SkyCivソフトウェアのガイド - チュートリアル, ハウツーガイドと技術記事


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応答スペクトル分析: 建物の例

A guide on how to run a response spectrum analysis on a low-rise steel building

General description and example definition

地震活動のゾーンで, ASCEなどの建築基準法-07 establish seismicity in terms of inertial forces. There are two main approaches to obtaining these forces, 静的および動的. This article is focused only on dynamic forces. 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) dynamic procedure that uses a structure’s natural vibrations properties in order to obtain the maximum force generated in a motion seismic event. 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, as Newton’s second law says, 力=質量 * 加速度. The source mass is taken from the material building and the level of acceleration has to be defined by the Code. 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。: concentrically braces frame for longitudinal and moment resistant frames for transverse.

Figure No.1. レンダリングされた 3 次元モデル.

Model creation in SkyCiv S3D

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. The building has three and two spans in longitudinal and transverse directions, それぞれ. In elevation, it has three story levels.

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, it is needed to use accordingly design code recommendations. 記事上で, we define braced frames along the longitudinal direction (“バツ”) in which all structural elements have to be connected as a pinned joint. ブレースは中空の構造形状です (HSS) commonly square types. ショート方向の場合 (横方向) we have established moment-resistant frames considering the capacity to transfer flexural moments between elements through their nodes. これらの後者のフレームについて, beams and columns are W steel shapes. It’s very important in this structural configuration to assign adequate supports at the column’s base, to correctly catch up with the behavior wanted.

Figure No.4. Braced and resistant moment frames definition.

Figure No.5. Supports releasing “と” rotation degree of freedom.

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). Moment frames need fixed supports at least in their plane. 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. The restraint code to apply is “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.



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. One simple definition is the point or node in a system at which the whole mass may be considered as concentrated. 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.


Figure No.9. 3完成モデルのDビュー.

Adding static loads to your model

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, look at the left ribbon and select in the loads section the option “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 (in this case is Y-axis Gravity) and finally go to apply button to create this load case.

Figure No.10. Self-weight case load definition.

A similar procedure as we did before for self-weight load is required to assign and create user gravitational loads:

  • 選択する “面積荷重” 負荷セクションから.

  • Select the four corner nodes from a particular floor plate to define the area load perimeter, 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).

  • Go to the visibility settings located on the right ribbon and select “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 uses this line force instead area loads itself.

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.

Response spectrum analysis, RSA – 負荷をかける

To calculate lateral seismic forces dynamically using this method (RSA) you can follow the next steps:

  • Nodal masses. You can define masses by putting them directly in structure nodes or through the conversion of applied loads.

Most building codes have considered only as a source of mass the self-weight and superimposed dead loads to calculate seismic inertial forces. いくつかのまれなケースでは, a fraction of live loads are also accounted for.

Figure no. 15. 自重を含む質量源, 重なった死んだ 25% of live load.

  • スペクトル負荷. このセクションで, you will define all data required to build the spectrum plot.

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 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

Due to the RSA being a dynamic analysis method based on the modal response, there has to be a previously defined procedure to combine these different modal responses. Most adequate methods are indicated below and is fully recommended to use the CQC method: “Complete Quadratic Combinations”.

Figure no. 19. モーダル結果を組み合わせる規則

  • Reduced Design Spectrum. It is almost impossible to design any building to resist elastic seismic forces due to the high construction costs this would imply. このために, a majority of building codes allow the use of lower seismic forces than those mentioned before. 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.

The example we’ve been working with has two different lateral resistance systems: 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、, ductility and strength factors will modify the Reduced Design Spectrum to be used in each main direction.

Figure no.21. Reduced Design Spectrum Analysis Settings in “バツ” 方向.

Figure no.22.

Reduced Design Spectrum Analysis Settings in “バツ” 方向.

Reviewing natural vibration frequencies

Once all dynamic properties have been defined you may run a Response Spectrum Analysis. 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” to obtain the final results. We can review the natural vibration periods or frequencies for all modes considered in the analysis.

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.


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