基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法。首先将拟安装抗震支吊架的建筑结构，按其实物结构尺寸建立三维空间有限元模型；然后，通过求解三维空间有限元模型分析平移与扭转耦联振动时的各阶振型及其对应的自振周期和振型参与系数，进而计算建筑结构各楼层各阶振型的地震力，并且采用CQC法组合计算建筑结构各楼层的地震力。在此基础上计算建筑结构各楼层的楼面加速度和各楼层安装抗震支吊架的水平地震作用标准值。本发明专利技术能够克服等效侧力法过高估计抗震支吊架地震作用的缺点，计算准确性高并且计算简便，可得到广泛推广和应用。

【技术实现步骤摘要】
基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法
本专利技术涉及建筑机电抗震
，具体涉及一种基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法。
技术介绍
2015年8月1日起国家开始批准实施《建筑机电工程抗震设计规范》(GB50981-2014)。在此之前所有的建筑物基本没有考虑建筑机电工程的抗震设计，由此中国的建筑机电行业在抗震领域就有了国家标准，从而提高了建筑机电系统的抗震安全。但目前来说对于建筑抗震支吊架的地震作用计算相对比较笼统和模糊，《建筑机电工程抗震设计规范》中采用的等效侧力法计算相对过于简单并且计算误差较大，而对于楼面谱法来说，传统楼面谱法采用强制解耦分析则计算结果偏保守，新型楼面谱法计算复杂，工程实用性差。为此，采用振型分解反应谱法建立抗震支吊架地震作用计算方法是提高抗震支吊架抗震安全性的核心问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有地震作用计算分析方法的不足提供一种基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法，本基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法可以有效的提高抗震支吊架地震作用计算的精确度，从而提高抗震支吊架设计的安全性、经济性，计算简单，工程实用性强。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法，包括：步骤1：将拟安装抗震支吊架的建筑结构，按其实物结构尺寸建立三维空间有限元模型；步骤2：通过求解三维空间有限元模型分析平移与扭转耦联振动时的各阶振型及其对应的自振周期和振型参与系数；步骤3：计算建筑结构各楼层各阶振型的地震力；步骤4：计算建筑结构各楼层的地震力；步骤5：计算建筑结构各楼层的楼面加速度；步骤6：计算建筑结构各楼层安装抗震支吊架的水平地震作用标准值。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的步骤2包括：步骤2.1：通过求解三维空间有限元模型分析平移与扭转耦联振动时每一楼层质量的3个自由度，所述的3个自由度为X方向正交水平移动、Y方向正交水平移动和一个转角；步骤2.2：计算建筑结构前n阶振型及其对应的自振周期和振型参与系数，振型数量n为振型参与质量达到总质量的90％所需的振型数。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的步骤3包括：步骤3.1：由《建筑抗震设计规范》的地震影响系数谱曲线确定建筑结构各楼层各阶振型在X方向的地震力，j振型i层楼层在X方向的地震力为：Fxji＝αjγtjxXjiGi(1)；式中：Fxji为j振型i层楼层在X方向的地震力；Xji为j振型i层质心在X方向的水平相对位移；αj为相应于j振型自振周期的地震影响系数；γtjx为X方向的计入扭转的j振型的参与系数；Gi为i层楼面总重力；其中γtjx为：式中：为j振型i层的相对转角；ri为i层转动半径，即为i层绕质心的转动惯量除以该层质量的商的正二次方根；Yji为j振型i层质心在Y方向的水平相对位移；步骤3.2：由《建筑抗震设计规范》的地震影响系数谱曲线确定建筑结构各楼层各阶振型在Y方向的地震力，j振型i层楼层在Y方向的地震力为：Fyji＝αjγtjyYjiGi(3)；式中：Fyji为j振型i层楼层在Y方向的地震力；Yji为j振型i层质心在Y方向的水平相对位移；αj为相应于j振型自振周期的地震影响系数；γtjy为Y方向的计入扭转的j振型的参与系数；Gi为i层楼面总重力；其中γtjy为：式中：为j振型i层的相对转角；ri为i层转动半径，即为i层绕质心的转动惯量除以该层质量的商的正二次方根。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的步骤4包括：步骤4.1：仅分析X方向水平地震作用且采用CQC法组合计算建筑结构各楼层在X方向的地震力，i层楼层在X方向的地震力为：式中：Fxi为i层楼层在X方向的地震力；Fxji为j振型i层楼层在X方向的地震力；Fxki为k振型i层楼层在X方向的地震力；ξj为j振型的阻尼比；ξk为k振型的阻尼比；ρjk为j振型与k振型的耦联系数；λT为k振型与j振型的自振周期比；步骤4.2：仅分析Y方向水平地震作用且采用CQC法组合计算建筑结构各楼层在Y方向的地震力，i层楼层在Y方向的地震力为：式中：Fyi为i层楼层在Y方向的地震力；Fyji为j振型i层楼层在Y方向的地震力；Fyki为k振型i层楼层在Y方向的地震力；ξj为j振型的阻尼比；ξk为k振型的阻尼比；ρjk为j振型与k振型的耦联系数；λT为k振型与j振型的自振周期比。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的步骤5包括：步骤5.1：计算建筑结构各楼层在X方向的楼面加速度：式中：Fxi为i层楼层在X方向的地震力；axi为i层楼层在X方向楼面加速度；Gi为i层楼面总重力；Mi为i层楼面总质量；g为重力加速度；步骤5.2：计算建筑结构各楼层在Y方向的楼面加速度：式中：Fyi为i层楼层在Y方向的地震力；ayi为i层楼层在Y方向楼面加速度；Gi为i层楼面总重力；Mi为i层楼面总质量；g为重力加速度。