中层钢框架的线性和非线性地震漂移历史比较外文翻译资料

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爱思唯尔

0141-0296(95)00172-7

工程结构，卷。18, No. 8, pp. 577-588, 1996版权所有 copy; 1996 Elsevier Science Ltd英国印刷。保留所有权利0141-0296/96 $15.00 0.00

中层钢框架的线性和非线性地震漂移历史比较

KZ杜鲁门

土木工程系，Campus Box 1130，华盛顿大学，圣路易斯，密苏里州 63130，美国

C.潘泰利德斯

土木工程系，3220 Merrill Engineering Building, University of Utah, Salt Lake City, UT 84112, USA

R. Behr 和 A. Belarbi

密苏里大学罗拉分校巴特勒卡尔顿大楼土木工程系，美国密苏里州罗拉 65401

（1995 年 2 月收到；1995 年 8 月接受修订版）

两个独立的研究小组使用三个商业分析包 ABAQUS、SAP90 和 DRAIN-2DX 生成了两座 5 层和 24 层的中层办公楼的线性和非线性地震响应。结果表明，独立研究小组的地震响应之间发生了高达 25% 的可变性。最初，生成这些模型和分析的目的是帮助开发密苏里罗拉大学建筑玻璃抗震测试的载荷历史。独立研究人员获得了相同的结构、加速度图和基本建模假设，并被指示进行线性和非线性地震分析。结果的可变性很有趣，因为它表明了两家独立咨询公司的分析之间可能存在的差异。对使用ABAQUS和SAP90的线性分析结果、使用ABAQUS和DRAIN-2DX的非线性分析结果以及使用ABAQUS和DRAIN-2DX的线性和非线性结果进行了对比和对比。版权所有 copy; 1996 爱思唯尔科学有限公司。

关键词：建筑，幕墙，漂移，动力学，地震，非线性分析，地震

  1. 、简介

华盛顿大学和犹他大学的两个研究小组使用三种不同的商业分析包和实际地震加速度图作为基础激励，独立分析了两座 5 层和 24 层的中层建筑，具有抗弯和支撑框架。分析的最初目的是生成时间历史层内漂移，以帮助开发用于建筑玻璃幕墙系统的地震/动态测试的合成输入（负载或漂移历史）。

密苏里罗拉大学 (UMR) 建筑围护结构研究实验室目前的研究目的有两个：首先，提供有关地震事件期间玻璃幕墙性能的见解；其次，为地震易发地区的玻璃幕墙系统的设计和使用制定指南。第一阶段可以进一步分为两个部分，一个分析部分和一个实验部分。呈现的结果是用于开发和实施合理的实验室地震载荷历史的分析结果的一部分

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中层钢框架的地震漂移历史：KZ Truman等人。

在典型的多层建筑系统12建筑玻璃系统的评估。

在项目的分析阶段，很明显，使用相同的基本假设和不同的商业软件对相同结构的独立分析产生的结果具有相当高的可变性。选择了两种结构同时受到中度和严重地震动的分析结果，以显示独立产生的分析结果的潜在可变性。所提供的结果是针对两种钢结构的线性和非线性分析，这些钢结构受到 El Centro（中度）和两次 El Centro（严重）地震的影响。结果的差异是由于不同的商业软件建模和数值程序以及用户建模程序。

  1. 分析参数
    1. 建筑系统
      1. 一般假设选择这两种结构来代表商业或办公建筑，其中一种结构是五层系统，如图 1 所示，另一种是 24 层系统，如图2所示。选择了这种类型的钢框架基于UMR实验测试程序的目的。钢的柔韧性、延展性以及与力矩框架作用相关的低刚度提供了具有高漂移特性的系统，这是建筑玻璃建筑围护结构的最坏情况。钢的延展性也为分析非线性行为提供了一个更简单的系统。钢材可以充分体现

图 1五层商业建筑的结构配置：(a) 示意图，说明尺寸、支撑和方向；lt;b) 显示立柱方向的平面图

具有弹性卸载特性的三线性应力-应变曲线，而混凝土最好使用本构模型进行建模，该模型包括由于损坏或破裂的材料而导致的刚度退化。钢结构的漂移特性和易于非线性建模，再加上这些类型的钢框架在商业建筑中的广泛使用，使其成为建筑玻璃地震响应 UMR 实验程序中的优秀候选者。

