對(duì)磚混結(jié)構(gòu)輕鋼結(jié)構(gòu)直接加層法研究分析

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1、對(duì)磚混結(jié)構(gòu)輕鋼結(jié)構(gòu)直接加層法研究分析邱先炎廣州市中星房屋安全鑒定有限公司510000摘要：木文結(jié)合具體工程實(shí)例，使用ANSYS有限元軟件對(duì)目前常見(jiàn)的6層磚混結(jié)構(gòu)頂部增加一層門式剛架這一超高限情況進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析，論證了超高限加層的可行性。關(guān)鍵詞：加層；磚混結(jié)構(gòu)；輕鋼結(jié)構(gòu)；ANSYS；超高限目前，在鋼結(jié)構(gòu)加層改造工程中，設(shè)計(jì)方法還不夠完善，一般只對(duì)加層部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。但采用鋼結(jié)構(gòu)加層后，結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量、剛度、周期、阻尼比等都發(fā)生了變化，僅對(duì)加層部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析是不安全的，應(yīng)進(jìn)行包括原有建筑物的整體結(jié)構(gòu)分析。1分析計(jì)算資料1.1原有磚混結(jié)構(gòu)某6層磚混結(jié)構(gòu)假定為一辦

2、公樓，軸向尺寸橫向?yàn)?4.5m，縱向?yàn)?2m，房間開(kāi)間為6m,進(jìn)深為6m，層高為3m。結(jié)構(gòu)外墻為370mm,內(nèi)墻為240mm,MulO粘土碎，砂漿標(biāo)號(hào)為M10,原結(jié)構(gòu)中設(shè)有圈梁、構(gòu)造柱?；A(chǔ)為鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，三類場(chǎng)地土，8度設(shè)防。結(jié)構(gòu)平面布置如圖1所示。1.3分析計(jì)算基木資料1.3.1設(shè)計(jì)基木資料結(jié)構(gòu)重要性指數(shù)：二級(jí)；結(jié)構(gòu)設(shè)防烈度：丙類；抗震設(shè)防烈度：8度；基木風(fēng)壓：0.40kN/m2；基本雪壓：0.35kN/m2；地質(zhì)資料：III類場(chǎng)地土;特征周:0.2g，第一組；地貌類別：C類。1.3.2計(jì)算基木假定(1)加層輕鋼結(jié)構(gòu)柱與原有結(jié)構(gòu)連接方式為鉸接，加層結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)

3、點(diǎn)為剛接；(2)樓板為剛性樓板，平面內(nèi)剛度無(wú)限大，不考慮平面外剛度；(3)內(nèi)力分析不考慮施工作用，不考慮維護(hù)墻板對(duì)整體結(jié)構(gòu)分析的作用。1.3.3荷載取值由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載取值。樓面：恒載3.0kN/m2,活載1.0kN/m2；不上人屋面：恒載0.3kN/m2,活載0.5kN/m2。2有限元模型建立本結(jié)構(gòu)共有三種材料：砌體、混凝土、鋼。由于原磚混結(jié)構(gòu)已使用多年，承載力有所下降，定義砌體材料屬性吋，按鑒定試驗(yàn)得到的實(shí)際強(qiáng)度值進(jìn)行定義。本結(jié)構(gòu)模型包含3種單元類型，分別為線單元Beam4、Iink8、殼單元Shelll63。構(gòu)造柱、圈梁、鋼架柱、剛架梁采用beam

