基于Midas 的某鋼筋混凝土框剪結構抗震分析

福建農林大學金山學院，福建 福州 350000

在建筑物設計中，如何提高建筑物的抗震能力一直以來都是建筑設計師們所關注的問題［1］。本文通過運用Midas Gen 進行房屋建筑的抗震分析與設計，通過對剛性樓板假定、樓面荷載定義、風荷載定義、建立墻單元及開洞、反應譜分析、層結果、混凝土構件的設計與分析以發揮建筑設計在建筑抗震設計中的作用。

1 基于Midas Gen 建立結構模型

1.1 模型的建立

通過Midas Gen 來建立一個六層的某鋼筋混凝土框架-剪力墻結構建筑，通過施加樓層荷載、風荷載從而定義邊界條件，查看分析結果對模型進行抗震的影響。

建立鋼筋混凝土框架剪力墻結構如圖1，模型總共有7 層（包括屋頂），共有樓層節點386 個。其中單元共有827 個，梁單元有761 個，墻單元有66 個。

1.2 荷載的定義

1.2.1 樓面及梁單元荷載

模型所添加樓面及梁單元荷載為：樓面荷載：辦公室恒荷載為-4.5kN/m2、活荷載為-2kN/m2。衛生間恒荷載為-6.0kN/m2、活荷載為-2.0kN/m2。屋面恒荷載為-7.0kN/m2、活荷載為-0.5kN/m2，梁單元荷載：梁單元荷載為靜力荷載，為連續的恒荷載，荷載類型為均布荷載。

1.2.2 風荷載與設計反應譜

風荷載隨建筑物的大小，面積和高度的變化而時刻在改變，其中風速和風向也在不斷變化。給模型添加風荷載，風荷載規范采用China（GB50009-202），地面粗糙程度為A 級基本風壓為0.3kN/m2來確定。

為了便于項目的抗震設計，規定了設計反應譜。通過China（GB50011-2011）設計地震分組為1，地震設防烈度為7級（0.10g），場地類別為II 級，地震影響為多遇地震，設計特征周期為0.35，阻尼比系數為0.05 來生成設計反應譜。

由地震設計反應譜的得出在0.01～0.35s是地震系數逐漸增大，達到了峰值。根據《抗震規范》Tg＜T＜5Tg 是地震影響系數出現下滑狀態也就是在0.35～1.75s出現下滑狀態。而在T＞Tg時逐漸趨于平穩狀態，也就是在＞1.75 是地震影響系數趨于平穩狀態。因此在多遇地震作用下，此鋼筋混凝土框架剪力墻結構建筑物滿足地震作用的影響.

定義結構類型為3-D 然后再將荷載轉化為質量加在結構上。

完成了模型的建立后，通過對樓面及梁單元荷載、風荷載的定義使得生成了設計反應譜，然后定義結構類型以及荷載轉化為X 軸Y 軸方向的質量，更加有利于模型的抗震分析，從而得出滿足國家地震作用的要求。

2 運行分析及結果

2.1 通過變形前后位移進行抗震分析

通過軟件對變形前后的對比分析能發現：樓層越高，受到的地震作用越大，從而變形情況也越大，到了頂層更是有些梁到達了極限值，因此現場施工時應該更加注意哪些薄弱構件，從而進行加固或者重新制作新的辦法，進行及時的修改。

2.2 內力的分析

通過Midas Gen 來得到了梁單元內力圖和墻單元內力分析，可以看出梁單元與墻單元的最薄弱的部位。梁單元節點有5 點達到了極限，而剪力墻單元在最下層最薄弱，因此應該對梁單元薄弱部分進行支撐，而對墻單元底部進行加固，使得能承受更大的力。

2.3 層結果分析

利用Midas Gen 進行分析從而導出層位移角，層位移，層剪重比，層構件剪力比，傾覆彎矩，側向剛度不規則驗算，樓層T=（0.08～0.12）n=（0.08～0.12）×6=（0.48～0.72）則符合建筑物荷載規范的自振周期，從而從剛重比穩定性驗算，在恒荷載活荷載風荷載共同作用下得出結果為穩定，因此該建筑物符合多遇地震下周期、振型以及剛重比的穩定性驗算，滿足我國的抗震設計規范要求［3］。因此通過Midas Gen 能更好的對建筑物的振型、周期、剛重比的穩定性有了一定的把控與掌握，如果出現了不合格可以及時的發現進行改正，從而減小了了地震對帶來傷害［4-5］。

3 結論

運用Midas Gen軟件通過對某鋼筋混凝土框架剪力墻結構模型的建立，建立模型的框架梁框架柱及剪力墻、次梁，通過樓層復制及生成層數據文件，定義邊界條件，從而導出了樓面及梁單元荷載，以及輸入風荷載導出了地震設計反應譜進行分析。把荷載轉化為質量更加形象的體現了地震作用對于建筑物的影響。建立完模型后開始進行分析，分別從內力、層間位移角、振型、周期及剛重比穩定性來分析，得出結論，建立的模型在地震烈度為7 級（0.10g）場地類別為II 類的情況下符合我國的抗震設計規范“小震不壞”，從而可以延伸出來，用類似的方法來驗證，罕遇地震和設防地震時的幾種結果進行分析。在設計時，可以更好地找出建筑物的不足之處，可以看出建筑物的薄弱部承載力突變（薄弱層）的驗算：輸出各層抗剪承載力是否規則。

表1 風荷載作用下層計算結果

對模型進行結構層進行計算分析結果如表1。

由表1 可得，風荷載作用下的層間位移角極限都相同都為1/550。在風荷載作用下，各層參數指標都符合我國《建筑抗震設計規范》［2］。

2.4 振型、周期及穩定性分析

地震的發生是由多個振型而組成的，而又分為很多的頻率，由于它的不確定性，不知道哪一個自振頻率較小從而判斷出來，因此只能通過軟件來分析它得振型與周期，從而對建筑物抗震有了一個更好的防范作用。根據Midas Gen 來建立變形前后的建筑物變化與特征值、振型及周期以及穩定性（剛重比）驗算來進行分析，結果如下。

通過Midas Gen 軟件經過模型周期、以及剛度比穩定性驗算得出，模型在多遇地震作用下，最大的自振周期為0.4812。按照建筑結構荷載規范和一些參考資料，結構基本自振周期大致為：框—剪和框—筒結構 T=（0.08～0.12）n，其中n 為層數位，從而進行修改、加固，也可以看出模擬建筑物的變形情況更好地便于我們進行分析，在地震來臨時，可以更好地與地震進行抗衡，不至于導致很大的經濟損失與人員傷亡。