Ένας οδηγός σχετικά με τον τρόπο εκτέλεσης μιας ανάλυσης φάσματος απόκρισης σε ένα χαμηλό κτίριο από χάλυβα
Γενική περιγραφή και ορισμός παραδείγματος
Σε ζώνες σεισμικής δραστηριότητας, κατασκευαστικούς κώδικες όπως ASCE-07 προσδιορίζουν τη σεισμικότητα ως προς τις αδρανειακές δυνάμεις. Υπάρχουν δύο κύριες προσεγγίσεις για την απόκτηση αυτών των δυνάμεων, στατική και δυναμική. Αυτό το άρθρο επικεντρώνεται μόνο σε δυναμικές δυνάμεις. Εάν πρέπει να μάθετε πώς να υπολογίζετε χρησιμοποιώντας τη στατική διαδικασία, σας συνιστούμε να διαβάσετε αυτά τα άρθρα: Γεννήτρια σεισμικών φορτίων SkyCiv και SkyCiv Πλήρως επεξεργασμένο Παράδειγμα ASCE 7-16 Υπολογισμός σεισμικού φορτίου με χρήση διαδικασίας ισοδύναμης πλευρικής δύναμης.
Ανάλυση φάσματος απόκρισης (RSA) είναι γραμμικό (παραμορφώσεις που σχετίζονται άμεσα με τάσεις) δυναμική διαδικασία που χρησιμοποιεί τις ιδιότητες φυσικών δονήσεων μιας κατασκευής προκειμένου να ληφθεί η μέγιστη δύναμη που παράγεται σε ένα σεισμικό γεγονός κίνησης. Λόγω αυτής της κίνησης μεταφέρεται από τα στηρίγματα εδάφους στην πλήρη δομή, θα αναπτυχθούν δυνάμεις αδράνειας, αυτό είναι, όπως λέει ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα, Δύναμη = μάζα * επιτάχυνση. Η μάζα της πηγής λαμβάνεται από το υλικό κατασκευής και το επίπεδο επιτάχυνσης πρέπει να ορίζεται από τον Κώδικα. Μη διστάσετε να ελέγξετε ένα προηγούμενο άρθρο του SkyCiv σχετικά με το RSA: Εισαγωγή στην Ανάλυση φάσματος απόκρισης με το SkyCiv S3D.
Η ακόλουθη εικόνα δείχνει ένα δομικό μοντέλο που έχει αποδοθεί το οποίο αποτελείται από ένα χαμηλό κτίριο από χάλυβα. Η πλευρική αντίσταση παρέχεται από δύο διαφορετικά δομικά συστήματα κατά μήκος των κύριων κατευθύνσεων στο σχέδιο: ομόκεντρα σιδεράκια πλαίσιο για διαμήκη και ροπή πλαίσια για εγκάρσια.
Εικόνα Νο.1. Rendered Tridimensional Model.
Δημιουργία μοντέλου στο SkyCiv S3D
Μπορείτε να ακολουθήσετε τα παρακάτω βήματα για να δημιουργήσετε ένα μοντέλο και να μπορείτε να εκτελέσετε ένα RSA. (Για πιο λεπτομερή σεμινάρια σχετικά με τη μοντελοποίηση, μεταβείτε στα έγγραφά μας SkyCiv: SkyCiv S3D Ξεκινώντας)
- Διαστάσεις κάτοψης και ύψους. Το κτίριο έχει τρία και δύο ανοίγματα σε διαμήκεις και εγκάρσιες κατευθύνσεις, αντίστοιχα. Σε υψόμετρο, έχει τρία επίπεδα ιστορίας.
Εικόνα Νο.2. Διαστάσεις σχεδίου.
Εικόνα Νο.3. Ορισμός επιπέδου ιστορίας.
- Συστήματα αντίστασης πλευρικών δυνάμεων. Να ακολουθεί καλές πρακτικές στη διαμόρφωση μεταλλικών κατασκευών, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν αναλόγως οι συστάσεις σχεδιαστικού κώδικα. Σε αυτό το άρθρο, ορίζουμε ενισχυμένα πλαίσια κατά τη διαμήκη κατεύθυνση (“Χ”) στην οποία όλα τα δομικά στοιχεία πρέπει να συνδεθούν ως αρθρωτός σύνδεσμος. Τα σιδεράκια είναι κοίλα δομικά σχήματα (HSS) συνήθως τετράγωνοι τύποι. Για τη σύντομη σκηνοθεσία (εγκάρσιος) Έχουμε δημιουργήσει πλαίσια ανθεκτικά στη ροπή λαμβάνοντας υπόψη την ικανότητα μεταφοράς καμπτικών ροπών μεταξύ των στοιχείων μέσω των κόμβων τους. Για αυτά τα τελευταία πλαίσια, Οι δοκοί και οι κολώνες έχουν σχήματα W από χάλυβα. Είναι πολύ σημαντικό σε αυτή τη δομική διαμόρφωση να εκχωρούνται επαρκή στηρίγματα στη βάση της στήλης, για να καλύψει σωστά την επιθυμητή συμπεριφορά.
