钢框架结构影响系数研究

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中震及强震作用下结构进入弹塑性阶段,结构变形会消耗掉地震的一部分能量,相同位移下弹塑性地震反应的底部剪力要明显小于弹性反应下的底部剪力,加之众多因素的影响,使得结构在弹塑性状态下的地震作用求解变得十分复杂,采用结构影响系数折减,可得出弹塑性地震反应。为简化计算,各国抗震规范均引入结构影响系数的概念,但结构影响系数的定义却有所不同。国外对此系数的影响因素考虑得比较全面,大多考虑了延性水平、结构体系以及材料等因素的影响,而我国规范没有考虑结构类型、延性水平、周期及其所处的地震危环境等差异,对所有结构取相同的结构影响系数,显然不尽合理。现行《建筑抗震设计抗震规范》(GB5009-2010)(以下简称《10抗震规范》)依据“三水准、二阶段”的设计准则,延用自《89抗震规范》起采用的“小震弹性设计”法,取各种结构体系结构影响系数的平均值,并没有考虑结构延性性能的影响,对钢筋混凝土结构、钢结构及各种结构体系均采用单一的结构影响系数(2.8125),即取相同的地震影响系数。钢结构由于延性好,按此方法设计导致钢结构的设计地震作用取值偏大,用钢量较多,限制了钢结构在我国的发展。本文比较了国外主要抗震规范结构影响系数的取值,分析了我国抗震规范结构影响系数的发展与变迁,分析了我国现行《10抗震规范》中对地震作用计算的不足,结论如下:《10抗震规范》中隐含的结构影响系数取值为2.8125这一固定值,没有考虑结构不同延性对地震作用的影响,在地震作用计算时客观性不足。本文设计了6个多层钢框架,利用SAP2000进行Pushover计算分析,并由此得出钢结构的结构影响系数。结果表明:按照我国《10抗震规范》进行钢结构设计时,取2.8125的结构影响系数使六层及六层以下的钢框架地震作用取值偏大。
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