1、1钢结构住宅结构体系抗震性能有限元分析摘要：从分析高层钢结构住宅的抗侧力结构体系入手，对各结构体系进行动力有限元数值分析，得出多高层钢结构住宅在地震作用下的基本规律。 关键词：钢结构抗震性能有限元分析 Abstract: starting from the analysis of the lateral force resisting structural system of high-rise steel structure housing, the dynamic analysis of the finite element of the structure system, the bas
2、ic law under seismic action of high-rise steel structure residential building. Keywords: steel structure finite element analysis of seismic performance 中图分类号：TU352.1+1 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 概述 多高层钢结构住宅具有施工速度快、工业化程度高、综合技术经济指标好、抗震性能优越等特点，把钢结构用于住宅建筑，具有得天独厚的技术优势，也是我国当前的产业政策。 本文以典型的钢结构住宅为例，对其分别采用钢
3、框架结构体系、钢2框架-支撑结构体系、钢框架-剪力墙结构体系、钢框架-核心筒结构体系、以及钢框架-核心筒-剪力墙结构体系时,利用有限元软件 ANSYS 分析了各种结构体系所具有的抗震性能，通过一系列的计算和比较分析，对多高层钢结构住宅结构体系的选择进行了有益的研究和探索。 结构有限元模型的建立 工程概况:某住宅楼，建筑面积 6688m2；平面为矩形(局部凹进 8m )，轴线长 44.0m，宽 16.0m；11 层，层高 3.0m；无地下室。 利用有限元程序 ANSYS 分析各种结构体系的自振周期、振型等动力特性和各种结构体系在动荷载作用下的动力响应。在建立整体有限元模型时，将钢筋弥散于整个单元
4、中，并把单元视为连续均匀的材料。在有限元模型中，梁单元和壳单元均被认为是具有线弹性性质的材料。 在使用有限元进行结构分析中，其中梁和柱采用 Beam188 单元，楼板及剪力墙采用 Shell63 单元进行模拟。所有节点为刚性结点且底柱及剪力墙与地面视为固结，具体的单元类型、几何尺寸及材料参数见表 1表 3: 表 1 钢框架体-剪力墙结构体系有限元模型参数 注:1.钢材均为 HPB235；2.楼板混凝土强度等级为 C25 表 2 钢框架体-支撑结构体系有限元模型参数 3注:1.钢材均为 HPB235；2.楼板混凝土强度等级为 C25 表 3 钢框架体-核心筒结构体系、钢框架体-核心筒-剪力墙结构
5、体系有限元模型参数 注:1.钢材均为 HPB235；2.楼板混凝土强度等级为 C25 结构动力特性分析 动力特性主要是固有频率和振型，它们是动载荷作用下结构动态响应设计中的重要参数。同时也可以作为其它动力学分析问题的起点。通过有限元模态分析，可确定各种结构体系的自振频率，其中前十个自振频率如表 5 所示： 表 4 结构自振频率(hz) 模态分析主要用于确定结构的动力特性，通过模态分析，我们在设计中可以避免共振，进行模态分析之后，我们可以了解结构的固有频率及振动形式，并对此采取必要的措施，从而避免在使用中由于结构的自振周期与场地的卓越周期相近而引发共振，从而造成不必要的损失。 结论 通过前述理论
6、和计算分析，可得出以下结论： 1、钢框架结构体系为建筑提供较大的室内空间，有较大的延性，自振周期长，但侧向刚度小，侧向位移大，易引起非结构构件的破坏，因4此钢框架结构体系不宜建造太高。 2、在强震作用下，尤其在竖向地震作用下，核心筒很容易遭到破坏，而钢框架又非常薄弱。建议在结构设计中应避免使用单纯的钢框架-核心筒结构，应采用延性与刚度相匹配的更有利于抗震的钢框架-核心筒-剪力墙结构。 3、支撑对结构的抗侧力贡献很大，造价经济、不需要现浇混凝土，结构施工速度快，是多高层住宅的理想结构体系。 参考文献 1李国强. 多高层建筑钢结构设计M.中国建筑工业出版社,2004.4 2沈祖炎.钢结构基本原理M.北京:中国建筑土业出版社,2005. 8