Εικόνα Νο.4. Ορισμός πλαισίων με αντιστήριξη και ανθεκτική ροπή.
Εικόνα Νο.5. Υποστηρίζει την απελευθέρωση “ΜΕ” βαθμός ελευθερίας περιστροφής.
Τα ενισχυμένα πλαίσια πρέπει να προσαρμόσουν την περιστροφή για να αναπτύξουν μόνο αξονικές δυνάμεις (τάση ή συμπίεση). Τα στιγμιότυπα χρειάζονται σταθερά στηρίγματα τουλάχιστον στο επίπεδό τους. Ο τρόπος για να εκπληρωθούν και οι δύο απαιτήσεις είναι με την εκχώρηση ενός σταθερού βαθμού ελευθερίας για μετατόπιση και περιστροφή προς κάθε κατεύθυνση (“Χ”, “και”, “με”) με μόνη εξαίρεση την απελευθέρωση της περιστροφής κατά μήκος του “με” άξονας. Ο κωδικός περιορισμού που πρέπει να εφαρμοστεί είναι “FFFFFR”; οι τρεις πρώτοι χαρακτήρες για γραμμική μετατόπιση και οι τρεις τελευταίοι για περιστροφή.
Εικόνα Νο.6. Ομάδα στηρίξεων και εκχώρηση κωδικού συγκράτησης.
Δάπεδα με άκαμπτα διαφράγματα
Συνιστάται να ορίσετε άκαμπτα διαφράγματα για να μειώσετε τον αριθμό των βαθμών ελευθερίας σε τρεις ανά επίπεδο, δύο για μετατόπιση μετατόπισης και ένα για την περιστροφή στην κάτοψη.
Εικόνα Νο.7. Άκαμπτα διαφράγματα σε ιστορίες.
Πώς α λειτουργεί ο περιορισμός του άκαμπτου διαφράγματος είναι ότι δημιουργεί έναν κύριο κόμβο αναφοράς, κοινώς ονομαζόμενο “Κέντρο Μάζας (ΕΚ)” και συνδέεται με τους κόμβους χρησιμοποιώντας Άκαμπτους συνδέσμους. Ένας απλός ορισμός είναι το σημείο ή ο κόμβος σε ένα σύστημα στον οποίο ολόκληρη η μάζα μπορεί να θεωρηθεί ως συγκεντρωμένη. Για σεισμικά φορτία, πλευρικές δυνάμεις εφαρμόζονται στο CM.
Εικόνα Νο.8. Κύριοι και υποτελείς κόμβοι σε ένα άκαμπτο διάφραγμα.
Το πλήρες γεωμετρικό μοντέλο φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Εικόνα Νο.9. 3Δ όψη του ολοκληρωμένου μοντέλου.
Προσθήκη στατικών φορτίων στο μοντέλο σας
Οι κατασκευαστικοί κώδικες ορίζουν τα φορτία και τον τρόπο που εξετάζεται ένας συνδυασμός τους. Σε αυτό το άρθρο, θα οριστούν μόνο βαρυτικές και πλευρικές δυνάμεις.
-
- Βαρυτικά φορτία: αυτο-βάρος, υπερτιθέμενα νεκρά και ζωντανά φορτία.
- Πλευρικά φορτία: γραμμικές δυναμικές σεισμικές δυνάμεις από ανάλυση φάσματος απόκρισης σε κάθε κατεύθυνση σχεδίου.
Για να ορίσετε το αυτο-βάρος φορτίο, κοιτάξτε την αριστερή κορδέλα και επιλέξτε στην ενότητα φορτία την επιλογή “Αυτο-βάρος”, στη συνέχεια ενεργοποιήστε κάνοντας κλικ στο κουμπί “Όποτε έχετε δημιουργήσει ένα πλαίσιο”. Επόμενο, εκχωρήστε μια τιμή του -1 στην κατακόρυφη κατεύθυνση (σε αυτή την περίπτωση είναι η Βαρύτητα του άξονα Υ) και τέλος πηγαίνετε στο κουμπί εφαρμογής για να δημιουργήσετε αυτήν τη θήκη φόρτωσης.
