基于中心支撑法的柔性钢构抗震性能改进研究.doc

基于中心支撑法的柔性钢构抗震性能改进研究摘 要：文章在研究国内外抗震技术最新发展现状的基础上，针对实际非对称钢框架结构进行了专项研究。首先，运用结构分析软件SAP2000建立了实际钢框架结构的三维有限元模型，对不同地震作用下的结构响应进行了计算分析，然后研究了在不同工况下结构的地震反应性能，提出了原结构的抗震方面的缺陷和运用中心支撑提高其抗震性能的有效措施。本文的研究为实际工程钢结构改造提供了合理建议，对未来钢结构的设计具有参考价值。在实际工程中原结构存在横（纵）向在不同地震波横（纵）向输入的情况下的结构横（纵）向位移和横（纵）向层间位移的设计缺陷，不符合抗震规范的要求，需对原结构进行改进处理；在利用了本文研究结果之后，对原始结构进行了必要的改造处理，解决了原始结构设计过程中存在的设计缺陷，有效提高了结构的抗震性能。关键词：钢结构；结构抗震；中心支撑；地震反应分析1 引言由于纯框架结构体系有整体刚度均匀、构造简单且制造安装方便；同时在大震作用下，结构具有较大的延性和一定的耗能能力等多种优点，因此，该钢结构是高层建筑中最常用的。在水平力作用下，当楼层较少时，结构的侧向变形主要是剪切变形，即由框架柱的弯曲变形和节点的转角所引起的；当结构的层数较多时，结构的侧向变形变为弯剪型，除了包含框架柱的弯曲变形和节点的转角外，框架柱的轴向变形所造成的结构整体弯曲而引起的侧移随着结构层数的增多越来越大。钢结构一般具有良好的抗震性能，但是在强烈地震作用下也难免要进入弹塑性状态，并通过发展塑性变形和累积耗能来消耗地震输入能量。支撑可以增加框架的抗推刚度，有效的减少框架的侧移，并通过自身的滞回性能来消耗输入的地震能量，保证框架具有良好的抗震性能。但是，工业建筑由于工艺和操作空间的需求，常常尽量少使用支撑甚至不使用支撑，因此有可能存在抗震性能不满足规范要求的情况，在施工完成后需要采用一定的补救措施。本研究是对山西某一电厂的工业用途的钢框架结构进行的。由于原框架钢结构体系不满足在多遇地震情况下的抗震设计要求，所以需要考虑加以改进处理。研究过程主要包括：建立有限元计算模型、结构模态分析和地震动力反应时程分析等。通过计算分析并采取合理措施，将结构位移和层间位移限制到规范许可的范围内，继而保证结构的正常使用性能和安全性。2 工程概况本工程位于山西省，是某一电厂的工业用途的钢框架结构，该钢结构共7层，檐口高度33m，结构横向跨度9.31m，纵向跨度6.31m，建筑总面积411.22m2。从建筑抗震设计规范(GB500112001)附录A中查得工程所在地分别为“一组”和8度（0.3g）。根据建筑抗震设计规范(GB500112001)的6.1.2及高层民用建筑钢结构技术规程(JGJ9998)的规定可知，本工程为丙类建筑，抗震等级为三级。其结构平台平面图如图1.1所示。钢材的弹性模量取206GPa，泊松比取0.3，密度取7800kg/m3。钢柱采用宽翼缘H型钢HW3503501220，柱间的梁采用宽翼缘H型钢HW3003001015，短梁采用普通工字钢I20a，其他的梁采用16a槽钢。其型钢的布置方式如图1.2上的局部坐标系所示。局部坐标1轴沿纵向，局部坐标2轴沿横向，局部坐标3轴沿铅直方向。楼板采用15mm厚的花纹钢板，满铺。图1.1原结构平台平面图 （a）16a槽钢 （b）I20a工字钢 （c）HW3003001015 （d）HW3503501220图1.2原钢结构采用的钢材截面及布置方式本研究对该钢框架结构进行抗震性能分析，研究在初始设计存在缺陷的前提下，如何通过计算分析找出薄弱环节，然后加以改进，以提高其抗震性能。2.1 原结构计算建模目前存在两种广泛使用的模型：层模型和三维线性模型1。层模型主要用于简化分析；三维线弹性模型可进行地震反应分析计算。文章采用有限元法建立结构分析三维线弹性模型，模型框架采用框架单元，楼面采用壳单元，材料模型采用各向同性线弹性材料。采用SAP2000建立起来的组合结构数值模型，采用以下假设2：(1)没有考虑桩土动力相互作用的影响。文章把结构基础模拟成无限刚度，结构模型嵌固于刚性基础之上，所有竖向构件底部固接于基础。(2)结构的非线性效应。文章所示结构主要考察钢结构体系抗震性能指标的优劣，不考虑材料非线性和几何非线性。(3)阻尼的影响。阻尼问题一直没有很好的解决办法，按照建筑抗震设计规范(GB50011-2001)第8.2.2条要求，钢结构在多遇地震下的阻尼比，超过12层钢结构可以取0.02，在罕遇地震作用下的阻尼比可采用0.03，故最终假定阻尼比取值为0.03。(4)楼面刚性假定。结构楼面为完整楼面，不存在大的凸出及开口，基本上可以假定结构楼面为刚性，刚性假定可以大大减小结构构件的自由度，减少计算量。