低層の鉄骨建物で応答スペクトル解析を実行する方法に関するガイド
一般的な説明と定義例
地震活動のゾーンで, ASCEなどの建築基準法-07 慣性力の観点から地震活動を確立する. これらの力を得るには、主に 2 つの方法があります。, 静的および動的. この記事は動的な力のみに焦点を当てています. 静的手順を使用して計算する方法を学ぶ必要がある場合, これらの記事を読むことをお勧めします: SkyCiv地震荷重ジェネレーター そして SkyCiv ASCEの完全に機能する例 7-16 同等の横力手順を使用した地震荷重の計算.
応答スペクトル分析 (RSA) 線形です (応力に直接関係するひずみ) 運動地震イベントで生成される最大の力を得るために、構造の固有振動特性を使用する動的手順。. この動きが地面のサポートから完全な構造に伝達されるため, 慣性力が発生します, あれは, ニュートンの第二法則が言うように, 力＝質量 * 加速度. ソース質量はマテリアル ビルディングから取得され、加速レベルはコードで定義する必要があります。. RSAに関する以前のSkyCivの記事をお気軽にチェックしてください: SkyCiv S3Dによる応答スペクトル分析の紹介.
次のイメージは、レンダリングされた低層の鉄骨の建物で構成される構造モデルを示しています。. 横方向の抵抗は、平面図の主な方向に沿った 2 つの異なる構造システムによって提供されます。: 縦方向の同心ブレース フレームと横方向の耐モーメント フレーム.
Figure No.1. レンダリングされた 3 次元モデル.
SkyCiv S3Dでのモデル作成
次の手順を実行して、モデルを作成し、RSA を実行できるようにします。. (モデリングに関するより詳細なチュートリアルについては、, 私たちのSkyCivドキュメントに行きます: SkyCiv S3D はじめに)
- 平面寸法と高さ寸法. この建物は、縦横に 3 スパンと 2 スパンがあります。, それぞれ. 仰角で, 3つのストーリーレベルがあります.
Figure No.2. 平面寸法.
Figure No.3. ストーリーレベルの定義.
- 横力抵抗システム. 鉄骨構造の構成における優れた実践に従う, それに応じて設計コードの推奨事項を使用する必要があります. 記事上で, 縦方向に沿ってブレースフレームを定義します (“バツ”) すべての構造要素をピン留めジョイントとして接続する必要がある. ブレースは中空の構造形状です (HSS) 一般的に正方形のタイプ. ショート方向の場合 (横方向) 節を介して要素間の曲げモーメントを伝達する能力を考慮して、耐モーメント フレームを確立しました。. これらの後者のフレームについて, 梁と柱はW形鋼. この構造構成では、柱の基部に適切な支持を割り当てることが非常に重要です, 必要な動作に正しく追いつく.
Figure No.4. ブレースおよび抵抗力のあるモーメント フレームの定義.
Figure No.5. リリースをサポート “と” 回転自由度.
ブレースフレームは、軸力のみを発生させるために回転に対応する必要があります (張力または圧縮). モーメント フレームには、少なくとも平面内で固定サポートが必要です. 両方の要件を満たす方法は、各方向の変位と回転に一定の自由度を割り当てることです。 (“バツ”, “そして”, “と”) 唯一の例外は、 “と” 軸. 適用する拘束コードは “FFFFFR”; 直線変位の最初の 3 文字と回転の最後の 3 文字.
Figure No.6. サポートのグループと拘束コードの割り当て.
リジッドダイヤフラムを使用した床
剛性ダイヤフラムを定義して、自由度の数をレベルごとに 3 に減らすことをお勧めします, プラン内の並進変位用に 2 つ、回転用に 1 つ.
Figure No.7. ストーリーの剛性ダイアフラム.
どうやって 固定横隔膜拘束が機能する 参照のマスターノードを作成しますか, 通称 “重心 (CM)” リジッド リンクを使用したノードへのリンク. 簡単な定義の 1 つは、質量全体が集中していると考えられるシステム内のポイントまたはノードです。. 地震荷重用, 横方向の力が CM に適用されます.
Figure No.8. リジッド ダイアフラムのマスター ノードとスレーブ ノード.
完全な形状モデルを下の図に示します.
Figure No.9. 3完成モデルのDビュー.
モデルに静的荷重を追加する
建築基準法は、荷重とそれらの組み合わせが考慮される方法を定義します. 記事上で, 重力と横方向の力のみが定義されます.
-
- 重力負荷: 自重, 重なった固定荷重と活荷重.
- 横荷重: 各平面方向の応答スペクトル解析からの線形動的地震力.