Εικόνα Νο.10. Ορισμός φορτίου θήκης αυτο-βάρους.
Μια παρόμοια διαδικασία όπως κάναμε πριν για φορτίο αυτο-βάρους απαιτείται για την εκχώρηση και τη δημιουργία βαρυτικών φορτίων χρήστη:
- Επιλέγω “Φορτία περιοχής” από την ενότητα Φορτία.
- Επιλέξτε τους τέσσερις γωνιακούς κόμβους από μια συγκεκριμένη πλάκα δαπέδου για να ορίσετε την περίμετρο εμβαδού φορτίου, στη συνέχεια ορίστε το μέγεθος της πίεσης, 2.5 kPa για υπερτιθέμενα και 2,o kPa για ενεργά φορτία. Μη διστάσετε να δώσετε ονόματα όπως θεωρείτε βολικά για κάθε περίπτωση φόρτωσης.
Εικόνα Αρ.. 11. Επιλογή κόμβων γωνιακής πλάκας για τη δημιουργία φορτίων περιοχής.
Εικόνα Αρ.. 12. Φορτία περιοχής: Επάλληλος νεκρός (2.5kPa) και ζωντανά φορτία (2.0kPa).
- Μεταβείτε στις ρυθμίσεις ορατότητας που βρίσκονται στη δεξιά κορδέλα και επιλέξτε “Φορτία ισοδύναμων επιφανειών” να παρακολουθεί την κατανομή των φορτίων επιφάνειας σε κάθε δευτερεύουσα δοκό σε αναλογία με το πλάτος του παραπόταμου τους. Το SkyCiv S3D χρησιμοποιεί αυτή τη δύναμη γραμμής αντί να φορτώνει η ίδια η περιοχή.
Εικόνα Αρ.. 13. Ισοδύναμο φορτίο γραμμής που εφαρμόζεται σε δευτερεύουσες δοκούς: Υπερτιθέμενο νεκρό φορτίο.
Εικόνα Νο.14. Ισοδύναμο φορτίο γραμμής που εφαρμόζεται σε δευτερεύουσες δοκούς: Ζωντανό φορτίο.
Ανάλυση φάσματος απόκρισης, RSA – εφαρμογή φορτίων
Να υπολογιστούν δυναμικά οι πλευρικές σεισμικές δυνάμεις χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο (RSA) μπορείτε να ακολουθήσετε τα επόμενα βήματα:
- Κομβικές μάζες. Μπορείτε να ορίσετε μάζες τοποθετώντας τις απευθείας σε κόμβους δομής ή μέσω της μετατροπής των εφαρμοζόμενων φορτίων.
Οι περισσότεροι οικοδομικοί κώδικες έχουν θεωρήσει μόνο ως πηγή μάζας το αυτο-βάρος και τα υπερτιθέμενα νεκρά φορτία για τον υπολογισμό των σεισμικών αδρανειακών δυνάμεων. Σε ορισμένες ασυνήθιστες περιπτώσεις, λαμβάνεται επίσης υπόψη ένα κλάσμα των ενεργών φορτίων.
Εικόνα αρ. 15. Μαζικές πηγές συμπεριλαμβανομένου του αυτο-βάρους, επάλληλος νεκρός και 25% ζωντανού φορτίου.
- Φασματικά φορτία. Σε ΑΥΤΗΝ την ΕΝΟΤΗΤΑ, θα ορίσετε όλα τα δεδομένα που απαιτούνται για τη δημιουργία της γραφικής παράστασης φάσματος.
Υπάρχουν δύο τρόποι για να δημιουργήσετε το οικόπεδο για το RSA. Το SkyCiv S3D σάς προσφέρει χρησιμοποιώντας μια είσοδο χρήστη ή με ένα προεπιλεγμένο πρότυπο που περιλαμβάνει το ASCE-07, NBCC 2020 και τον Ευρωκώδικα 8 κωδικοί.
Εικόνα αρ.16. Επιλογή φασματικών φορτίων στο SkyCiv S3D.
Εικόνα αρ.17. Προεπιλεγμένοι κωδικοί κατασκευής για φασματικά φορτία.
