雙向地震
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-12
雙向地震的實例教程
4.3地震作用計算
采用隱式算法計算底部加速度時程作用下的結構響應，其基本思路如下：有限元分析分為兩個步驟，第一步采用Static General 步驟施加豎向重力荷載，模型底面采用固定約束；第二步采用Dynamic Implicit 步驟進行地震時程分析，釋放水平兩個方向的約束，并施加雙向地震波加速度時程。為驗證摩擦阻尼器的消能減震性能，進行了未設置阻尼器與設置阻尼器的兩個模型計算結果對比。兩個模型均作用峰值為250gal的雙向地震波時程曲線。圖8(a)為雙向250gal地震波，圖8(b)為6組地震波加速度反應譜。從圖9~10能夠看出，阻尼器的布置能明顯減小結構頂層位移和底部剪力。
五、阻尼力參數分析
為研究阻尼器屈服力對結構抗震性能的影響，分別計算了峰值加速度為250gal和500gal的地震荷載作用下，阻尼器屈服力Fd分別為24N（方案A）、30N（方案B）、36N（方案C）時結構各層加速度響應、位移響應、各層水平轉角響應。
從圖可以看出，在24N~36N范圍內，相同地震波作用下阻尼器屈服力的改變對各層峰值加速度影響不明顯。但是在大震下，結構的峰值加速度有所增加，并且WE方向的各層峰值加速度包絡圖的形狀發生了明顯的改變。
通過以上對框架模型的數值計算分析，可得到以下結論：
1）模型的數值計算及加載測試結果顯示，摩擦阻尼器能有效提高此結構模型的耗能能力，并且斜向棉繩拉索的設置，對結構的層間位移起到了良好的控制作用。
2）有限元計算結構各層的響應結果顯示，在一定范圍內隨著阻尼器屈服力增加，結構各層的位移響應降低。摩擦阻尼器屈服里的改變對結構加速度響應沒有明顯影響。
3）由于阻尼器的非對稱布置，數值計算顯示，阻尼器屈服力的增加，會造成樓層最大轉角增大。
展開 3.結構規則性性息
根據結構的規則性選取
扭轉耦聯信息：
1）對于耦聯選項，建議總是采用；
2）質量和剛度分布明顯不對稱的結構，樓層位移比或層間位移比超過1.2時，應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響。
3）偶然偏心：驗算結構位移比時，總是考慮偶然偏心：
A）位移比超過1.2時，則考慮雙向地震作用，不考慮偶然偏心；
B）位移比不超過1.2時，則考慮偶然偏心，不考慮雙向地震作用。
例：***一31層框支結構，考慮雙向水平地震力作用時，其計算剪重比增量平均為12.35%；
***規則框架考慮雙向水平地震作用時，角柱配筋增大10%左右，其他柱變化不大；
***對于不規則框架，角、中、邊柱配筋考慮雙向地震后均有明顯的增大；
***通過雙向地震力、柱按單偏壓計算和雙向地震力、雙偏壓計算比較可知，后者計算柱的配筋較前者有明顯的增大。建議：若同時勾選雙向地震力、柱雙向配筋時，要十分謹慎。
4）計算單向地震力，應考慮偶然偏心的影響。5%的偶然偏心，是從施工角度考慮的。
****計算考慮偶然偏心，使構件的內力增大5%~10%；
****計算考慮偶然偏心，使構件的位移有顯著的增大，平均為18.47%。
注：對于不規則的結構，應采用雙向地震作用，并注意不要與“偶然偏心”同時作用。“偶然偏心”和“雙向地震力”應是兩者取其一，不要都選。
展開 4、考慮雙向地震作用
《抗震規范》5.1.1.3條規定：“質量和剛度分布明顯不對稱的結構，應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響；”
勾選該項，則X、Y向地震作用計算結果均為考慮雙向地震后的結果；如果有斜交抗側力方向，則沿斜交抗側力方向的地震作用計算結果也將考慮雙向地震作用。
5、自動計算最不利地震方向的地震作用
軟件自動計算最不利地震作用方向，并在WZQ.OUT文件中輸出該方向，并提供“自動計算最不利地震方向的地震作用”參數。如果勾選該項，且計算出的最不利地震作用方向與X、Y軸夾角的絕對值均大于15°時，軟件自動計算該方向地震作用。相當于在參數“斜交抗側力方向角度”中自動增加了一個角度方向的地震作用計算。
6、斜交抗側力構件方向角度
《抗震規范》5.1.1.2條規定：“有斜交抗側力構件的結構，當相交角度大于15°時，應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用。”
如果工程中存在斜交抗側力構件與X、Y方向的夾角均大于15°，可在此輸入該角度進行補充計算。
當輸入一個角度時，程序會自動生成兩個相互垂直的角度，這兩個角度的方向為沿X和Y軸向逆時針轉。比如輸入角度25，則程序自動生成EXM 25和EYM 25，EXM 25的方向為沿整體坐標X方向逆時針轉25度，EYM 25的方向為沿整體坐標Y方向逆時針轉25度。
7、活荷載重力荷載代表值組合系數
計算重力荷載代表值時的活荷載組合值系數。
8、地震影響系數最大值
地震影響系數最大值由“設防烈度”參數控制，軟件會根據該參數的變化自動更新地震影響系數最大值。
如果要進行中震彈性或不屈服設計，設計人員需要將“地震影響系數最大值”手工修改為設防烈度地震影響系數最大值。
展開 注：
1
）工況信息：單個雙向地震作用時程分析工況，持時
40