自重荷重を定義するには, 左のリボンを見て、負荷セクションでオプションを選択します “自重”, 次に、ボタンをクリックしてオンにします “オン”. 次, の値を割り当てる -1 垂直方向に (この場合は Y 軸の重力) 最後に適用ボタンに移動して、この荷重ケースを作成します.
Figure No.10. 自重ケース荷重の定義.
ユーザーの重力荷重を割り当てて作成するには、以前に自重荷重に対して行ったのと同様の手順が必要です。:
- 選択する “面積荷重” 負荷セクションから.
- 特定のフロア プレートから 4 つのコーナー ノードを選択して、面荷重の周囲を定義します, 次に、圧力の大きさを割り当てます, 2.5 重畳の場合は kPa、活荷重の場合は 2.0 kPa. 各荷重ケースに便利と思われる名前を自由に付けてください.
Figure No. 11. 面荷重を作成するためのコーナー プレート節点の選択.
Figure No. 12. 面荷重: 重なった死んだ (2.5kPa) とライブ負荷 (2.0kPa).
- 右側のリボンにある表示設定に移動し、 “等価面積荷重” 支流の幅に比例して、すべての二次梁の面積荷重の分布を監視する. SkyCiv S3Dは、エリアロード自体の代わりにこのラインフォースを使用します.
Figure No. 13. 二次梁に適用される等価線荷重: 重畳死荷重.
Figure No.14. 二次梁に適用される等価線荷重: 活荷重.
応答スペクトル解析, RSA – 負荷をかける
この方法を使用して横方向の地震力を動的に計算するには (RSA) あなたは次のステップに従うことができます:
- 結節塊. 質量を構造ノードに直接配置するか、適用された荷重を変換することにより、質量を定義できます。.
ほとんどの建築基準法では、地震慣性力を計算するために、自重と重なった死荷重を質量の源としてのみ考慮しています。. いくつかのまれなケースでは, 活荷重の一部も考慮されます.
Figure no. 15. 自重を含む質量源, 重なった死んだ 25% 活荷重の.
- スペクトル負荷. このセクションで, スペクトル プロットの作成に必要なすべてのデータを定義します。.
RSA のプロットを作成するには 2 つの方法があります. SkyCiv S3Dは、ユーザー入力を使用するか、ASCEを含むデフォルトのテンプレートを使用して提供します-07, NBCC 2020 とユーロコード 8 コード.
Figure no.16. SkyCiv S3Dのスペクトル負荷オプション.
Figure no.17. スペクトル負荷に対する既定の建設コード.
Figure no. 18. モーダルレスポンスに関する設定
RSA はモーダル応答に基づく動的解析手法であるため、, 以前に定義された これらの異なるモード応答を組み合わせる手順. 最も適切な方法を以下に示します。CQC 方法を使用することを完全に推奨します。: “完全二次組み合わせ”. 詳細については、 モーダル結合方法, この記事をチェック.
Figure no. 19. モーダル結果を組み合わせる規則
- 設計スペクトルの削減. 建設コストが高くなるため、弾性地震力に抵抗するように建物を設計することはほとんど不可能です。. このために, 大部分の建築基準法では、前述の地震力よりも低い地震力の使用が許可されています. それをするために, すべての建設システムには、地震エネルギーを消散させ、水平方向の変位に対応できる延性や強度などの特性があります。. したがって, Reduced Design Spectrum により、横方向の設計力を減らすことができます。.
Figure no.20. 縮小設計スペクトル プロット.
私たちが取り組んできた例には、2 つの異なる横抵抗システムがあります。: ブレースとモーメント フレーム. 両方のシステムが異なるモードで非弾性的に応答するため、, 延性と強度係数により、各主方向で使用される縮小設計スペクトルが変更されます.
Figure no.21. の削減された設計スペクトル解析設定 “バツ” 方向.
Figure no.22.
の削減された設計スペクトル解析設定 “バツ” 方向.
固有振動数の見直し
すべての動的プロパティを定義したら、応答スペクトル分析を実行できます。. 右から左に、選択ボックス内に完全に含まれている要素のみが選択されます “解決する” 次に、 “応答スペクトル” 最終結果を得るために. 解析で考慮されるすべてのモードの固有振動周期または固有振動数を確認できます.
Figure no.23. 固有振動の第 1 モード結果. 限目, T1 = 1.412 秒
Figure no.24. 固有振動の第 2 モード. 限目, T2 = 1.021 秒
Figure no.25. 固有振動の第 3 モード. 限目, T3 = 1.021 秒.
最後に, RSAの結果を含むテーブルにアクセスできます. 次の画像は、解析におけるすべての振動モードの周波数と関与質量を示しています。.
テーブルNo.26. 動的周波数結果 – 10 振動モード.
テーブルNo.27. 動的周波数結果 – 大衆参加.