(5)不考虑围护结构对主体结构的影响。结构的计算模型一般根据结构的形式及构造特点、分析精度要求、计算容量等情况来确定3。实际计算中一般采用20个振型左右即可，因为低级的几个振型对结构反应的贡献比较大，本文数值模型分析取用前30个振型。在结构分析中，考虑了阻尼的影响。对于钢结构体系而言，在结构地震反应问题中，弹性体系的材料阻尼一般都很小4，阻尼比通常在10以下，多为35左右。结构质量根据结构方案与材料特性由程序自动计算。楼面活荷载按2kN/m2来计算。建成后的有限元分析模型见图2.1。图2.1有限元分析模型2.2.1原结构模态分析对框架结构的动力分析包括模态分析和时程分析。通过模态分析，得到框架各阶频率的振型，分析在不同频率振型下产生的应力、变形和位移。并且，要进行动力时程分析必须首先对结构进行模态分析5。固有频率和模态振型是结构的重要动力特性，结构的固有振动特性分析又称为模态分析。这种分析用于确定结构的固有频率和振型，其分析结果可作为瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析等其它动力分析的基础6。任何结构或部件都有固有频率和相应的模态振型。这些属于结构或部件自身的固有属性。典型的无阻尼结构自由振动的运动方程如下7： (1)式中M质量矩阵；K刚度矩阵；加速度向量；位移向量。如果令： (2)则有： (3)代入运动方程可得： (4)上式称为结构振动的特征方程，模态分析就是计算该特征方程的特征值及其对应的特征向量。利用SAP2000中的模态分析可以求得该结构的模态振型，在设置信息参数过程中，定义了30个振型，选择X方向及Y方向的质量参与系数都为99%，所取的振型数是满足要求的。利用结构的振动模态可以分析结构的动力特性8。一般来说，结构的前几阶振型就已经足以描述结构的性能了。表2.1给出了原结构的前10阶振型的周期和频率。表2.2给出了原结构X向和Y向的第一和第二自振周期。表2.1原结构的前10阶振型的周期和频率振型序号周期/s频率/Hz11.90.523621.760.568231.660.602440.5271.897550.5231.91260.4842.066170.4022.487680.3023.311390.293.4483100.2663.7594表2.2原结构的自振周期 周期方向第一（s）第二（s）X向1.760.52Y向1.900.53由表2.2可以看出，结构Y向的第一阶周期大于X向的第一阶周期，表明原型结构Y向抗侧刚度较弱。2.2原结构动力时程分析实际结构总是受到随时间变化的载荷作用，尤其受到显著的载荷作用时，如房屋受地震作用、船舶受海浪作用、桥梁受车辆作用等，这时必须进行动力分析。有的结构虽然受到动载荷作用并不显著，但由于作用载荷频率和结构的某一阶固有频率相接近，会引起结构显著的振幅，在其内部产生很大的动应力，以致结构破坏或产生不允许的变形，这时也必须进行动力分析9。结构离散化后，在运动状态中各节点的动力平衡方程如下：Fi+Fd+P(t)=Fe (5)式中Fi惯性力；Fd阻尼力；P(t)动力荷载；Fe弹性力弹性力矢量可用节点位移和刚度矩阵K表示如下： Fe=K (6)式中刚度矩阵K的元素Kij为节点j的单位位移在节点i引起的弹性力。根据达朗贝尔原理，可利用质量矩阵M和节点加速度表示惯性力如下： (7)式中质量矩阵的元素Mij为节点j的单位加速度在节点i引起的惯性力。设结构具有粘滞阻尼，可用阻尼矩阵C和节点速度表示阻尼力如下： (8)式中阻尼矩阵的元素Cij为节点j的单位速度在节点i引起的阻尼力。将各力代入式5，得到运动方程如下： (9)本论文首先对原结构进行了动力时程分析。时程分析法是将实际记录的或人工模拟的地震波按时段进行数值化以后，直接输入结构体系的振动方程，采用逐步数值积分的方法计算出结构在整个地震过程中弹性振动状态的全过程，从而得到各楼层（质点）的最大位移、杆件最大内力等，对结构从强度及变形两个方面进行安全性检验10。时程分析中输入的地震波一般可通过场地的实际强震记录、典型强震记录、人工加速度记录等不同途径得到。3改进抗震方案设计钢框架抗侧力体系是钢结构房屋中最为重要的受力体系之一。支撑框架作为双重抗侧力体系，其整体抗侧力刚度必然大于纯框架11。位于地震区的多层和高层结构必须具备一定的抗侧移刚度，以承受地震作用产生的水平荷载，这类结构的设计需要同时兼顾强度、刚度以及耗能能力。钢框架结构体系由梁、柱通过刚性或半刚性节点组成，具有结构简单、平面布置灵活、不设柱间支撑、刚度均匀以及良好的延性和较强的耗能能力等优点，因而得到了广泛的应用。但是框架结构体系较柔，弹性刚度较差，为了控制层间位移及侧移，有时必须采用超过承载力要求的梁柱截面，造成较大的浪费，从而失去了经济合理性，在应用范围受到了限制，仅适用于低层和多层建筑结构。