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的步骤6包括：步骤6.1：计算建筑结构各楼层安装抗震支吊架在X方向的水平地震作用标准值：F0xi＝γηβmiaxi(13)；式中：F0xi为i层楼层安装抗震支吊架在X方向的地震作用标准值；γ为非结构构件功能系数；η为非结构构件类别系数；β为抗震支吊架地震作用调整系数，β＝1.2；mi为i层楼层非结构构件的质量；axi为i层楼层在X方向楼面加速度；步骤6.2：计算建筑结构各楼层安装抗震支吊架在Y方向的水平地震作用标准值：F0yi＝γηβmiayi(14)；式中：F0yi为i层楼层安装抗震支吊架在Y方向的地震作用标准值；γ为非结构构件功能系数；η为非结构构件类别系数；β为抗震支吊架地震作用调整系数，β＝1.2；mi为i层楼层非结构构件的质量；ayi为i层楼层在Y方向楼面加速度本专利技术的有益效果为：本专利技术基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法可以有效的提高抗震支吊架地震作用计算的精确度，从而提高抗震支吊架设计的安全性、经济性。计算简单，工程实用性强。附图说明图1为本专利技术的流程图。具体实施方式下面根据图1对本专利技术的具体实施方式作出进一步说明：参见图1，一种基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法，包括：步骤1：将拟安装抗震支吊架的建筑结构，按其实物结构尺寸建立三维空间有限元模型。步骤2：通过求解三维空间有限元模型分析平移与扭转耦联振动时的各阶振型及其对应的自振周期和振型参与系数。步骤2具体为：步骤2.1：通过求解三维空间有限元模型分析平移与扭转耦联振动时仅考虑每一楼层质量的3个自由度，所述的3个自由度为X方向正交水平移动、Y方向正交水平移动和一个转角；步骤2.2：计算建筑结构前n阶振型及其对应的自振周期和振型参与系数，振型数量n可以取振型参与质量达到总质量的90％所需的振型数。步骤3：计算建筑结构各楼层各阶振型的地震力。步骤3具体为：步骤3.1：由《建筑抗震设计规范》(GB50011)的地震影响系数谱曲线确定建筑结构各楼层各阶振型在X方向的地震力，此时仅考虑X方向地震作用。j振型i层楼层在X方向的地震力应按下列公式(1)确定：Fxji＝αjγtjxXjiGi(1)；式中：Fxji为j振型i层楼层在X方向的地震力；Xji为j振型i层质心在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法，其特征在于，包括：步骤1：将拟安装抗震支吊架的建筑结构，按其实物结构尺寸建立三维空间有限元模型；步骤2：通过求解三维空间有限元模型分析平移与扭转耦联振动时的各阶振型及其对应的自振周期和振型参与系数；步骤3：计算建筑结构各楼层各阶振型的地震力；步骤4：计算建筑结构各楼层的地震力；步骤5：计算建筑结构各楼层的楼面加速度；步骤6：计算建筑结构各楼层安装抗震支吊架的水平地震作用标准值。

【技术特征摘要】
1.一种基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法，其特征在于，包括：步骤1：将拟安装抗震支吊架的建筑结构，按其实物结构尺寸建立三维空间有限元模型；步骤2：通过求解三维空间有限元模型分析平移与扭转耦联振动时的各阶振型及其对应的自振周期和振型参与系数；步骤3：计算建筑结构各楼层各阶振型的地震力；步骤4：计算建筑结构各楼层的地震力；步骤5：计算建筑结构各楼层的楼面加速度；步骤6：计算建筑结构各楼层安装抗震支吊架的水平地震作用标准值。2.根据权利要求1所述的基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法，其特征在于，所述的步骤2包括：步骤2.1：通过求解三维空间有限元模型分析平移与扭转耦联振动时每一楼层质量的3个自由度，所述的3个自由度为X方向正交水平移动、Y方向正交水平移动和一个转角；步骤2.2：计算建筑结构前n阶振型及其对应的自振周期和振型参与系数，振型数量n为振型参与质量达到总质量的90％所需的振型数。3.根据权利要求2所述的基于振型分解反应谱法的抗震支吊架地震作用计算方法，其特征在于，所述的步骤3包括：步骤3.1：由《建筑抗震设计规范》的地震影响系数谱曲线确定建筑结构各楼层各阶振型在X方向的地震力，j振型i层楼层在X方向的地震力为：Fxji＝αjγtjxXjiGi(1)；式中：Fxji为j振型i层楼层在X方向的地震力；Xji为j振型i层质心在X方向的水平相对位移；αj为相应于j振型自振周期的地震影响系数；γtjx为X方向的计入扭转的j振型的参与系数；Gi为i层楼面总重力；其中γtjx为：式中：为j振型i层的相对转角；ri为i层转动半径，即为i层绕质心的转动惯量除以该层质量的商的正二次方根；Yji为j振型i层质心在Y方向的水平相对位移；步骤3.2：由《建筑抗震设计规范》的地震影响系数谱曲线确定建筑结构各楼层各阶振型在Y方向的地震力，j振型i层楼层在Y方向的地震力为：Fyji＝αjγtjyYjiGi(3)；式中：Fyji为j振型i层楼层在Y方向的地震力；Yji为j振型i层质心在Y方向的水平相对位移；αj为相应于j振型自振周期的地震影响系数；γtjy为Y方向的计入扭转的j振型的参与系数；Gi为i层楼面总重力；其中γtjy为：式中：为j振型i层的相对转角；ri为i层转动半径，即为i层绕质心的转动惯量除以该层质量的商的正二次方根。4.根据权利要求3所述的基于振型分解反应谱法的抗震...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁幼亮，朱浩樑，丁李，赖光书，谢洪恩，
申请(专利权)人：南京东南建筑机电抗震研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32