Руководство по проведению анализа спектра отклика в малоэтажном стальном здании
Общее описание и пример определения
В зонах сейсмической активности, строительные нормы, такие как ASCE-07 установить сейсмичность по силам инерции. Существует два основных подхода к получению этих сил., статический и динамический. Эта статья посвящена только динамическим силам.. Если вам нужно научиться вычислять с помощью статической процедуры, мы рекомендуем вам прочитать эти статьи: Генератор сейсмических нагрузок SkyCiv и SkyCiv Полностью рабочий пример ASCE 7-16 Расчет сейсмической нагрузки с использованием процедуры эквивалентной боковой силы.
Анализ спектра отклика (ЮАР) является линейным (деформации, непосредственно связанные с нагрузками) динамическая процедура, которая использует свойства собственных колебаний конструкции для получения максимальной силы, создаваемой в сейсмическом событии движения. Из-за этого движения передаются от наземных опор на всю конструкцию, силы инерции будут развиваться, то есть, как гласит второй закон Ньютона, Сила = масса * ускорение. Исходная масса берется из материала здания, а уровень ускорения должен определяться Кодексом.. Не стесняйтесь проверить предыдущую статью SkyCiv о RSA: Введение в анализ спектра отклика с помощью SkyCiv S3D.
На следующем изображении показана визуализированная структурная модель, состоящая из невысокого стального здания.. Боковое сопротивление обеспечивается двумя различными конструктивными системами по основным направлениям в плане.: рама с концентрическими связями для продольных и моментоустойчивых рам для поперечных.
Рисунок №1. Визуализированная трехмерная модель.
Создание модели в SkyCiv S3D
Вы можете выполнить следующие шаги, чтобы создать модель и запустить RSA.. (Для получения более подробных руководств по моделированию, перейти к нашим документам SkyCiv: SkyCiv S3D Начало работы)
- Размеры в плане и высота. Здание имеет три и два пролёта в продольном и поперечном направлениях., соответственно. На высоте, имеет три сюжетных уровня.
Рисунок №2. Размеры плана.
Рисунок №3. Определение уровня истории.
- Системы сопротивления боковым силам. Следовать передовой практике в конфигурации стальных конструкций, необходимо использовать соответствующие рекомендации по проектированию кода. В этой статье, определяем раскосные рамы вдоль продольного направления (“Икс”) в котором все элементы конструкции должны быть соединены шарнирным соединением. Брекеты представляют собой полые конструкционные формы. (HSS) обычно квадратные типы. Для короткого направления (поперечный) мы установили моментоустойчивые рамы с учетом возможности передачи изгибающих моментов между элементами через их узлы. Для этих последних кадров, балки и колонны W стальных профилей. В этой структурной конфигурации очень важно назначить адекватные опоры в основании колонны., чтобы правильно догнать желаемое поведение.
Рисунок №4. Определение раскосных и упорных рамок моментов.
Рисунок №5. Поддерживает выпуск “С УЧАСТИЕМ” степень свободы вращения.
Скрепленные рамы должны приспосабливаться к вращению, чтобы развивать только осевые силы. (напряжение или сжатие). Моментные рамы нуждаются в неподвижных опорах хотя бы в своей плоскости. Способ выполнения обоих требований заключается в назначении фиксированной степени свободы для смещения и вращения в каждом направлении. (“Икс”, “и”, “с участием”) за исключением отпускания вращения вдоль “с участием” ось. Применяемый код ограничения “FFFFFR”; первые три символа для линейного смещения и последние три для вращения.
Рисунок №6. Назначение групп опор и ограничений.
Полы с использованием жестких диафрагм
Рекомендуется определить жесткие диафрагмы, чтобы уменьшить количество степеней свободы до трех на уровень., два для поступательного перемещения и один для поворота в плане.
Рисунок №7. Жесткие диафрагмы в историях.
Как жесткое ограничение диафрагмы работает это создает главный узел ссылки, обычно называют “Центр массы (СМ)” и ссылки на узлы с использованием жестких ссылок. Одно простое определение — это точка или узел в системе, в которой вся масса может рассматриваться как сосредоточенная.. Для сейсмических нагрузок, боковые силы приложены к ЦМ.
Рисунок №8. Ведущий и ведомый узлы в жесткой диафрагме.
Полная геометрическая модель показана на рисунке ниже..
Рисунок №9. 3D вид готовой модели.
Добавление статических нагрузок в вашу модель
Строительные нормы и правила определяют нагрузки и способы их сочетания.. В этой статье, будут определены только гравитационные и боковые силы.
-
- Гравитационные нагрузки: собственный вес, наложенные постоянные и временные нагрузки.
- Боковые нагрузки: линейные динамические сейсмические силы из анализа спектра реакции в каждом направлении плана.
Определение нагрузки собственного веса, посмотрите на левую ленту и выберите в разделе нагрузок опцию “Собственный вес”, затем включите, нажав кнопку “переключение тумблера на”. следующий, присвоить значение -1 в вертикальном направлении (в данном случае это гравитация по оси Y) и, наконец, нажмите кнопку «Применить», чтобы создать этот случай нагрузки..
