方法并沒有唯一的標(biāo)準(zhǔn)，但基本上都是通過結(jié)構(gòu)的動力運(yùn)動方程進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換。

3建模計(jì)算

本文所建立的模型是一個(gè)X方向?yàn)?跨、Y方向?yàn)?跨、高12層的K型偏心支撐半剛性連接鋼框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度（a=0.10g），罕遇地震下水平地震影響系數(shù)最大值為0.50，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類型為Ⅱ類，特征周期為Tg=0.35s，阻尼比為=0.05，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，設(shè)計(jì)使用年限為50年。X、Y方向跨度各為6米，層高為3米。根據(jù)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的尺寸及柱網(wǎng)布置信息，建立結(jié)構(gòu)模型。支撐在X、Y方向均有布置，主梁和柱的連接均采用半剛性連接（見表1）。

對以耗能梁段長度為變量的模型進(jìn)行模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)的振型、基本自振周期及在X、Y和Z方向上的質(zhì)量參與系數(shù)。此模型的前三階振型具有相同的振動規(guī)律，且皆符合《抗規(guī)》的規(guī)定，即結(jié)構(gòu)的第一階及第二階振型分別是為沿著X方向和Y方向的平動，扭轉(zhuǎn)則出現(xiàn)在了第三階振型當(dāng)中。

4結(jié)論

本模型第一階振型中，、，說明該振型中結(jié)構(gòu)沿X方向的質(zhì)量參與系數(shù)為76%、繞Y軸轉(zhuǎn)動質(zhì)量參與系數(shù)為15%，故該振型為X方向的平動；第二階振型中，，說明該振型中結(jié)構(gòu)沿Y方向的質(zhì)量參與系數(shù)為75%、繞X軸轉(zhuǎn)動質(zhì)量參與系數(shù)為20%，故該振型為Y方向的平動；第三陣型中，X及Y方向的質(zhì)量參與系數(shù)皆為零，只有，故該振型為繞Z軸的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。

結(jié)構(gòu)的前8階振型在X和Y兩個(gè)方向的累計(jì)質(zhì)量參與系數(shù)SumUX和SumUY分別為（0.90，0.90），均不小于0.90，符合規(guī)范的限值要求。

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