框架结构在循环荷载作用下的滞回曲线饱满，在强度不降低的情况下可以产生较大的变形，显示出了很好的耗能能力。但是由于其变形较大，在高度较大时可能不符合使用要求。一般来说，钢框架结构体系作为柔性结构体系，具有良好的抗震性能。但应用在高烈度地震区承受较大的地震作用时，由于缺乏足够的抗侧移刚度来控制结构层间位移和总体位移，可能致使非结构构件损伤严重；而且如果结构仅仅通过梁柱的非线性变形来消耗地震能量，那么将造成梁柱端部和钢框架节点及楼板损伤严重。同时钢框架结构为单一抗侧力体系，加上P-效应的影响，其破坏程度较大，甚至会引起结构局部或整体的倒塌12。钢框架支撑体系是由钢框架体系演变而来的，即在框架体系中的部分框架柱之间设置竖向支撑，形成若干榀带竖向支撑的框架。支撑结构体系通过刚性楼板或弹性楼板的变形协调与钢框架共同工作，形成双重抗侧力结构体系。在水平荷载作用下，支撑产生轴向变形，而框架柱和梁为弯曲变形，在变形协调的情况下，水平力将主要作用在支撑上，而框架几乎不受水平力，当支撑体系破坏后，水平荷载由钢框架承担，因而钢框架支撑体系具有良好的延性和抗倒塌性能，成为高层钢结构中应用最多的体系之一。目前已广泛应用的钢框架支撑结构体系通常可分为中心支撑钢框架结构体系和偏心支撑钢框架结构体系两类，而隅撑支撑钢框架体系是一种新型支撑体系。3.1中心支撑钢框架体系中心支撑是常用的支撑类型之一。中心支撑是指斜杆与横梁及柱汇交于一点，或两根斜杆与横梁汇交于一点，或与柱汇交于一点，汇交时均无偏心距。根据斜杆的不同布置，可形成十字交叉支撑、单支撑、人字形支撑或K字形支撑，以及V形支撑等支撑类型，具体如图3.1所示。图3.1常用的四种中心支撑类型3.2偏心支撑钢框架体系支撑钢框架在往复水平地震作用下，中心支撑容易产生屈曲、耗能能力较差，为克服其缺点，偏心支撑得到了发展。1977年美国加州大学通过1：3模型框架的试验，首次验证了偏心支撑钢框架优异的抗震性能。有学者对偏心支撑框架体系进行了大量的试验研究，表明该类型的抗侧力体系具有很好的抗震性能，是适合高烈度地震区应用的一种较理想的结构类型。偏心支撑的主要特点是支撑斜杆至少有一端不在梁柱节点处相连。这种支撑斜杆和梁之间，或斜杆和斜杆之间就形成了一个长度为a的耗能梁段，设置耗能梁段可以显著改善结构体系的性能，在罕遇地震作用时，一方面通过耗能梁段的非弹性变形进行耗能，另一方面使耗能梁段的剪切屈服在先(同跨的其余梁段未屈服)，保护支撑斜杆不屈曲或屈曲滞后。由于偏心支撑体系耗能和抗倒塌能力明显优于中心支撑体系，已成为高烈度地区支撑钢框架首选型式之一。偏心支撑根据布置形式的不同，可分为单斜杆式、门架式、人字形、V形和倒Y型几种常用的形式。偏心支撑钢框架因耗能段屈服避免了支撑屈曲，从而滞回曲线稳定而饱满，与钢框架结构体系相似，并且侧移远小于对应的纯钢框架。偏心支撑框架利用偏心梁段剪切屈服耗能并避免支撑受压屈曲，从而保证结构具有良好的刚度和延性。但是它以结构主要构件破坏为代价，震后修复较为困难，而且修复费用较高。3.3隅撑支撑钢框架体系为克服偏心支撑体系以牺牲框架梁为代价的这种缺点，提出了隅撑支撑钢框架体系。隅撑支撑的主要特点是：梁柱节点附近的隅撑一端与柱连接，另一端与梁连接，每根支撑斜杆至少有一端与隅撑连接。隅撑段设计成耗能部件，在罕遇地震作用下，一方面通过隅撑的非弹性变形进行耗能，另一方面使隅撑段的剪切屈服在先，保证结构主体构件不受破坏，保护支撑斜杆不屈曲或屈曲滞后。从隅撑支撑结构在循环荷载作用下的滞回曲线图可以看出其滞回曲线饱满，与偏心支撑钢框架有相似的特征，而较严重的破坏局限于耗能隅撑段，便于修复更换。隅撑支撑钢框架体系利用隅撑构件作为“耗能保险丝”，保证结构具有良好的刚度和延性，将塑性破坏控制在次要构件上，在保证结构主要构件不受破坏的同时也保证了支撑杆件不屈曲，有效地克服了偏心支撑的缺点。本文采用SAP2000对工程结构抗震情况进行了分析模拟计算，根据规范要求，结构在多遇地震作用下要求处在弹性变形阶段，所以就用时程分析法对工程结构仅进行8度(0.3g)抗震要求下的弹性变形分析，考虑其在多遇地震下的弹性变形。钢结构在地震动作用下有两种破坏形式：初次超越破坏和累积破坏。对于全钢结构来说有良好的塑性特征，故发生初次超越破坏的可能性不大，在很大程度上是累积损伤破坏形式，即高应变低周疲劳破坏。所以在很大程度上钢结构的抗震性能取决于钢材的疲劳特性。对多遇地震的计算，可以用弹性分析的结果进行验证，看总侧移和层间位移角、各杆件是否满足弹性极限要求，各杆件是否处于弹性状态；对罕遇地震的计算，可以检验总侧移、层间位移角和各杆件是否超过弹塑性极限状态，是否满足大震不倒的要求。4.