1、大跨度结构抗震分析方法及进展刍议摘要：本文主要针对某大型复合穹顶结构的抗震性能进行研究，对其结构的运动响应进行分析，得出该结构类型的薄弱点，并给予建议。对此类大跨度结构进行竖向抗震计算，在抗震设计中，取竖向地震和水平地震作用的最大值进行研究。 关键词：大跨度结构；复合穹顶；抗震分析 中图分类号：TU352.1+1 文献标识码： A 文章编号： 地震属于非平稳的、随机发生的，针对地震具有复杂性和随机性的特点，对构筑物和建筑物会造成破坏，严重的导致建筑物倒塌。随着城市人口的骤增，城市抗震防灾问题也越来越受关注。随着新设备、新工艺、新材料以及新的设计理念的不断发展，很多结构新颖，造型别致的结构体系越
2、来越多的呈现在人们的面前，越来越多公共建筑和体育场馆采用大跨度复合穹顶结构，这些结构多数对动荷载都比较敏感，但其动力计算方面均没有明确的规定，要结合结构本身进行分析。本文主要采用时程分析方法，对某大跨度穹顶结构的抗震性能进行分析。 1、工程实例 本工程属于复杂的混合结构的体现，结构周围采用 30 根混凝土柱进行支撑，在结构顶部跨越对称的两根钢管拱，穹顶与拱用钢索连接，钢拱的支座采用两个钢筋混凝土基础建造。结构的水平面投影接近于圆形，东西向的跨度长为 104m，南北向的跨度长为 99m，钢拱架的跨度长为114m，高度 32m，钢拱与地面的夹角为 54 度，如图 1。屋面板的活载标准值和横载标准值
3、均为 0.5kN/m2。 图 1 某大跨度复合穹顶结构示意图 2、抗震性能分析（屋盖结构采用 SAP2000） 2.1 结构自身特性 结构自身特性也就是结构的固有特性，是对地震响应分析的基础。文章对钢筋混凝土结构的柱和梁采用梁单元模拟，对钢架的腹杆、弦及网壳用三维杆单元模拟，钢索用索单元模拟，将整个模型分为 12956 个单元、6950 个节点。表 1 为结构前 16 阶固有频率以及主振构件及振动形式： 表 1 该结构前 16 阶固有频率 根据表 1 可知，大跨度 穹顶结构振动的形式主要以平面外耦合振动为主，固有频率密集分布。因为结构对水平方面的动力荷载的影响相对较大。 2.2 结构地震响应
4、（1）位移响应。因为该结构处于二类场地。为了结构的安全，需要对周期、场地等因素进行考虑，对结构的内力响应及位移进行计算，选择 E1-centro 波截取最大峰值为 20s，选择 kobe 波截取最大峰值为14s，经过调幅折算为 110cm/s2。将水平地震波下，结构的部门节点最大位移从不同方向输入，如表 2 所示： 表 2 结构位移响应 通过表 2 可知，受结构对称性的影响，在地震作用下，对称点的最大值非常接近，位移方向也是相同的。不管是沿着 X 还是 Z 方向输入地震，拱架上的节点位移均在垂直方向上。与拱架不同，穹顶、钢筋混凝土柱上的节点最大位移与水平地震的输入方向是一致的。同样条件下，钢筋
5、混凝土柱及穹顶的位移比拱架位移要小。 2.3 结构内力响应 Kobe 波的输入方向对结构内力的影响不大，但是 E1-centro 波的影响非常大。尤其是部分杆件、索单元和输入的地震波及输入方向有密切的关系。由于结构自身具有复杂性，竖向地震输入和水平地震输入相比，结构的动反应要大很多，因此通常的网壳结构在抗震设计时，尽量不要采用竖向抗震设计。但是对于本文所例举的大跨度穹顶结构来说，不能忽略竖向地震，应该对水平地震、竖向地震下的结构动反应分别计算，然后取其大者进行设计。 2.3 结构反力 对结构反力的研究发现，柱脚的结构反力比拱脚的结构反力小，以竖向为主，水平方向较小，而拱脚处两个方向的反力都比较
6、大。竖向荷载大部分由混凝土柱和基础承担，水平荷载由穹顶钢拱架及基础承担，这样可以考虑将工程的基础连为整体增设水平支撑，共同抵抗水平力。 3、结论 本文主要采用时程分析法对大跨度穹顶结构进行地震响应的分析研究，可以得到如下结论： 在同等条件下，节点位移较大的是拱架，钢筋混凝土柱及网壳的位置相对较小；拱脚的动反力比较大，柱脚的结构范例相对较小；拱脚的竖向反力与水平反力都比较大，而柱脚的竖向反力较大，水平反力可忽略不计。这些方面是解决动力设计时，需要考虑的问题。因为该结构具有复杂性，受竖向地震作用影响较大，因此不能忽视竖向地震。 该结构最薄弱的环节是垂直拱轴方向，如果这个方向出现过大的位移，就会导致
7、稳定索松弛，承力索绷断，导致结构失效。 结构可加强穹顶结构支撑的抗侧刚度，从而减少整体结构尤其是穹顶结构等各部位侧移的绝对值和差值，给穹顶网壳结构提供较大均匀分布的刚度，对整体结构有利；也可根据建筑分隔沿环向布置环向桁架，稳定跨越对称钢管拱，提供外拱壳面外刚度及承担部分荷载，传递水平力与结构周边竖向构件形成整体，加强结构整体性 参考文献： 1熊欢,张?,魏陆?,王子健.基于功率谱法分析场地效应对大跨度连续钢构桥的影响J.重庆交通大学学报,2011(4). 2江洋,石永久,王元清.两点支撑平面结构多点输入随机地震响应分析J.湖南大学学报,2010(10). 3赵超,王德胜.独塔钢构体系斜拉桥地震反应分析J.世界地震工程,2011(1).