秒。
2
）計算機信息：
i5-4570 CPU@3.20GHz
，
RAM 8 GB
，
64
位操作系統。
3)
鉸細分時鉸相對長度為
0.2
。
實際工程項目通常需要計算多條地震波，此時采用并行計算可以大大提高分析效率。Perform-3D于v6版本增加了并行計算功能（圖6）。ETABS于v18.1.0版本增加了該功能。圖7是ETABS的高級分析選項，在“分析進程”中選擇“獨立進程”即可實現并行計算。本例采用并行計算同時求解中震、大震兩個工況，計算時長匯總于表4（ETABS設置為僅迭代求解，收斂容差0.005）。對比表4與表3的數據，明顯看到ETABS采用并行計算后計算效率又進一步提高。根據CSI的建議，高級求解器更適合處理大模型，常規模型多線程求解器求解速度更佳。
圖6 Perform-3D并行計算
圖7 ETABS高級分析選項
需要強調的是，本例分析時長的對比數據，僅供參考，并不能由此斷言某種方式一定優于另一種。因為非線性分析是一個非常復雜的過程，有太多因素影響分析的效率和精度，我們需要始終明確的是分析目的（什么樣的數據是關鍵有效的），而不是一味追求分析速度。
5、小結
本文從非線性材料定
義、鉸定義和布置、工況定義、性能檢查、結果輸出、分析參數設置多個方面詳細對比了ETABS和Perform-3D的功能特點。
可以看到，ETABS經過這幾年的發展已完全具備處理建筑結構非線性分析及性能評估問題的能力，并且操作簡單。對于多數結構工程師來講，ETABS操作環境更加友好，易學易用。
展開 輸出的滯回曲線
輸出構件的滯回力
輸出零長度彈簧link單元的內力變形
查看出鉸順序
查看構件開裂程度
（7）更多例子分享：
框架剪力墻結構-填充墻動力分析
頂點位移響應
節點滯回響應
填充墻滯回響應
13層框架剪力墻住宅樓Pushover分析
3層純砌體結構Pushover分析
帶樓梯的住宅樓雙向地震分析
3層框架剪力墻結構移除中柱的抗連續倒塌分析
SeismoStruct系列的靜力分析已更新到第六個視頻，包含梁、柱、節點、剪力墻、填充墻的構件分析和整體框架分析，詳見視頻頁面。后期如果有時間會更新動力分析課程，SeismoStruct功能非常強大，更多課程可持續關注。
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計算分析應考慮黏滯阻尼器安裝次序的影響【3.5.3】；
考慮主軸方向和斜交方向大于15°的抗側力構件方向的水平地震作用，根據結構特點考慮雙向地震作用和豎向地震作用【4.1.1】；
選波要求參見【劃重點與簡析】建筑隔震設計標準（GB/T 51408-2021）；
黏滯阻尼器的恢復力模型可采用麥克斯韋模型；
抗震驗算時，結構第i層的水平地震作用標準值的樓層剪力與第i層及以上的重力荷載代表值之比應大于樓層最小地震剪力系數
該模型的
框架梁端指定了
塑性鉸（彎矩鉸）
，
框架柱兩端指定了纖維鉸
，施加雙向地震時程作用。分別獨自建立ETABS模型（圖1）和Perform3D模型（圖2），并盡量保證兩個模型的一致性。表1、圖3~圖5是部分計算結果對比，可以看到兩個軟件的計算結果吻合得較好。下文將逐一對比介紹模型的設置及相應的軟件功能。
4、考慮雙向地震作用
《抗震規范》5.1.1.3條規定：“質量和剛度分布明顯不對稱的結構，應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響；”
勾選該項，則X、Y向地震作用計算結果均為考慮雙向地震后的結果；如果有斜交抗側力方向，則沿斜交抗側力方向的地震作用計算結果也將考慮雙向地震作用。
輸出的滯回曲線
輸出構件的滯回力
輸出零長度彈簧link單元的內力變形
查看出鉸順序
查看構件開裂程度
（7）更多例子分享：
框架剪力墻結構-填充墻動力分析
頂點位移響應
節點滯回響應
填充墻滯回響應
13層框架剪力墻住宅樓Pushover分析
3層純砌體結構Pushover分析
帶樓梯的住宅樓雙向地震分析
兩個模型均作用峰值為250gal的雙向地震波時程曲線。圖8(a)為雙向250gal地震波，圖8(b)為6組地震波加速度反應譜。從圖9~10能夠看出，阻尼器的布置能明顯減小結構頂層位移和底部剪力。
關鍵設計要點
1.帶鋼骨剪力墻的設計
對于與框柱柱相鄰的剪力墻墻肢，在雙向水平荷載作用下（包括雙向地震和順風向及橫風向組合工況），處于雙向壓彎狀態，同時構件中存在鋼骨，現行規范對于此類情況并未給出明確算法。
例：***一31層框支結構，考慮雙向水平地震力作用時，其計算剪重比增量平均為12.35%；
***規則框架考慮雙向水平地震作用時，角柱配筋增大10%左右，其他柱變化不大；
***對于不規則框架，角、中、邊柱配筋考慮雙向地震后均有明顯的增大；
***通過雙向地震力、柱按單偏壓計算和雙向地震力、雙偏壓計算比較可知，后者計算柱的配筋較前者有明顯的增大。
位移比超限未計算雙向地震。
不規則，特別不規則，嚴重不規則：位移比大于1.2為扭轉為不規則，應計算雙向地震。
考慮扭轉耦聯、按照雙向地震計算時位移比不應超過1.5。如超過1.5，應重新調整結構布置。
02 扭轉位移比是在剛性樓板的假設下計算。配筋計算應考慮實際剛度情況。
03 長寬比控制：進行結構計算時，各系數應合理取值。
