地震作用下主次结构不同连接方式耦合动力分析

摘要

随着高层建筑的日益发展，功能的多样化要求越来越高。由多个子结构构成的主次结构体系在工程中日益频繁出现，如装饰性和功能性的建筑类构件依附于建筑物主体结构安置。已有高层建筑由于功能的要求，需要在建筑物主体结构上外加观光电梯，其中建筑物称为主结构，外加电梯称为次结构，主次结构在地震作用下会成为耦合动力系统。
　　 本文针对实际工程进行了研究，首先介绍了工程概况，接着给出三种结构设计方案，然后运用有限元分析软件ANSYS，根据三种结构设计方案建立结构有限元模型进行动力耦合分析。具体内容如下：(1)介绍了半刚性连接的概念和主要连接形式，简述了文献[29]中半刚性连接试验，将试验结果得到的4个初始刚度引用到文中主次结构半刚性连接的计算；(2)建立主次结构刚性连接、铰接连接和半刚性连接的有限元模型并进行动力特性分析，其中主次结构半刚性连接时考虑四种不同的初始刚度，得到7个模型的自振频率和振型；(3)对7个模型进行多遇地震作用下弹性时程分析，得到三种连接方式下，主次结构位移变化规律和次结构的内力变化规律。
　　 计算结果表明：(1)主次结构半刚性连接时，连接单元采用弹簧单元combin14模拟，能很好的表现半刚性连接特性；(2)主次结构半刚性连接时的第一阶频率处于主次结构刚性连接和主次结构铰接连接自振频率之间，随着初始刚度的增加，自振频率接近主次结构刚性连接时的自振频率；(3)三种不同连接方式下主次结构的层间位移在数值上与原主结构相近，模型2至模型7的次结构的层间位移角曲线基本重合，并满足《抗震规范》钢结构层间位移角限值；(4)主次结构半刚性连接时，内力分布比其他两种连接方式均衡，受力更合理。
　　 根据计算结构判断，主次结构半刚性连接是三种结构设计方案中的最优方案，对类似的工程可以提供一定的借鉴和指导。