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【摘 要】 本文针对某六层集成式钢结构学校建筑进行分析，该学校建筑采用的是楼板集成的建筑做法，将框架结构中的梁用纵横主次桁架代替并整合到楼板中，同时柱子截面小于桁架高度。笔者在振型分解反应谱的基础上，通过静力弹塑性分析来判断此结构的抗震性能，判断结构的出铰顺序，从而判断结构是否能满足抗震需求以及强柱弱梁等概念设计要求。
【关键词】 多层集成建筑；pushover；静力弹塑性分析；强柱弱梁
【中图分类号】TU74 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）24-0231-03
1.引言
随着建筑钢结构的日益发展，多层钢结构集成建筑被更多的应用于民用建筑中，与传统钢结构相比，集成建筑具有施工周期短，构件加工制作模块化，低耗能，环保等众多优点。但是与此同时，由于集成建筑其他功能的要求，设备管道、防火等带来结构上的变化（比如用主次桁架代替钢梁）将导致强柱弱梁等抗震概念设计的要求很难判定，本文通过静力弹塑性分析来判断结构是否满足抗震需求以及强柱弱梁等概念设计要求。
2.工程概况
本工程位于浙江省绍兴县鉴湖区，总共6层，为学校建筑。1到6层均为矩形平面，长36m，宽17.7m，高19.8m。采用主次桁架带楼板-钢柱结构体系，由于设备管道的要求，桁架高度最低为0.45m，结构计算模型如图1所示。
表2 风载和多遇地震下结构位移
经过以上弹性分析可知，结构刚度良好，结构体系统一，可以判定结构小震作用下抗震性能良好，但是根据桁架高度和柱子截面尺寸。仅仅小震分析很难判断此结构是否满足强柱弱梁的概念设计要求，下面采用弹塑性分析--静力推覆分析（pushover分析），来判定结构的出铰顺序，薄弱部位并且判断结构在高烈度区及罕遇地震下的实用性。
5.静力弹塑性分析--pushover分析
5.1 静力弹塑性分析方法背景
静力弹塑性设计的思路是，使用一组可以大概的反映结构动力特性的单调递增的侧向荷载，对结构一步步的实施弹塑性静力分析，这样可以了解结构在地震作用下的内力和变形情况同时也可以知道结构塑性铰出现的顺序和位置，进而了解结构薄弱层和薄弱构件在罕遇地震下可能的破坏和损伤机制。分析过程会明确的呈现出结构在大震作用下可能会出现的一些情况，诸如结构的线弹性状态、逐步屈服状态和变形极限状态等。到目前为止，被用的最多的静力弹塑性分析方法主要有能力谱法、位移影响系数法、N2方法等。早在1996年，美国就开始重视能力普法的应用，其相关部门也开始不断进行推荐与研究；美国的联邦紧急事务管理中心也在2000年时发表了位移影响系数法（FEMA356）。
本次分析采用能力谱方法。能力谱法是美国ATC-40采用的方法，日本新的建筑基准法（BSL2000）也是推荐采用此种方法作为结构静力弹塑性分析方法。此方法的步骤是首先建立两条相同基准的谱线，一条是由力---位移曲线转化为能力谱线，一条是由加速度反应谱转化为ADRS(需求谱线)，再在一张图上同一个坐标系下画出这两条曲线，其相交的点就称作结构抗震性能点（又叫目标位移点），将此目标位移点所对应的位移和规范的位移允许值进行合理的数值比较，形成预估，从而准确判断结构是否满足抗震要求等。这样一来，集成建筑钢结构抗震效果则会有效呈现。
5.1.1 能力谱的转换
图5.1.1 能力谱的转换
图5.4 是在同一个坐标系中画出的能力谱曲线、5%阻尼比的初始地震需求谱曲线和采用等效阻尼比折减后的需求曲线。会产生两种情况，其一如果能力谱曲线与需求曲线不相交，那么可以判断此结构不能抵抗此次地震；其二当能力谱曲线与需求谱曲线相交，如果这个交点与（ap,dp）点相近，则这点可视为“目标位移点”或称之为“性能点”；如果此点远离（ap，dp）点，那么需要重复以上的计算过程，直到这个交点与（ap,dp）点相近。找到了“目标位移点”就可以做结构的抗震性能评估了。
图5.1.4 能力谱与需求谱
5.2 使用midas进行pushover 计算
本工程采用计算软件midas gen进行静力弹塑性分析。
5.2.1 非线性铰的设置
本工程铰属性基于FEMA273来设置。其中柱子采用轴力弯矩铰（P-M-M铰），与柱相连的主桁架其上下弦杆设置的是轴力弯矩铰（P-M-M铰），与柱子相连的桁架腹杆设置轴力铰，对于铰的位置均设置在构件两端。
5.2.2 侧向加载模式
不同的侧向荷载分布方式，必然导致不同的结构破坏形式。那么必须选择接近于结构在罕遇地震作用下的真实侧向作用，这样才能够反映出结构在大震作用下的延性性能。本工程采用推荐的倒三角第一振型的侧向荷载加载模式。
5.2.3 相关参数及结果
1）几何非线性效应：考虑P--Delta效应
2）pushover分析结果
由上述结果可以看出，结构在性能点出现时 部分柱率先进入倒塌状态，而梁基本处于弹性或塑性状态，所以此种主次桁架带楼板-钢柱的集成式钢结构体系是不能达到强柱弱梁的抗震概念设计要求的。
6.结论
通过上述的对主次桁架带楼板-钢柱的集成式钢结构体系进行的静力弹塑性分析计算，可以得到以下的结论：采用主次桁架带楼板-钢柱的集成式钢结构体系时，其结构具备一定的刚度，可以满足6度区的小震设计，小震式可以达到全部构件处于弹性阶段。但大震时由于楼板桁架截面高度大而钢柱截面小，出铰时一定是钢柱上下端部先于楼板桁架构件，换言之大震时结构的破坏状态是强梁弱柱型，柱子先于楼板桁架破坏，不能满足结构概念设计中对强柱弱梁的抗震设计要求，因此不建议此种主次桁架带楼板-钢柱的集成式钢结构体系在抗震设防烈度高的地区使用。
论文作者:汪正江
论文发表刊物:《建筑知识》2017年24期
论文发表时间:2018/1/3
标签：结构论文; 桁架论文; 塑性论文; 静力论文; 楼板论文; 位移论文; 钢结构论文; 《建筑知识》2017年24期论文;