淺談建筑結構設計的計算方法范文

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1．1~3層躍層外框柱計算長度分析

本報告選取恒載（含結構自重）和活荷載標準值作為屈曲分析每步加載值對整體結構進行線性屈曲分析。從屈曲分析計算結果表明，結構發生整體屈曲的臨界荷載系數K=23.027>10。對于躍層柱KZ2~KZ7，由于柱截面兩個正交方向的臨界荷載系數相差不大，兩個方向的計算長度系數可偏安全統一取為0.65。KZ1、KZ8在平面外的計算長度系數可偏安全取為0.55；由于平面內有樓面梁連接起到約束作用，其計算長度可取與其它樓層柱計算長度相同。從分析結果表明，本結構發生整體屈曲的臨界荷載系數K=23.027>10；對于構件局部屈曲是在結構整體屈曲之后發生，因此根據歐拉公式得出的計算長度小于《混凝土規范》取值，偏安全考慮，躍層柱計算長度系數按混凝土結構規范取值，即底層柱計算長度為1.0H，其余各層柱為1.25H。

2．結構的彈塑性分析

2.1單元類型選取

（1）剪力墻單元類型選取。對本結構采取彈塑性分析時，對剪力墻采用彈塑性纖維+彈塑性剪切性質的單元來模型，有效地來模擬剪力墻面內軸向－彎曲變形和剪切變形。對混凝土纖維被分成5根纖維單元，分布鋼筋被分成3根纖維單元，分布鋼筋的面積通過配筋率來考慮。（2）樓面主梁和連梁單元類型選取。通過采用彈性桿+曲率型塑性鉸的FEMA梁來模擬樓面主梁和連梁。連梁的設計應保證“強剪弱彎”并且沿連梁全長布置箍筋，既提高連梁抗剪強度又加強對混凝土的約束，同時還可以有效地確保塑性鉸區域的轉動能力。同時在框架梁及連梁中設置強度監測面，判斷構件在大震作用下的剪切屈服情況，從而確保框架梁及連梁滿足剪切不屈服性能目標。（3）柱單元類型選取。柱單元類型與梁模型相似，采用彈性桿+曲率型塑性鉸的FEMA柱模型來模擬其非線性變形特征。梁端形成彎曲塑性鉸的條件是梁端彎矩達到梁截面的屈服彎矩值，而柱端形成塑性鉸的準則是在三維空間中代表柱端軸力和雙向彎矩的點(P,M1,M2)位于柱截面PMM屈服面上。

2.2計算分析

對本結構的安全評估將通過對結構整體性能、構件受力狀態和變形性能兩個方面來考察。整體性能的評估將從彈塑性層間位移角、剪重比、結構頂部位移和底部剪力時程曲線、塑性發展過程及塑性發展的區域來評估。構件的安全性能將從構件受力狀態、塑性變形與塑性變形限制值的大小關系，關鍵部位的關鍵構件塑性變形情況來對結構進行評估，以保證結構構件在地震過程中仍有能力承受豎向地震力和重力以及保證地震結束后結構仍有能力承受作用在結構上的重力荷載，從而保證結構不因局部構件的破壞而產生嚴重的破壞或倒塌。由計算分析結果表明，采取上述所提出的構件單元選型基礎上，對結構采取彈塑性分析，結果表明X方向的最大層間位移角均小于《高規》中關于層間彈塑性位移角限值的要求，可以判斷結構最終能保持基本直立，滿足規范“大震不倒”抗倒塌的抗震設防基本要求。Y方向的最大層間位移角均小于《高規》中關于層間彈塑性位移角限值的要求，可以判斷結構最終能保持基本直立，滿足規范“大震不倒”抗倒塌的抗震設防基本要求。在大震作用下，在X主方向地震作用下，0S～5s結構保持彈性。5s～14s結構部分連梁發生彎曲塑性轉動，中上部核心筒墻體部分受拉開裂，中上部框架梁發生彎曲塑性轉動；在14s左右大部分連梁發生彎曲塑性轉動，同時核心筒底部墻體開始受拉開裂。14s～16s結構響應到達較大水平，大部分連梁、框架梁發生彎曲塑性轉動，墻體受拉裂縫進一步發展。16s～30s結構塑性發展緩慢，頂部局部框架柱發生彎曲塑性轉動；至30s結構整體塑性發展趨于穩定。同理，在Y主方向地震作用下，構件損傷發展歷程與X主方向地震作用下一致。結構整體非線性發展歷程符合性能目標，水平構件先進入塑性狀態，耗散地震能量，最后墻體和柱構件部分進入塑性，不出現脆性破壞。

3．結語

從本結構設計分析表明，按歐拉公式推算出的計算長度小于《混凝土規范》取值，偏安全考慮，躍層柱計算長度系數按混凝土結構規范取值，即底層柱計算長度為1.0H，其余各層柱為1.25H。同時對結構模型進行簡化，選取合適單元進行彈塑性分析，分析結果表明結構整體非線性發展歷程符合性能目標，水平構件先進入塑性狀態，耗散地震能量，最后墻體和柱構件部分進入塑性，不出現脆性破壞。

本文作者：梁道謀單位：廣東省建筑設計研究院湛江分院