4、4單元，砌體采用殼單元Shelll63,支撐采用links。網(wǎng)格劃分采用自由網(wǎng)格劃分和自適應(yīng)網(wǎng)格劃分相結(jié)合的方法。計(jì)算局限于線彈性范圍內(nèi)，所有材料均假定為各向同性線彈性材料。3ANSYS理論分析在原有六層磚混結(jié)構(gòu)上加一層門式剛架結(jié)構(gòu)，己經(jīng)超出了抗震規(guī)范所規(guī)定的高度，屬于超高限問(wèn)題，本文應(yīng)用ANSYS，針對(duì)加層結(jié)構(gòu)未設(shè)支撐和設(shè)置支撐兩種情況，分析了超高限狀態(tài)下輕鋼結(jié)構(gòu)加層的受力與變形情況。2.1未設(shè)支撐吋結(jié)構(gòu)分析3.1.1風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)荷載計(jì)算，下部結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載直接加到面上，把上部剛架所受的風(fēng)荷載導(dǎo)成線荷載，直接加在剛架上。在風(fēng)荷載作

5、用下，χ方向的最大剪力值為52.61kN,?方向的最人剪力值為93.12KN，經(jīng)驗(yàn)算滿足規(guī)范承載力要求。？方向上的最大位移值為0.82mm,?方向上的最大位移值為30.4mm,變形值小于規(guī)范要求的h/60=66.67mm。3.1.2結(jié)構(gòu)自振特性分析通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析和計(jì)算，得出了加層后整個(gè)結(jié)構(gòu)的自振特性，提取了結(jié)構(gòu)的前10階振型。表1列出了結(jié)構(gòu)的前10階振型。3.3結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算分別在結(jié)構(gòu)的χ、？、z方向輸入地震加速度反應(yīng)譜，對(duì)設(shè)置支撐后的加層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震分析。對(duì)加層后原冇磚混結(jié)構(gòu)的抗震承載力、上部門式剛架的抗震承載力分別進(jìn)行驗(yàn)算，均滿足規(guī)

6、范要求。加支撐后結(jié)構(gòu)在地震作用下的最大位移分別為0.9mm、43.3mm、0.28mm。經(jīng)驗(yàn)算，滿足規(guī)范要求。4結(jié)果分析比較4.1模態(tài)分析比較圖3為加層前后前10階振型自振周期比較，由圖3可以看出，加層結(jié)構(gòu)未設(shè)支撐吋的第一階振型自振周期最長(zhǎng)，為=0.81s；增加支撐后第一階振型自振周期次之，為T=0.337s；原磚混結(jié)構(gòu)的第一階振型自振周期為T=0.329S。從第二階振型開(kāi)始，三者自振周期逐漸接近，并且振型間自振周期數(shù)值相差不大。表明：①結(jié)構(gòu)在加層處出現(xiàn)剛度突變，加層后鞭梢效應(yīng)對(duì)原磚混結(jié)構(gòu)的影響較大；②增加支撐能夠較好地解決結(jié)構(gòu)的剛度突變問(wèn)題。4.2地震反疲分析3.2.

7、1地震剪力分析通過(guò)對(duì)設(shè)置支撐后加層結(jié)構(gòu)與原冇磚混結(jié)構(gòu)所受地震剪力比較得出.?①設(shè)置支撐后上部門式剛架結(jié)構(gòu)受到地震剪力與下部磚混結(jié)構(gòu)比較，所受到的地震剪力較小，鞭梢效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)?方向影響較大；②加層后下部磚混結(jié)構(gòu)所受地震剪力與原磚混結(jié)構(gòu)所受的地震剪力接近，加層對(duì)原結(jié)構(gòu)影響較小。1.2.2各層側(cè)移分析通過(guò)對(duì)設(shè)置支撐后加層結(jié)構(gòu)與原有磚混結(jié)構(gòu)各層側(cè)移比較可以看出：①結(jié)構(gòu)加層后，上部門式剛架結(jié)構(gòu)的最大側(cè)移值為43.3mm,結(jié)構(gòu)在加層處出現(xiàn)剛度突變；②設(shè)置支撐后加層結(jié)構(gòu)的側(cè)移值與原磚混結(jié)構(gòu)的側(cè)移值接近，加層對(duì)原結(jié)構(gòu)影響較小。4.2.3豎向地震作用對(duì)加層