改进方案的仿真分析建立如图4.11(a)所示的多层中心支撑钢框架三维简化模型，根据我国现行建筑抗震设计规范(GB500112001)中常遇地震和罕遇地震作用设计要求，主要用SAP2000结构分析软件研究该体系在水平地震作用下的时程反应，验证其设计是否符合实际要求。4.1横向加上支撑后的结构的模态分析原纯钢框架结构柔度较大，不满足8度（0.3g）的抗震要求，为使结构的刚度增大，在原结构上分别在横向和纵向加上中心支撑，支撑采用宽翼缘H型钢HW3003001015（其截面如图1.2所示），并分别验证加支撑后的结构在横向和纵向的抗震性能。横向加上支撑后的模型如图4.1所示。图4.1横向加上支撑后的模型4.1.1横向加上支撑后的结构自振周期和振型在原结构的横向加上中心支撑后，接着再对改造后的结构进行模态分析。其横向和纵向的前两个周期如表4.1所示。表4.1在原结构X向（横向）加上支撑后的结构的自振周期 周期方向第一（s）第二（s）X向0.460.4Y向2.020.57 (a)一阶振型 (b)二阶振型图 (c)三阶振型图 (d)四阶振型图图4.2横向加上支撑后的结构振型图图4.2为X向（横向）加上支撑后的结构前4阶振型放大2000倍后的振型图。表4.2在原结构X向（横向）加支撑后各楼层顶点最大位移值（单位：mm）楼层地震波1F2F3F4F5F6F7FX向Taft多遇-0.52-1.4-4.85-9.17-13.93-18.73-20.93墨西哥多遇0.290.742.374.326.48.479.42ELCentro多遇0.491.34.378.2112.4616.7518.72表4.3在原结构X向（横向）加支撑后楼层的最大位移值（单位：mm）X向Taft多遇-20.93墨西哥9.42ELCentro18.72从结构X向（横向）加中心支撑后的动力分析结果可以看出，X向（横向）加中心支撑后的钢框架结构在沿X向输入的地震波作用下的X向位移从第一层到第七层依次增大，在墨西哥波作用下的位移反应比Taft波和ELCentro波作用下的位移要小，Taft波作用下的结构位移最大，ELCentro波作用下次之，原因是：X向（横向）加中心支撑后的结构沿X向振动的周期是0.46s，Taft波和ELCentro波的周期与X向（横向）加中心支撑后的结构沿X向振动的周期比较接近，比较接近于发生共振的周期条件，所以X向（横向）加中心支撑后的结构在Taft波和ELCentro波作用下的X向位移反应相对是较大的。X向（横向）加中心支撑后的结构横向在各地震波单独作用下的横向位移反应如图4.3所示。图4.3X向（横向）加上支撑后的结构横向在各地震波作用下的位移从X向（横向）加中心支撑后的结构横向在各地震波单独作用下的位移值可以看出：X向（横向）加上中心支撑后的结构与原结构相比，X向（横向）加中心支撑后的结构横向在各地震波单独作用下的位移明显减小，原结构反应最大位移是87.66mm，X向（横向）加中心支撑后的结构相应的最大位移是-20.93。详见表4.4。表4.4原结构和X向加支撑后的结构在沿X向输入的各地震波作用下最大位移值（单位：mm）X向原结构Taft波多遇79.24墨西哥波87.66ELCentro波55.18X向加支撑后Taft波多遇-20.93墨西哥波9.42ELCentro波18.72表4.5X向（横向）加中心支撑后的结构横向在各地震波单独作用下的层间位移（单位：mm） 地震方向Taft波墨西哥波ELCentro波X向X7-6-2.20.951.97X6-5-4.82.074.29X5-4-4.762.084.25X4-3-4.321.953.84X3-2-3.421.633.07X2-1-0.910.450.81X1-0-0.520.290.49由表4.4的数据可以看出，中心支撑对本工程X向（横向）的抗震效果是非常明显的，能大力降低结构在各地震波作用下的结构X向（横向）位移反应。尤其是在墨西哥地震多遇地震作用下的位移反应降低最明显，原结构在墨西哥地震多遇地震作用下的位移值是87.66mm，改进后的结构在墨西哥地震多遇地震作用下的位移值降低为9.42mm，改进后的结构位移反应只有原结构位移反应的10.75%，将近是1/10，其原因仍主要是原结构的自振周期跟墨西哥波的周期接近，原结构在墨西哥波作用下近似发生共振，从而位移反应比较大。另外，加上支撑后的结构的抗侧力刚度明显增大，这也能大大减小结构在地震波作用下的位移反应值。从X向（横向）加中心支撑后的结构横向在各地震波单独作用下的层间位移值可以看出：本工程加上中心支撑不但能大力降低结构在地震波作用下的位移反应，而且能降低结构在地震波作用下的层间位移反应。其X向（横向）加上支撑后的结构在各地震波作用下的层间位移反应如图5.4所示。