小编前一阵子写的《超限结构设计(上)-结构动力特性指标》给一些年轻工程师初步普及了一些结构设计中经常遇到的一些指标的含义。接下来,本文带领新手工程师了解一下时程分析相关的内容。
弹性时程分析
通常抗震报告都有一节“多遇地震作用下的弹性时程分析”,因此带大家梳理一下关于弹性时程分析的相关内容。
什么样的结构需要进行弹性时程分析呢?
《抗规》5.1.2条对其做了规定:
“特别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算;”
《高规》5.1.13中也对此作出了规定:
此部分内容高规和抗规做了明确规定,本文不再过多展开,下面重点介绍下分析流程
弹性时程分析的流程和方法?
第一步,先打开PKPM或者YJK,在完成前面的CQC计算之后,进入到弹性时程分析模块。
YJK
PKPM
第二步,添加地震波,不论是PKPM还是YJK,都提供了丰富的地震波库,大家在选取地震波的时候,要选择同本场地匹配的地震周期的地震波。
Tip:虽然YJK和pkpmd都有丰富的波库,但是YJK的波是没办法导出来的,而PKPM可以把里面任意的波数据文件导出。
第三步,筛选适合本项目的地震波。
什么样的地震波是合适的呢?
简单概括就是两点:1、每条波算出来的基底剪力至少要是CQC的65%。2、所有波的平均值不能小于CQC的80%.3. 地震波需“在统计意义上相符”的要求。
所谓“在统计意义上相符”指的是,多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比,在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%。
地震波的数量选几条呢?
《高规》4.3.5规定,通常取3条和7条。当取3条(2条天然波,一条人工波)时的时候要取计算结果的包络值,取7条(5条天然波,2条人工波)的时候可取计算结果的包络值。
Tip:一般我们弹性时程的时候取7条波计算,而大震的时候经常只选3条波计算。这么为什么呢?
因为弹性时程的计算速度还是很快的,取七条可以取平均值,这样比较容易做到让弹性时程的平均结果小于CQC的计算结果。可以在进行施工图设计的时候不用将地震力放大。
而动力弹塑性分析的时候,主要是一条波的计算时间太长,太长太长。贴上一个sausage的标准电脑配置清单,稍微有点贵啊。
第四步,计算初筛选适合本项目的地震波。
例如下图,本项目选出改7条波能够满足规范要求。前两条是人工波,后五条是天然波。(每条波可以看到波的形状)
第五步,查看计算结果。
我们第一个要看的肯定是基底剪力,确保满足规范要求。
然后要查看七条波在统计意义上是否满足规范要求。可以看出本项目的七条波,在前三阶周期点上最大偏差为7.13%,满足要求。
其次要查查层间位移角等指标是否满足规范要求:
最后看看统计结果WDYNA.out,七条波的平均值在顶部几层的地震力大于CQC,在施工图设计时,此几个楼层的地震力要按着此比例系数放大。
疑问探讨
读完文章,小编抛出两个问题。
问题1:典型的地震波如下图所以,通常大震的动力弹塑性计算的时候,计算时间和波长有很大的关系,对于一个30s或者更长的波。到后面波的峰值其实已经非常小了,那么我们是否可以将下图红线右侧的波截断进行计算分析,这样可以将计算时间大大减小。
问题2:我们在设计中遇到需要考虑竖向地震作用的结构,例如:大悬挑结构。那在进行弹性时辰分析的时候如何考虑竖向地震波呢?
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