      1. 常用建模参数分析中使用的几个参数是五层和 24 层结构模型的标准参数。每个建筑物的钢梁和柱子都使用标准 Euler-Bernoulli、双节点 12 自由度单元进行建模，支撑被建模为标准桁架单元。柱刚性连接到基础上（没有释放自由度），梁刚性连接到柱上，两个系统都固有 5% 的阻尼。线性分析的弹性模量为 2.0 x 10 5 MPa (29000ksi)，非线性分析的应力-应变曲线如图 3 所示，钢构件的比重为 76.9 kN/m 3(490 pcf)，它们的质量密度为 7.83 Ns 2 /m 4 (15.22 lb-s 2 /ft*)。假设每个结构都具有刚性地板和屋顶隔板。（为了探索刚性隔板假设的影响，假设一个分析具有柔性地板隔板。）刚性隔板是通过强制梁成为几乎刚性元件来模拟的。刚性梁单元不允许单元端节点有任何局部微分位移。该建模程序经常用于表示刚性隔板和/或抗剪建筑以进行地震分析。
      2. 五层结构五层建筑设计为位于中度至高度地震区的五层商业办公楼。如图 la和lb所示五层结构有六个平行于YZ平面的抗弯框架 (AF) 和四个抗弯框架 (2-5) 加上两个平行于XZ 平面. 这座五层楼的建筑平面呈正方形，由 3.66 m（12 英尺）层高和每个主要方向的 5 个 6.10 m（20 英尺）开间组成，规划为 30.5 m（100 英尺）乘 30.5 m（100 英尺） ）。列方向如图 lb所示。该结构由下三层的 W14 x 132（注意：所有成员大小均以美国单位）柱和上两层的 W21 x 101 柱组成。下三层的横梁为 W24 x 104，上两层的横梁为 W16 x 100；而大括号都是 W14 x 68。
      3. 24 层结构选择图 2所示的 24 层建筑框架代表中高地震区的中层办公楼。如图 2a和2b所示， XZ和YZ 框架由两个支撑框架和两个非支撑抗弯框架组成。外框架在每个方向上都有支撑，而内框架则没有。XZ平面中的框架没有对称间隔，而YZ平面中的框架有对称间隔。这些楼层以 3.66 m (12 ft) 的间隔均匀分布。列方向如图 2b 所示，柱和支撑尺寸见表1。

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图2 24层商厦结构配置；(a) 说明尺寸、支撑和方向的示意图；(b) 显示立柱方向的平面图

图用于非线性分析的 A36 钢的三线性材料模型近似

    1. 正在加载
      1. 地震地面运动1940 年 5 月 18 日，帝王谷 S00E 地震记录（El Centro）被用作地震激发，如图 4 3所示。 选择 El Centro 1940 是因为它的幅度适中、持续时间长且频率内容广泛。加速度图的峰值加速度为 0.348g，持续时间为 53.73 s。SOOE El Centro 地震在两个正交方向上独立应用，以模拟建筑物相对于激励方向的不同方向。为了探索最大可信事件的影响，El Centro 加速度图乘以两倍，称为 El Centro 的两倍。虽然这不能被认为是一个真实的事件，但它是

表示具有大加速度、高频率内容和长持续时间的事件。

      1. 重力载荷和质量分布如某些代码4-6中所述，静载荷质量被认为是地震载荷的主要惯性驱动因素。这种做法的基本原理是活荷载被认为是瞬态的和/或轻微附着的；不能提供很大的惯性力。因此，质量仅基于恒载。载荷作为均匀分布载荷分布到梁单元上；使得每个梁单元承载其各自隔间的四分之一负载。此外，幕墙恒载分布在外梁上；使得每个幕墙面板的一半荷载由上梁单元承受，一半荷载由下梁单元承受。理论上，质量的分布方式与重力载荷完全相同。（三个分析中的两个使用离散质量，而，其中一项分析使用了连续分布的质量。）五层结构的屋顶被认为具有 3.40 kPa (71.0 psf) 的恒载，楼板的恒载为 4.38 kPa (91.5 psf)，屋顶的恒载为 0.96 kPa (20.0 psf)幕墙。该 24 层结构被认为具有 4.55 kPa (95.0 psf) 的屋顶恒载、10.30 kPa (120.0 psf) 的地板和 0.96 kPa (20.0 psf) 的幕墙。
  1. 分析

两个独立的研究小组使用线性和非线性分析对结构进行了分析，以量化地震产生的漂移历史。这些漂移历史用于比较建模亲

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表 1 24层结构柱和支撑的横截面特性

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