Рисунок №10. Определение нагрузки от собственного веса ящика.
Процедура, аналогичная той, что мы делали ранее для нагрузки от собственного веса, требуется для назначения и создания пользовательских гравитационных нагрузок.:
- Выбрать “Нагрузки на площадь” из раздела Нагрузки.
- Выберите четыре угловых узла из определенной плиты пола, чтобы определить периметр площади нагрузки., затем назначьте величину давления, 2.5 кПа для наложенных и 2,0 кПа для динамических нагрузок. Не стесняйтесь давать имена, которые вы считаете удобными для каждого загружения..
Рисунок №. 11. Выбор узлов угловой пластины для создания площадных нагрузок.
Рисунок №. 12. Нагрузки на площадь: Наложенные мертвые (2.5кПа) и живые нагрузки (2.0кПа).
- Перейдите к настройкам видимости, расположенным на правой ленте, и выберите “Эквивалентные нагрузки на площадь” следить за распределением нагрузок по площади в каждой второстепенной балке пропорционально ширине их притока. SkyCiv S3D использует эту линейную силу вместо того, чтобы загружать саму область..
Рисунок №. 13. Эквивалентная линейная нагрузка, приложенная к второстепенным балкам: Наложенная статическая нагрузка.
Рисунок №14. Эквивалентная линейная нагрузка, приложенная к второстепенным балкам: Живая нагрузка.
Анализ спектра отклика, ЮАР – приложение нагрузок
Для динамического расчета боковых сейсмических сил с использованием этого метода (ЮАР) вы можете выполнить следующие шаги:
- Узловые массы. Массы можно определить, поместив их непосредственно в узлы конструкции или путем преобразования приложенных нагрузок..
В большинстве строительных норм и правил собственный вес и дополнительные постоянные нагрузки рассматриваются только как источник массы для расчета сейсмических сил инерции.. В некоторых редких случаях, также учитывается часть динамических нагрузок.
Рисунок №. 15. Источники массы, включая собственный вес, наложенные мертвые и 25% динамической нагрузки.
- Призрачные нагрузки. В этой секции, вы определите все данные, необходимые для построения графика спектра.
Есть два способа создать сюжет для RSA.. SkyCiv S3D предлагает вам использовать пользовательский ввод или шаблон по умолчанию, который включает ASCE.-07, NBCC 2020 и Еврокод 8 коды.
Рисунок №16. Опция спектральных нагрузок в SkyCiv S3D.
Рисунок №17. Строительные коды по умолчанию для спектральных нагрузок.
Рисунок №. 18. Настройки, связанные с модальным ответом
Из-за того, что RSA является методом динамического анализа, основанным на модальном отклике., должно быть предварительно определено процедура объединения этих различных модальных ответов. Наиболее адекватные методы указаны ниже, и полностью рекомендуется использовать метод CQC.: “Полные квадратичные комбинации”. Для получения дополнительной информации о модальные комбинированные методы, проверить эту статью.
Рисунок №. 19. Правила объединения модальных результатов
- Уменьшенный спектр дизайна. Почти невозможно спроектировать какое-либо здание так, чтобы оно выдерживало упругие сейсмические силы, из-за высоких затрат на строительство, что означало бы. По этой причине, большинство строительных норм допускают использование более низких сейсмических сил, чем упомянутые ранее. Сделать это, каждая строительная система обладает такими свойствами, как пластичность и прочность, которые позволяют рассеивать сейсмическую энергию и компенсировать горизонтальное смещение.. Следовательно, вы можете уменьшить боковые расчетные силы с помощью уменьшенного расчетного спектра.
Рисунок №20. График уменьшенного спектра проектирования.
Пример, с которым мы работали, имеет две разные системы бокового сопротивления.: раскосные и моментные рамы. Обе системы реагируют неупруго в разных режимах, так что, коэффициенты пластичности и прочности изменят сокращенный расчетный спектр для использования в каждом основном направлении..
Рисунок №21. Уменьшенные настройки анализа спектра проектирования в “Икс” направление.
Рисунок №22.
Уменьшенные настройки анализа спектра проектирования в “Икс” направление.
Просмотр собственных частот вибрации
После определения всех динамических свойств можно запустить анализ спектра отклика.. Идти к “Решить” а затем выберите “Спектр ответа” для получения окончательных результатов. Мы можем просмотреть периоды или частоты собственных колебаний для всех режимов, рассматриваемых в анализе..
Рисунок №23. Результат первой формы собственных колебаний. Период, Т1 = 1.412 секунд
Рисунок №24. Вторая мода собственных колебаний. Период, Т2 = 1.021 секунд
Рисунок №25. Третий режим собственных колебаний. Период, Т3 = 1.021 секунд.
в заключение, вы можете получить доступ к таблицам с результатами RSA. На следующих изображениях показаны частоты и массы участия для всех режимов вибрации в анализе..
Таблица №26. Результаты динамической частоты – 10 режимы вибрации.
Таблица №27. Результаты динамической частоты – Массовое участие.
