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2024-07-24

根据 ASCE 7-22 和建筑模型分析抗震层间位移

确保建筑物的侧移评估对于通过限制侧移量来确保结构性能至关重要。过度的侧移可能导致系统不稳定,并可能对非结构构件(如隔墙)造成损害。本文概述了根据ASCE 7-22标准以及RFEM 6中的建筑模型附加模块建立层间侧移的程序。

ASCE 7-22 漂移测定

根据 ASCE 7,设计楼层漂移 Δ 是根据 12.8.6.3 节计算的设计地震位移 δDE 的差值所得。根据 12.8.6.5 节,确定设计楼层漂移时可忽略隔板变形 δdi

漂移分析的载荷组合

根据 12.8.6.1 节,漂移计算的弹性分析应基于 1.0Eh 与预期重力载荷的组合。重力载荷被包括在内以保持漂移分析中使用的力与用于稳定验证 (P – Δ) 的力量之间的一致性 [ASCE 7 注释 C12.8.6]。载荷组合 1.0Eh + 1.0D + 0.5L 适用于小于或等于 100 psf 的活荷载(例外 1,2.3.1 节)。

漂移评估的位置 (ASCE 7 第 12.8.6.5 节)

  1. 当质心 (CoM) 对齐时,楼层漂移是根据质心位移计算的。
  2. 当质心未对齐时(两个相邻楼层的质心之间的偏移大于隔板宽度的 5%),在较低楼层计算的漂移是基于上层楼的质心的垂直投影(注释 C12.8.6)。
  3. 对于分配到抗震设计类别 C、D、E 或 F 的扭转不规则结构,漂移是沿着结构边缘进行计算的,其间有两个垂直对齐的点。

模态分析和反应谱分析附加组件

为加深对该主题的理解,使用一座具有 L 形平面图的三层混凝土建筑作为示例 (图片 01)。首先进行模态分析,以获得结构的固有频率和模态形态。

之后,使用反应谱分析 (RSA) 生成符合 ASCE 7-22 标准的反应谱。在创建反应谱时,可以包括与位移相关的参数 Cd 和 Ie,并在楼层漂移计算中考虑它们。在此示例中,使用 Cd = 1.5 和 Ie = 1.0 (图片 02)。

使用建筑模型附加组件,在光谱分析求解后提供每层的质量中心位置。从“质量和刚度中心”表可以看出,邻近楼层之间的质心未对齐 (图片 03)。

为了评估楼层漂移,首先需要将每层的质心创建为一个节点。在顶部楼层 Z = 40.0 ft 处添加了节点 47。由于在较低楼层计算的漂移是基于上层楼的质心的垂直投影,因此,在 Z = 30.0 ft 处添加了节点的副本,创建了节点 73。然后可以对较低层继续这个过程。

反应谱分析附加组件提供两种选项(SRSS 或 CQC)用于在每个方向 (X 和 Y) 以二次方方式组合来自不同模态的结果。

然而,计算楼层漂移时会出现一个关键考虑因素。如 ASCE 7 注释 C12.9.1.5 所述,"MRSA(模态反应谱分析)会导致单一的正响应,阻碍直接评估扭转响应。解决这一问题的一种方法是确定每个参与所考虑方向的模态的最大和平均位移,然后应用模态组合规则(主要是 CQC 方法)以获得总位移..."

因此,不应从已经以二次方叠加的结果中确定位移差异,而只可以在确定差异之后进行叠加。因此,以下公式是有效的:

由于这种条件,“X”或“Y”方向的包络位移不能直接用于评估。相反,必须在每个方向上分别评估每个模态的楼层漂移,然后手动叠加。

通过显示每层楼的质心处的位移 ux,楼层漂移可以从叠加点之间的差异中得出 (图片 04)。

对于质量参与很小的模态(例如在此实例中的模态 5 和 7),可以在 RSA 载荷情况下的“模态选择”选项卡中将其从计算中排除。

相关的模态及其位移列在下表中 (图片 05)。

此过程必须对每层楼执行。以这种方式,可以确定整个建筑物的最大楼层漂移。为简化起见,未显示重力荷载的包含。

根据建筑模型附加组件的漂移计算

建筑模型附加组件可以在确定结构漂移方面发挥作用。然而,漂移计算的方法并不像上文所述那样遵循 ASCE 7 方法。

在建筑模型中,“楼层间漂移”表中报告的楼层位移的位置(图片 06)不一定基于一个特定点(即质心),而是基于楼层位移的平均值。这些点不一定需要存在楼层。

创建了一种称为“结果梁”的特殊构件类型,用于整合整个楼层的位移结果。每层楼的结果梁包括整个楼层以及该楼层以下的所有梁和柱子 (图片 07)。

如上所示(图片 06),图形显示的结果梁位移与“楼层间漂移”表中报告的值相符。

根据上文所述的漂移分析,ASCE 7 和建筑模型附加组件的最终漂移计算对于 X 方向的最顶层几乎相同(0.582 英寸 vs. 0.581 英寸)。Y 方向的结果为 0.796 英寸 vs. 0.790 英寸(未显示)。

需要注意的是,虽然在这种特定情况下这些结果高度一致,但由于不同的分析方法,不同类型结构可能会产生差异。然而,建筑模型附加组件证明在确定漂移时是一个节省时间的宝贵工具。

最后,可以根据 ASCE 7-22 第 12.12-1 表中的允许地震漂移限制检查漂移。


作者

Cisca 负责北美市场的客户培训、技术支持和持续的程序开发。

链接
参考


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