Εικόνα αρ. 18. Ρυθμίσεις που σχετίζονται με την τροπική απόκριση
Λόγω του ότι το RSA είναι μια μέθοδος δυναμικής ανάλυσης που βασίζεται στην τροπική απόκριση, πρέπει να υπάρχει ένα προκαθορισμένο διαδικασία συνδυασμού αυτών των διαφορετικών τρόπων αποκρίσεων. Οι περισσότερες επαρκείς μέθοδοι υποδεικνύονται παρακάτω και συνιστάται πλήρως η χρήση της μεθόδου CQC: “Πλήρεις τετραγωνικοί συνδυασμοί”. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τροπικές μεθόδους συνδυασμού, ελέγξτε αυτό το άρθρο.
Εικόνα αρ. 19. Κανόνες συνδυασμού τροπικών αποτελεσμάτων
- Μειωμένο φάσμα σχεδίασης. Είναι σχεδόν αδύνατο να σχεδιαστεί ένα κτίριο που να αντιστέκεται στις ελαστικές σεισμικές δυνάμεις λόγω του υψηλού κόστους κατασκευής που αυτό συνεπάγεται. Γι 'αυτό το λόγο, Η πλειοψηφία των οικοδομικών κωδίκων επιτρέπει τη χρήση χαμηλότερων σεισμικών δυνάμεων από αυτές που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Ελέγξτε τις παραμέτρους και την είσοδο για κάθε μέλος, κάθε κατασκευαστικό σύστημα έχει ιδιότητες όπως η πλαστιμότητα και η αντοχή που επιτρέπουν τη διάχυση της σεισμικής ενέργειας και την οριζόντια μετατόπιση. Επομένως, μπορείτε να μειώσετε τις πλευρικές δυνάμεις σχεδιασμού μέσω του μειωμένου φάσματος σχεδίασης.
Εικόνα αρ.20. Μειωμένο φάσμα σχεδιασμού.
Το παράδειγμα με το οποίο εργαζόμαστε έχει δύο διαφορετικά συστήματα πλευρικής αντίστασης: πλαισίων με νάρθηκες και ροπές. Και τα δύο συστήματα ανταποκρίνονται ανελαστικά σε διαφορετικούς τρόπους, έτσι ώστε, Οι παράγοντες ολκιμότητας και αντοχής θα τροποποιήσουν το μειωμένο φάσμα σχεδιασμού που θα χρησιμοποιηθεί σε κάθε κύρια κατεύθυνση.
Εικόνα αρ.21. Μειωμένες ρυθμίσεις ανάλυσης φάσματος σχεδίασης σε “Χ” κατεύθυνση.
Εικόνα αρ.22.
Μειωμένες ρυθμίσεις ανάλυσης φάσματος σχεδίασης σε “Χ” κατεύθυνση.
Ανασκόπηση των φυσικών συχνοτήτων δόνησης
Αφού οριστούν όλες οι δυναμικές ιδιότητες, μπορείτε να εκτελέσετε μια Ανάλυση φάσματος απόκρισης. Παω σε “Λύσει” και μετά επιλέξτε “Φάσμα απόκρισης” για να λάβετε τα τελικά αποτελέσματα. Μπορούμε να εξετάσουμε τις φυσικές περιόδους ή συχνότητες δόνησης για όλους τους τρόπους λειτουργίας που λαμβάνονται υπόψη στην ανάλυση.
Εικόνα αρ.23. Πρώτος τρόπος φυσικού αποτελέσματος δόνησης. Περίοδος, T1 = 1.412 δευτερόλεπτα
Εικόνα αρ.24. Δεύτερος τρόπος φυσικής δόνησης. Περίοδος, T2 = 1.021 δευτερόλεπτα
Εικόνα αρ.25. Τρίτος τρόπος φυσικής δόνησης. Περίοδος, T3 = 1.021 δευτερόλεπτα.
Τελικά, μπορείτε να αποκτήσετε πρόσβαση σε πίνακες με τα αποτελέσματα RSA. Οι επόμενες εικόνες δείχνουν τις συχνότητες και τις μάζες συμμετοχής για όλους τους τρόπους δόνησης στην ανάλυση.
Πίνακας αρ.26. Αποτελέσματα δυναμικής συχνότητας – 10 τρόπους δόνησης.
Πίνακας αρ.27. Αποτελέσματα δυναμικής συχνότητας – Μαζική συμμετοχή.