从X向（横向）加上支撑后的结构在各地震波作用下的层间位移反应图上可以看出：X向（横向）加上支撑后的结构在Taft波作用下的第五层跟第六层之间的层间位移反应最大，是-4.8mm，远小于规范允许的20mm值的要求。从横向加上支撑后的结构在各地震波作用下的层间位移反应图上也可以看出加上支撑后的结构抗震效果也是非常明显的。图4.4X向（横向）加上支撑后的结构在各地震波作用下的横向层间位移4.2.1横向加上支撑后结构在弹性状态下的地震反应时程为了看出在各地震波作用下结构各个时刻的位移反应，我们还可以导出结构在各个地震波单独作用下的位移反应时程图。横向加上支撑后的结构时程图如图4.5所示。从X向（横向）加上支撑后的结构在各地震波作用下的横向位移反应时程图上可以看出，X向（横向）加上支撑后的结构在地震波作用下的横向位移反应最大的时刻和地震波的峰值时刻也不是一致的。原结构横向位移反应最大的时刻滞后于地震波的峰值时刻，这是因为当地震波达到峰值时，结构的底层位移应该能够达到最大值，但是钢结构为柔性结构，尤其本结构为典型的高柔性结构，还有支撑在地震作用下的耗能作用延缓了结构的位移反应，所以顶层的位移反应有滞后现象，数值上远小于地震波位移。 (a)横向加上支撑后结构在ELCentro波作用下的位移时程图 (b)横向加上支撑后结构在墨西哥波作用下的位移时程图 (c)横向加上支撑后结构在Taft波作用下的位移时程图图4.5横向加上支撑后结构在各地震波作用下的横向位移时程图4.3纵向加上支撑后的结构模态分析在原结构纵向加上支撑后的模型如图4.6所示：图4.6纵向加上支撑后的结构模型5.3.1纵向加上支撑后钢结构的自振周期和振型在原结构的纵向加上中心支撑后，接着再对改造后的结构进行模态分析。其横向和纵向的前两个周期如表4.6所示。表4.6在原结构Y向（纵向）加上支撑后的结构自振周期 周期方向第一（s）第二（s）X向1.810.54Y向0.670.37 (a)一阶振型图 (b)二阶振型图 (c)三阶振型图 (d)四阶振型图图4.7在原结构Y向（纵向）加上支撑后的结构前4阶振型图图4.7为Y向（纵向）加上支撑后的结构前4阶振型放大2000倍后的振型图。表4.7Y向（纵向）加撑后的结构各楼层顶点最大位移值（单位：mm） 楼层地震波1F2F3F4F5F6F7FX向Taft多遇0.682.016.1511.7718.2424.9928.28墨西哥多遇-0.76-2.19-6.58-12.47-19.21-26.22-29.63ELCentro多遇-0.68-2.09-6.66-13.06-20.59-28.56-32.47表4.8Y向（纵向）加撑后的结构在各地震波作用下的最大位移值（单位：mm）X向Taft多遇28.28墨西哥多遇-29.63ELCentro多遇-32.47从结构Y向（纵向）加中心支撑后的动力分析结果可以看出，Y向（纵向）加中心支撑后的钢框架结构在沿Y向输入的地震波作用下的Y向位移从第一层到第七层依次增大，在ELCentro波作用下的位移反应比Taft波和墨西哥波作用下的位移要大，Taft波作用下的结构位移最小，墨西哥波作用下次之，原因是：Y向（纵向）加中心支撑后的结构沿Y向振动的周期是0.67s，ELCentro波的周期与Y向（纵向）加中心支撑后的结构沿Y向振动的周期比较接近，比较接近于发生共振的周期条件，所以Y向（纵向）加中心支撑后的结构在ELCentro波作用下的Y向位移反应相对是较大的。图4.8Y向（纵向）加支撑后的结构纵向在各地震波作用下的位移从Y向（纵向）加中心支撑后的结构纵向在各地震波单独作用下的位移值可以看出：Y向（纵向）加上中心支撑后的结构与原结构相比，Y向（纵向）加中心支撑后的结构纵向在各地震波单独作用下的位移明显减小，原结构反应最大位移是89.13mm，Y向（纵向）加中心支撑后的结构相应的最大位移是-32.47mm。详见表4.9所示。表4.9原结构与纵向加撑后的结构在各地震波作用下的最大位移值（单位：mm）Y向原结构Taft波多遇77.87墨西哥波多遇89.13ELCentro波多遇63.55Y向加支撑后Taft波多遇28.28墨西哥波多遇-29.63ELCentro波多遇-32.47由表4.9的数据可以看出，中心支撑对本工程Y向（纵向）的抗震效果也是非常明显的，能大力降低结构在地震波作用下的Y向（纵向）位移反应。表4.10纵向加支撑后的结构纵向在各地震波单独作用下的层间位移（单位：mm） 地震方向Taft波墨西哥波ELCentro波Y向Y7-63.29-3.41-3.91Y6-56.75-7.01-7.97Y5-46.47-6.74-7.53Y4-35.62-5.89-6.4Y3-24.14-4.39-4.57Y2-11.33-1.43-1.41Y1-00.68-0.76-0.68从Y向（纵向）加中心支撑后的结构纵向在各地震波单独作用下的层间位移值可以看出：本工程加上中心支撑不但能大力降低结构在地震波作用下的纵向位移反应，而且能降低结构在地震波作用下的纵向层间位移反应。