高層預應力索支撐平面鋼框架結構的抗震性能分析

摘要 ：對高層預應力索支撐平面鋼框架結構的抗震性能進行分析，研究不同布索方案和預應力度對結構自振周期和側移的影響規律。研究表明：方案1.1自振周期最小，抗側剛度較大，抗側移性能較好。索負溫度下溫度變化對結構自振周期沒有影響。

關鍵詞：預應力索；鋼框架；抗震性能

引言

高層預應力索支撐鋼框架結構是一種新的結構形式，預應力鋼索不僅可以降低節點復雜程度，更能提供較好的抗側剛度[1`2]。陳明進行了高層預應力高性能鋼結構抗側力體系性能的研究，考慮了不同的布索方案和鋼材強度 [3]。冉克顯進行了高層預應力斜撐鋼框架風振舒適度研究[4]。本文進行預應力索支撐平面鋼框架結構的彈性時程分析，為該體系的抗震研究提供依據。

1、計算模型

底層層高4m，標準層層高3.3m，共25層，總高度83.2m。采用Q345鋼，索截面直徑均取60mm，結構恒載取1 kN/m2，活載取2 kN/m2?？拐鹪O防烈度為8度，設計基本地震加速度為0.2g，場地類別Ⅲ類，設計地震分組為第二組，特征周期Tg=0.55s。布索方式分為兩大類，即中間兩跨布置和全跨布置，又各細分為5種方案，見圖1。

2、模擬結果和分析

2.1 模態分析

為了進行后續的彈性時程分析，首先進行了模態分析。表1為各種布索方案下結構的前五階自振周期，從表中可以看出，從方案1.1至方案1.5，結構的各階周期逐漸增大，方案2中2.3周期最小。表2為方案1.1改變索溫度后的前五階自振周期，從0℃到-10℃，各階周期減小，但-20℃下各階周期不再變化。

采用直接積分法的非線性時程分析，考慮P-Δ和大位移，阻尼比取0.02。方案1.1至1.5各層最大位移曲線如圖3所示。各條曲線呈波浪型，有波峰和波谷。方案1.1出現三個波峰和三個波谷，最大位移出現在頂層，位移值為57.2mm。方案1.2出現三個波峰和三個波谷，最大位移值出現在頂層，位移值為83.5mm。方案1.3出現四個波峰和四個波谷，最大位移值出現在頂層，位移值為66.1mm。方案1.4出現四個波峰和四個波谷，最大位移出現在頂層，位移值為55.1mm。方案1.5出現四個波峰和四個波谷，最大位移值出現在頂層，位移值為49.7mm。

方案2.1至2.5各層最大位移曲線如圖4所示，各條曲線呈波浪型，有波峰和波谷。方案2.1出現五個波峰和五個波谷，最大位移出現在頂層，位移值為55.1mm。方案2.2出現三個波峰和三個波谷，最大位移出現在頂層，位移值為63.6mm。方案2.3出現四個波峰和四個波谷，最大位移出現在頂層，位移值為73.6mm。方案2.4出現五個波峰和五個波谷，最大位移出現在第12層，位移值為60.4mm。方案2.5出現五個波峰和五個波谷，最大位移出現在第11層，位移值為61.1mm。

將方案1.1和方案2.2各層最大位移曲線進行比較，如圖5所示。兩條曲線均出現三個波峰和三個波谷，波峰和波谷出現位置很接近，最大位移均出現在頂層，位移值分別為57.2mm和63.6mm。

3、結論

十種布索方案中，方案1.1的自振周期最小，說明抗側剛度較大。彈性時程分析中，方案1.1出現三個波峰和三個波谷，頂層位移最大，位移值為57.2mm，其抗側移性能較好。對索施加負溫施加預應力，溫度變化不影響結構自振周期。

參考文獻：

[1] 預應力巨型支撐-鋼框架結構的 Pushover 分析[J].江蘇科技大學學報（自然科學版），2015，29（1）：90-93

[2] 唐柏鑒，顧盛. 預應力巨型支撐-鋼框架結構側移模式研究[J].建筑科學，2010， 26（9）：57-61

[3] 陳明.高層預應力高性能鋼結構抗側力體系性能研究[D].北京：北京工業大學碩士學位論文，2012.

[4] 冉克顯.高層預應力斜撐鋼框架風振舒適度研究[D].北京：北京工業大學碩士學位論文，2014.

作者簡介：

楊意（1987—），女，碩士，廊坊師范學院建筑工程學院講師，研究方向：鋼結構與組合結構

項目名稱：

廊坊市科學技術研究與發展計劃自籌經費項目（2015011027）