框架结构轻钢加层的地震反应分析研究
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摘要
加层技术是扩大房屋面积的一个很好手段,目前轻钢加层逐步成为被推广使用的一种房屋加固与改造形式。本文利用ANSYS对日照海纳集团四层框架结构综合办公楼轻钢加层改造项目进行了分析。重点分析了加层前后结构的固有特性以及在地震波激励下的位移变化,对相似建筑的加层改建具有一定的现实意义和参考价值。
为了能更好的反映结构的动态变化,文中结合实际的场地类型给出了正确选择地震波的方法。阻尼作为结构动力分析的基本参数,对结构动力分析结果的准确性有很大影响。本文根据相关资料确定了钢结构加层结构阻尼比的取值,证明了对轻钢加层结构采用瑞雷阻尼是可行的,并且得出了相应的阻尼参数计算公式。
本文对框架结构及加层后的整体结构进行了模态分析,得到了结构的频率等固有特性。其结果显示：框架结构的前三阶振型控制着结构的最大地震反应,第四阶和第五阶的振型参与也不容忽视,建议进行结构分析时,至少考虑到前五阶振型。整体结构的自振周期较原框架结构明显加长,对地震作用起到了一定的缓解作用。整体结构的前三阶周期与框架非常接近,因此其振型决定于既有框架的振型。根据结构的固有特性又对结构作了时程分析,其结果显示：在三种地震波的激励下,加层后整体结构最大位移比原框架结构普遍增大,最大位移出现的时刻相应推迟。加层结构的位移增幅较前四层变大,与原结构交接部位成为薄弱层,这是抗震设计的薄弱环节和重点加强部位。
Adding-stories technology is a good measure to expand housing area. At present, the technology of light steel adding-stories is gradually becoming an extensively applied form in reinforcement and reconstruction of buildings. In this thesis adding-stories reconstruction project of a four-storey frame structure office building is analyzed with ANSYS software. It emphatically analyzes the structure inherent property before and after adding-stories and the displacement variation under excitations of the earthquake waves, which has important reference value and practical significance to rebuild similar structures with adding-stories.
To reflect dynamic variations of structure better, this thesis gives the method of choosing seismic waves correctly, based on actual site classification. As a basic parameter structure dynamic analysis, damping has a great influence on the veracity of structure dynamic analysis results. Therefore, According to the relevant information, it identifies the damping ratio value of steel structures with adding stories, proves that using Rayleigh damping in structures with adding light-steel stories is practical, and comes to the calculation formula of damping parameters.
This article carried on the modal analysis to frame structure and whole structure after adding steel stories, which obtained inherent characteristics such as structural frequency. The results showed that the first three mode shapes of frame structure controlled the biggest earthquake response of structure, but from the forth to fifth mode shape could not be ignored, so at least five mode shapes are concerned in structure analysis. The natural vibration period of whole structure become longer than original frame structure and it has some functions to the earthquake. Three mode shapes of whole structure were very close to that of frame structure, so its vibration mode depended on vibration mode of frame structure. Then based on structure inherent characteristic the time history analysis of structure was made. The results showed that under three earthquake waves maximum displacement of whole structure after adding-stories was bigger than that of original frame structure, and it appeared at later time. The displacement increase of adding-stories structure was larger than that of the front four floors.
The connection position between frame structure and adding-stories structure became weak layer, which are the weak and strengthened part in seismic design.
为了能更好的反映结构的动态变化,文中结合实际的场地类型给出了正确选择地震波的方法。阻尼作为结构动力分析的基本参数,对结构动力分析结果的准确性有很大影响。本文根据相关资料确定了钢结构加层结构阻尼比的取值,证明了对轻钢加层结构采用瑞雷阻尼是可行的,并且得出了相应的阻尼参数计算公式。
本文对框架结构及加层后的整体结构进行了模态分析,得到了结构的频率等固有特性。其结果显示：框架结构的前三阶振型控制着结构的最大地震反应,第四阶和第五阶的振型参与也不容忽视,建议进行结构分析时,至少考虑到前五阶振型。整体结构的自振周期较原框架结构明显加长,对地震作用起到了一定的缓解作用。整体结构的前三阶周期与框架非常接近,因此其振型决定于既有框架的振型。根据结构的固有特性又对结构作了时程分析,其结果显示：在三种地震波的激励下,加层后整体结构最大位移比原框架结构普遍增大,最大位移出现的时刻相应推迟。加层结构的位移增幅较前四层变大,与原结构交接部位成为薄弱层,这是抗震设计的薄弱环节和重点加强部位。
Adding-stories technology is a good measure to expand housing area. At present, the technology of light steel adding-stories is gradually becoming an extensively applied form in reinforcement and reconstruction of buildings. In this thesis adding-stories reconstruction project of a four-storey frame structure office building is analyzed with ANSYS software. It emphatically analyzes the structure inherent property before and after adding-stories and the displacement variation under excitations of the earthquake waves, which has important reference value and practical significance to rebuild similar structures with adding-stories.
To reflect dynamic variations of structure better, this thesis gives the method of choosing seismic waves correctly, based on actual site classification. As a basic parameter structure dynamic analysis, damping has a great influence on the veracity of structure dynamic analysis results. Therefore, According to the relevant information, it identifies the damping ratio value of steel structures with adding stories, proves that using Rayleigh damping in structures with adding light-steel stories is practical, and comes to the calculation formula of damping parameters.
This article carried on the modal analysis to frame structure and whole structure after adding steel stories, which obtained inherent characteristics such as structural frequency. The results showed that the first three mode shapes of frame structure controlled the biggest earthquake response of structure, but from the forth to fifth mode shape could not be ignored, so at least five mode shapes are concerned in structure analysis. The natural vibration period of whole structure become longer than original frame structure and it has some functions to the earthquake. Three mode shapes of whole structure were very close to that of frame structure, so its vibration mode depended on vibration mode of frame structure. Then based on structure inherent characteristic the time history analysis of structure was made. The results showed that under three earthquake waves maximum displacement of whole structure after adding-stories was bigger than that of original frame structure, and it appeared at later time. The displacement increase of adding-stories structure was larger than that of the front four floors.
The connection position between frame structure and adding-stories structure became weak layer, which are the weak and strengthened part in seismic design.
引文
1高剑平.国内外既有房屋加层改造发展概况[J].华东交通大学学报,2006,23(2)：1-4
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