其Y向（纵向）加上支撑后的结构在各地震波作用下的纵向层间位移反应如图4.9所示。从Y向（纵向）加上支撑后的结构在各地震波作用下的层间位移反应图上可以看出：Y向（纵向）加上支撑后的结构在ELCentro波作用下的第四层跟第五层之间的层间位移反应最大，是-7.53mm，远小于规范允许的20mm值的要求。从Y向（纵向）加上支撑后的结构在各地震波作用下的层间位移反应图上也可以看出加上支撑后的结构抗震效果也是非常明显的。图4.9Y向（纵向）加上支撑后的结构在各地震波作用下的横向层间位移4.4.1纵向加上支撑后结构在弹性状态下的地震反应时程为了看出在各地震波作用下结构各个时刻的位移反应，我们还可以导出结构在各个地震波单独作用下的位移反应时程图。纵向加上支撑后的结构时程图如图4.10所示。 (a)纵向加上支撑后结构在ELCentro波作用下的位移时程图 (b)纵向加上支撑后结构在墨西哥波作用下的位移时程图 (c)纵向加上支撑后结构在Taft波作用下的位移时程图图4.10纵向加上支撑后结构在各地震波作用下的横向位移时程图从Y向（纵向）加上支撑后的结构在各地震波作用下的纵向位移反应时程图上可以看出，Y向（纵向）加上支撑后的结构在地震波作用下的纵向位移反应最大的时刻和地震波的峰值时刻也不是一致的。Y向（纵向）加上支撑后的结构横向位移反应最大的时刻滞后于地震波的峰值时刻，这是因为当地震波达到峰值时，结构的底层位移应该能够达到最大值，但是钢结构为柔性结构，尤其本结构为典型的高柔性结构，还有支撑在地震作用下的耗能作用延缓了结构的位移反应，所以顶层的位移反应有滞后现象，数值上远小于地震波位移。结论通过对加固后的结构进行模态分析和动力时程分析，比较了加固后的结构和原结构分别在三条地震波单独作用下的位移反应和层间位移反应。通过研究发现：钢框架结构布置中心支撑后能够有效地减小地震波作用下钢框架的位移和层间位移，加固后的结构在地震作用下的反应明显减小，位移和层间位移都符合抗震规范和钢结构设计规范的设计要求，并且加中心支撑的方案远较增大梁、柱构件断面有利，可以有效节省钢材的用量。在实际工程现场充分利用了上述分析的研究结果，对原始结构进行了必要的改造处理，在原结构的横向和纵向都加上了支撑，其处理后的钢框架结构模型如图5.11所示，对结构的处理有效地提高了结构的抗震性能，解决了原始结构设计过程中存在的设计缺陷。参考文献1Federico M MazzolaniPassive control technologies for seismic-resistant buildings in EuropeJProgress in Structural Engineering and Materials，2001，3（3）：277287.2A.S.Moghadam Pushover Analysis for Asymmetric and Set-back Multstory BuildingsM12th World Conference on Earthquake Engineering，2000.3 Ray Clough，Joseph PenzienDynamics of StructuresMCSI 19954徐芝纶弹性力学M北京：高等教育出版社，1984.5楚留声,白国良,赵更歧,张俊峰.高烈度区型钢混凝土框架-核心混凝土筒体混合结构破坏模式研究J.工业建筑,2010(05):35-41. 6M.S.Medhekar，D.J.L. KennedyDisplacement-Based Seismic Design of Building TheoryJEngineering Structure 2000，22（2）：201209.527 JGluckLatera-load analysis of asymmetric multistory structrues JJournal of the structural division，12（5）：2123.8王瑁成，邵敏有限单元法基本原理和数值方法M北京：清华大学出版社，1995.9朱虹承重型竖向网架结构抗震性能研究D硕士学位论文北京工业大学，2001.10杨智春 随机输入条件下的楼层反应谱分析J西北工业大学学报，2003 ，21（6）： 65165311陈富生，邱国桦范重：高层建筑钢结构设计M中国建筑工业出版社，2000. 12周福霖，俞公弊，冼巧玲等多层和高层建筑结构减震控制新体系J工程抗震，2009，9（3）：1014.109*本科毕业设计（论文）管理暂行规定毕业设计（论文）是本科人才培养的重要实践性教学环节，也是学士学位评定的重要依据。