GB50011抗震规范下的ANSYS抗震仿真实践

案例描述

5算例：某11层钢筋混凝土框架结构，位于7度（0.1g)地震烈度区，设计地震分组位于第二组，基岩场地，剪切波速为500m/s，建筑底层高度为3.5m，二至十一层高3m，底层静荷载为10000kN，二层静荷载为9000kN，三层以上静荷载为8500kN，建筑平面为55mx35m。分别采用中美欧规范进行计算得结构底部总剪力见表6。图5为结构各层的剪力值，相应的计算结果列入表7。

原文按中国抗震规范GB50011计算的各层剪力如下表所示。

底部剪力法（公式解）

期刊原文缺乏结构基本周期的信息，笔者通过原文的剪力计算结果推测得出结构的基本周期为1.01806秒，在这个推断的基础上，根据GB50011规范，使用公式法计算各层的剪力。

假设结构阻尼比为0.05，水平地震影响系数的计算值如下所示。

α1 = (0.4/1.01806)^0.9 *0.08=0.03451

结构等效总重力载荷的计算值如下所示。

_{Geq = 0.03451*81175=2801.3kN}

顶部附加地震作用系数的计算值如下所示。

_{δn  = 0.08*1.01806+0.01=0.091445}

结构各层剪力根据以下公式计算。

通过以上公式计算得到的剪力值和期刊原文的结果高度一致。

底部剪力法（仿真解）

几何模型如下图所示。

抗震规范GB50011的底部剪力法，在ANSYS Mechanical中对应静力分析。

施加等效加速度。

a = α1*0.85*10=0.293335m/s2

各层剪力的仿真结果如下所示。

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列表如下，可以看出底部剪力法的仿真解和公式解在高楼层上差距较大，这是因为ANSYS Mechanical静力分析没有考虑计算高度的影响。

反应谱法（仿真解）

使用ANSYS Mechanical的反应谱分析。沿用静力分析的几何模型和有限元模型，先进行模态分析，再进行反应谱分析。

部分模态分析结果展示如下。

假设阻尼比为0.05，根据抗震规范GB50011中的地震影响系数曲线计算反应谱曲线，在反应谱仿真中施加。

各层剪力的仿真结果如下所示。

列表如下，可以看出反应谱仿真解和底部剪力法公式解在低楼层上差距较大，说明底部剪力法公式解在低楼层上的结果更加保守。

总结

在实际的结构抗震分析中，可以直接使用GB50011的底部剪力法的公式来计算各楼层的剪力，但GB50011中的振型分解反应谱法虽然也有公式，但已经很难直接使用公式了，需要借助软件实现。

使用ANSYS进行结构抗震分析，需要注意以下两点。

如果采用的是等效静力分析(对应于规范中的底部剪力法)，分析者需要注意，仿真解在高楼层的剪力解会偏小。

如果采用的是反应谱分析(对应于规范中的振型分解反应谱法)，分析者应该留意到，仿真解在低楼层的结果会比底部剪力法公式解小。

综合来说，ANSYS抗震分析，反应谱法应该是首推方法。

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