濱州奧林匹克體育館抗震分析研究

沈鴻珍　劉　鵬

(1．濱州學院，山東濱州　256600;　2．山東省濱州市濱城區(qū)水利局，山東濱州　256600)

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濱州奧林匹克體育館抗震分析研究

沈鴻珍1劉鵬2

(1．濱州學院，山東濱州256600;2．山東省濱州市濱城區(qū)水利局，山東濱州256600)

摘要:以濱州奧林匹克體育館大跨空間結(jié)構(gòu)為研究對象，采用時程分析法，分別進行了結(jié)構(gòu)在單向和三向地震行波輸入作用下的地震響應分析，對比了反應譜法和時程分析在地震荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應，并通過軟件 SAP2000對大跨度管桁架拱的組合結(jié)構(gòu)進行了分析，得到了其動力特性及振動規(guī)律。

關(guān)鍵詞:SAP2000，反應譜分析，時程分析

0　引言

大跨度管桁架屋蓋體系的特點:

1)抗壓和抗扭性能好;2)荷載對鋼管結(jié)構(gòu)的作用效應比其他截面形式結(jié)構(gòu)的效應要低得多;3)維護方便。

本文以某體育館大跨空間結(jié)構(gòu)為研究對象，采用時程分析法，反應譜法對大跨空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分別進行了地震響應分析。首先用時程分析法分別進行了結(jié)構(gòu)在單向和三向地震行波輸入作用下的地震響應分析，然后對比了反應譜法和時程分析法在地震荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(包括內(nèi)力、位移等)，所得結(jié)果可供同類型工程設計參考。

1　工程概況

屋蓋結(jié)構(gòu)寬度為105 m;南北跨度165 m，地上3層，局部地下1層，鋼結(jié)構(gòu)部分為空間桁架結(jié)構(gòu)［1，2］。總建筑面積:19 610 m2，抗震設防烈度:7度;抗震設防類別為Ⅱ類，見圖1。

2　計算模型和軟件

利用通用結(jié)構(gòu)分析與設計軟件SAP2000對大跨度管桁架拱的組合結(jié)構(gòu)進行了分析［3］，求得其動力特性及振動規(guī)律。落地拱的桿件為鉸接連接，鋼管拱大部分采用三向固定鉸接［4］，見圖2。

圖1　濱洲奧林匹克體育館效果圖

圖2　體育館屋蓋在SAP2000中的模型

2．1模態(tài)分析

考慮到高階振型，此振型對地震內(nèi)力影響不大。我們只要把前幾個振型組合起來，截取結(jié)構(gòu)前50階的振型進行分析［5］。

采用子空間迭代法，結(jié)構(gòu)的前20階自振頻率見表1，自振特性分析［6，7］如圖3所示。

表1　體育館屋蓋前20階周期　Hz

2．2結(jié)論

1)結(jié)構(gòu)的自振頻率的頻域較寬且分段密集，與之相應的振型曲線比較復雜。

圖3　自振特性分析

2)頻譜分布變化均勻，跳躍現(xiàn)象不明顯，體現(xiàn)了自振頻率分布密集，振型復雜的動力特性［8，9］。

3　反應譜分析與時程分析結(jié)果

圖4　反應譜與時程曲線

圖5　Elcentro波時程側(cè)拱上弦曲線

本文采用時程分析法和反應譜法對該結(jié)構(gòu)進行多遇地震下驗算。根據(jù)規(guī)范的要求，地震波加速度為70 cm/s2。唐山地震波北京觀測點的南北分量較為合適。該地震波作用時長為59．92 s，峰值加速度為55．49 cm/s2，阻尼為0．02［11，12］。

JGJ 61—2003網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定采用分解反應譜法進行網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震效應計算時可取前50階振型參與組分析需要考慮的問題，Aashto8 2006反應譜與唐山譜時程分析取結(jié)構(gòu)前25階振型進行組合，因為沒有考慮兩個方向地震反應出現(xiàn)峰值的相關(guān)性［13］。

幾點體會:

1)對于大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，采用反應譜法進行分析時可能導致過于保守或過于危險的結(jié)論。

圖6　主拱下弦反應譜與時程曲線

圖7　Elcentro波最高點97號節(jié)點時程分析加速度曲線（單位：mm/m3）

2)由圖4～圖7看出反應譜分析法造成的誤差大小與地震波的選取有關(guān)，在工程設計中應該引起重視。從得出的圖表看唐山譜比較實用［14，15］。

3)利用時程分析法來計算濱州奧利匹克體育館結(jié)構(gòu)在多維地震作用的響應是可行的，有效的。

4)時程分析結(jié)果表明，濱州奧利匹克體育館桁架的位移和撓度均滿足抗震規(guī)范設計要求。

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中圖分類號:TU352

文獻標識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0040-02

收稿日期:2016-04-10

作者簡介:沈鴻珍(1983-)，男，碩士;劉鵬(1976-)，男，工程師

Analysis and research of seismic resistance of Olympic gym in Binzhou

Shen Hongzhen1Liu Peng2
(1．Binzhou University，Binzhou 256600，China; 2．Water Conservancy Bureau of Bincheng District of Binzhou in Shandong Province，Binzhou 256600，China)

Abstract:Taking the large-span space structure of Olympic gym in Binzhou as the research target，applying time-history analysis method，respectively carries out the seismic response analysis of the structure under single direction and tri-direction seismic wave，compares the structural response of response spectrum and time-history analysis under the seismic load action，finally obtains it dynamic properties and vibration law．

Key words:SAP2000，response spectrum analysis，time-history analysis