为了切实做好我校的毕业设计（论文）工作，规范毕业设计（论文）工作的管理，提高毕业设计（论文）的质量，特制定本规定。一、毕业设计（论文）的主要目的（一）培养学生运用所学知识独立地分析和解决本专业范围内一般问题的能力，培养学生的创新意识和实践能力，使学生从事学术研究的能力得到初步的训练；（二）培养学生理论联系实际的工作作风和严谨认真的科学态度；（三）培养学生分析设计能力、研究实验能力、工程实践能力、经济分析能力、外文阅读能力和计算机的运用能力，以及社会调查、文献资料查阅和论文写作能力。二、毕业设计（论文）的基本要求（一）按照各专业“毕业设计（论文）教学大纲”的要求进行；（二）要具有学术性，要对自然科学或社会科学内某一领域进行专门、系统的研究，并表达其研究成果；（三）要具有创见性，要对学术或工程的某个问题有新的发现、新的构想或新的发展和完善；（四）要具有科学性，要求论述系统而完整，首尾一贯而不前后矛盾，实事求是而不主观臆造；（五）要具应用性，要能解决生产实际问题，在技术改造、生产管理等通过方面有所创造；（六）应做到观点正确、论据充分、推理严密、计算准确，层次分明、条理清楚、语言精炼，有必要的图表和相关资料等；（七）应参阅一定数量的外文资料，并要求在毕业设计（论文）中反映出来。三、毕业设计（论文）的工作程序毕业设计（论文）工作程序分为选题、开题、撰写论文或设计、中期检查、答辩、归档等环节。四、毕业设计（论文）的时间安排毕业设计（论文）工作时间为812周，时间安排应按*本科生毕业设计（论文）工作流程执行，集中用于毕业设计（论文）的时间不得少于专业培养计划规定的周数。五、毕业设计（论文）的领导与管理全校毕业设计（论文）在分管教学副校长领导下进行，分级管理，层层负责。（一）教务处毕业设计（论文）管理工作职责：1、汇总各院（部）毕业设计（论文）题目和指导教师安排，协调有关问题；2、做好毕业设计（论文）前期、中期、后期检查工作，对未达到各阶段进度、质量要求或违反有关规定的院（部）提出整改要求；3、开展学校毕业设计（论文）工作评估和研究工作。（二）院（部）毕业设计（论文）管理工作职责：各院（部）成立毕业设计（论文）工作领导小组，确定毕业设计（论文）指导教师，布置毕业设计（论文）工作任务，检查本院（部）毕业设计（论文）工作落实情况。院（部）毕业设计（论文）管理工作职责为： 1、审查毕业设计（论文）选题、下达任务书，安排指导教师，布置毕业设计（论文）有关工作；2、定期检查毕业设计（论文）工作进展情况，协调处理毕业设计（论文）中的有关问题，督促检查指导教师的工作；3、对学生毕业设计（论文）按规范化要求进行形式审查，组织毕业设计（论文）答辩和成绩评定工作。对答辩小组提出的优秀的毕业设计（论文）及评阅答辩中有争议的毕业设计（论文），组织答辩委员会进行复议，最终确定成绩；4、按学校有关要求，保存与毕业设计（论文）有关的电子和纸质文档；5、做好本院（部）学生毕业设计（论文）总结与评估工作。（三）毕业设计（论文）指导教师职责：1、指导学生选题，拟定任务书，安排学生做开题报告，编写指导方案，制定计划和工作程序；2、对学生提出具体要求，指定主要参考资料和社会调查内容，规定学生应完成的查阅中外文资料、文献综述、开题报告、各项实验数据、计算工作（包括上机）、设计（论文）等；3、采取多种方式检查学生的工作进度和工作质量，及时解答和处理学生提出的有关问题，并认真填写毕业设计（论文）指导记录表；4、做好学生外文翻译的评阅工作，指导学生按规范要求正确撰写毕业设计（论文）；5、在学生答辩前对毕业设计（论文）（包括设计说明书、计算资料、实验报告、图纸或论文等）进行审查，认真填写毕业设计（论文）评语，指导学生参加答辩；6、根据院（部）安排参加答辩工作。（四）学生在毕业设计（论文）过程中必须做到：1、重视毕业设计（论文）过程，明确各环节目的、意义和要求，虚心接受指导教师和实验技术人员的指导，保质保量地完成毕业设计（论文）；2、独立完成规定的工作任务，不弄虚作假，不抄袭、剽窃他人成果；3、认真填写*本科毕业设计（论文）研究过程记录表；4、毕业设计（论文）成果、资料应于答辩结束后及时交指导教师收存，凡涉及到国家机密、知识产权、技术专利、商业利益的成果未经院（部）许可，学生不得擅自带离学校。六、毕业设计（论文）的选题与开题（一）选题原则1、原则上一生一题，当一个课题比较大时，可以分成几个小课题，每个学生完成一个小课题时必须保证其主要部分为独立进行的工作，使每个学生都受到较全面的训练；2、选题应体现本专业的培养目标，达到毕业设计（论文）大纲的教学要求；3、选题应特别注意有利于学生综合应用所学知识，有利于学生能力的培养，并能保证各专业所应当具有的基本技能的训练；4、选题应与社会、生产、教学、科研等实际相结合。理工科毕业设计（论文）的选题应注重在具有实际应用前景、具有创新构思的课题中选取，鼓励理工科学生进行毕业设计，其中，工科毕业设计所占比例应不少于80%；文科及经管类的选题需注重分析解决当前经济改革、社会现实生活和理论研究中的热点、难点、焦点问题；。毕业设计(论文)在实验、实习、工程实践和社会调查等社会实践中完成的比例要在50%以上。5、选题难度和工作量要适当，使学生能在规定的时间内完成任务；6、选题要有一定层次区分，有利于各类学生提高水平，鼓励学生有所创新；7、各专业的选题数须多于本专业当届的毕业生数。每学年选题应适当更新，不同届选题重复率须控制在20%以内；8、各专业选题须经院（部）严格审查并报教务处备案。（二）选题、开题程序1、指导教师提出的毕业设计（论文）课题须经院（部）审查后向学生公布，通过师生双向选择或经协商分配，确定学生毕业设计（论文）题目及指导教师。选题和指导教师一经确定，不得随意更改；2、各院（部）应不迟于第七学期第十四周结束前完成选题工作，毕业设计（论文）任务书不迟于第七学期第十五周前下达给学生，院（部）应将毕业设计（论文）选题汇总表于第七学期第十六周结束前报教务处；3、毕业设计（论文）开题工作应在第七学期结束前完成，包括文献调研、文献综述、开题报告等，院（部）应根据本院（部）毕业设计（论文）工作的具体计划，安排学生在指导小组范围内作开题报告；七、毕业设计（论文）任务书 （一）毕业设计（论文）任务书是学生进行毕业设计（论文）的指导性文件，每个学生都必须有自己的任务书； （二）任务书的内容包括：设计（论文）研究的背景和依据、任务和基本要求、进程安排等；（三）任务书由指导教师填写，交教研室审查，经院（部）批准后方可实施；（四）毕业设计（论文）结束后，任务书要与毕业设计（论文）一起送交院（部）保存。八、毕业设计（论文）指导教师配备（一）毕业设计（论文）指导教师应由具有中职及以上专业技术职务的教师或工程技术人员担任，助教等初级职称人员不能单独指导毕业设计（论文），但可根据需要安排协助指导教师的工作。指导教师名单由院（部）毕业设计（论文）工作领导小组审定后，报教务处备案；（二）指导毕业设计（论文）期间，指导教师必须坚守岗位，各院（部）要严格控制指导教师出差。确因工作需要出差的，须经院（部）分管教学副院长批准，并委派水平相当的教师代理指导；（三）对于在校外进行毕业设计（论文）的学生，院（部）可聘请相当于中级专业技术职务及以上的工程技术人员或研究人员担任指导教师，但院（部）必须指定专人进行检查，掌握进度，保证质量，协调解决有关问题；（四）每位指导教师指导的学生数原则上不超过8人，科研、教研能力突出的高级职称教师或具有博士学位人员可适当增加指导人数（最高不超过10人）。指导教师对每个学生的指导每个环节不得少于1次，总计不得少于3次。九、设计（论文）的撰写1、毕业设计（论文）的撰写按“*本科毕业设计（论文）撰写规范”执行；2、设计（论文）正文字数：文科（除外语类）10000字以上，理工科及外语、艺术类6000字以上；3、所有设计（论文）应按规定格式打印1份，学生所在院（部）留存。另外应将电子版报送教务处。十、毕业设计（论文）答辩及成绩评定（一）毕业设计（论文）完成后必须进行答辩。对通过毕业设计（论文）答辩并达到毕业基本要求的学生方可发给毕业证书。各专业成立答辩小组，具体负责本专业毕业设计（论文）答辩和成绩评定。各院（部）成立答辩委员会，对答辩小组提出的优秀的毕业设计（论文）及评阅答辩中有争议的毕业设计（论文）进行审查、复议，最终确定成绩。答辩工作原则上不聘请校外专家参加，如确因课题需要，必须聘请校外人员参加时，须经院（部）批准；（二）毕业设计（论文）答辩按“*本科毕业设计（论文）答辩程序和实施办法”规定程序进行；（三）毕业设计（论文）的成绩评定，采用五级记分制，即优、良、中、及格和不及格，具体评分标准按照“*本科毕业设计（论文）量化评分参考标准”执行。要求优秀与良好比例之和控制在70%以内，优秀率在15%左右（最多不超过20%）。其中优秀、不及格等级须写出具体理由，其余等级须写出简要评语；（四）凡毕业设计（论文）成绩不及格者，按结业处理。十一、毕业设计（论文）工作所需的经费（含开题费、实验费、答辩费、指导教师课时津贴等）由学校按各院（部）毕业生每人350元，统一发放至各院（部），由各院（部）制订分配细则。十二、本规定自公布之日起执行，由教务处负责解释。附件1：*本科毕业设计（论文）撰写规范附件2：*本科毕业设计（论文）量化评分参考标准附件3：*本科毕业设计（论文）答辩程序和实施办法附件4：*本科毕业设计（论文）工作评估办法二七年十一月十三日附件1：*本