全國賽吊腳樓-計(jì)算書修訂

1、前言據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年平均發(fā)生800多萬次左右的泥石流和山體滑坡。如果泥石流發(fā)生在人類居住區(qū)，就可能造成嚴(yán)重的泥石流災(zāi)害。重慶是泥石流、山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重的地區(qū)之一，這些自然災(zāi)害是大自然向工程人員提出的一個(gè)重大挑戰(zhàn)，如何提高吊腳樓建筑抵抗這些地質(zhì)災(zāi)害的能力，是工程師們應(yīng)該想方設(shè)法去解決的問題。本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽以模擬吊腳樓建筑抵抗泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害為題目，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程針對性。根據(jù)大賽要求，我們采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器和SATWEY，經(jīng)過多次優(yōu)化，最后采用了直筒式框架支撐和框架拉條組合結(jié)構(gòu)體系，該體系是在平面尺寸保持不變的直筒式框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在其上部布置預(yù)應(yīng)力拉條而

2、成。本計(jì)算說明書主要從結(jié)構(gòu)方案、材料力學(xué)性能、計(jì)算方法和基本假定、結(jié)構(gòu)分析四個(gè)部分進(jìn)行闡述。在材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們采用結(jié)構(gòu)分析軟件SATWEY，分別對制作的模型分別進(jìn)行了反應(yīng)譜分析和時(shí)程分析，并采用質(zhì)量球沖擊模擬泥石流或山體滑坡。分析和試驗(yàn)結(jié)果表明，直筒式框架支撐和框架拉條組合結(jié)構(gòu)體系既能充分利用竹材的抗拉性能，又具有良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的抗沖擊性能。第1章 結(jié)構(gòu)方案1.1 設(shè)計(jì)構(gòu)思 選擇合理的結(jié)構(gòu)形式 形式服從功能，建筑物應(yīng)適應(yīng)時(shí)代的要求，注重功能，力求發(fā)揮和表現(xiàn)結(jié)構(gòu)與材料的美學(xué)特點(diǎn)是我們追求的目標(biāo)。此多層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇，很大程度上取決于結(jié)構(gòu)形式的選擇。在追求功能和外觀的同時(shí)

3、，我們著重考慮了結(jié)構(gòu)體系的合理性，經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)以“安全，高效”為核心，力求“創(chuàng)新，經(jīng)濟(jì)，質(zhì)輕，美觀”。 結(jié)構(gòu)主要承受沖擊荷載影響。比賽中采用的三級沖擊荷載分別對應(yīng)實(shí)際情況中的小、中、大等級泥石流和滑坡。如何使結(jié)構(gòu)在兼顧美觀、經(jīng)濟(jì)的同時(shí)滿足各級沖擊荷載下的功能要求，成為我們著重考慮的問題。 關(guān)于模型設(shè)計(jì)的若干考慮 在滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定的前提下，對結(jié)構(gòu)起控制作用的變量主要是模型自重、樓層高度設(shè)置以及豎向荷載在樓層間的分布。各個(gè)變量彼此相關(guān)，不同的結(jié)構(gòu)選型在這些方面有較大差異，需要在理論和實(shí)踐上進(jìn)行分析和比較。同時(shí)，由于是沖擊荷載，模型設(shè)計(jì)應(yīng)考慮動(dòng)力荷載作用下結(jié)構(gòu)能否滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定的要求

4、。在結(jié)構(gòu)選型中，我們對各種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了比較詳盡的理論分析和實(shí)驗(yàn)比較，著重分析結(jié)構(gòu)自重和荷載分布，以期達(dá)到較大的效率比。具體措施有以下幾點(diǎn)： = 1 * GB2 根據(jù)模型的制作材料，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式，提高結(jié)構(gòu)剛度和整體性，符合“強(qiáng)柱弱梁”，“強(qiáng)剪弱彎”的要求； = 2 * GB2 針對不同的結(jié)構(gòu)形式，在保證安全可靠的前提下，盡量優(yōu)化模型、減輕重量，使荷重比達(dá)到最大； = 3 * GB2 針對不同的荷載分布，通過大量加載實(shí)驗(yàn)，觀測模型的加速度和位移，在滿足安全的前提下，盡可能提高效率比； = 4 * GB2 由于制作材料是竹皮和膠水，兩者的材料力學(xué)特性均未知，因此需做材料性能試驗(yàn)，包括竹皮抗拉

5、強(qiáng)度試驗(yàn)、竹皮抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)、短柱抗壓試驗(yàn)、長柱抗壓試驗(yàn)、膠水抗剪試驗(yàn)等； = 5 * GB2 合理運(yùn)用竹皮材料的特性，充分發(fā)揮其優(yōu)越的力學(xué)性能； = 6 * GB2 所有桿件的計(jì)算長度及控制長細(xì)比均按壓桿考慮，以保證安全； = 7 * GB2 精心設(shè)計(jì)和制作構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)板，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，從實(shí)踐中不斷總結(jié)，敢于創(chuàng)新，打破思維定勢的約束； = 8 * GB2 合理借鑒其他團(tuán)隊(duì)的成功經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)常交流溝通。 1.2 結(jié)構(gòu)選型 模型結(jié)構(gòu)選型 在模型計(jì)算、制作和實(shí)驗(yàn)過程中，不同模型都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，從質(zhì)量及結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性等方面考慮，找出較為合理的結(jié)構(gòu)類型。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們考慮過如下四種體系： = 1

6、 * GB2 純框架結(jié)構(gòu)體系 該體系傳力明確，結(jié)構(gòu)簡明，模型制作簡便，能滿足基本功能要求，但整體剛度小，抗側(cè)力、抗震性能較差，若要滿足比賽抗震要求則需要加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)連接，增大梁截面，整體自重加大。 = 2 * GB2 框架核心筒結(jié)構(gòu)體系 該體系剛度大，整體性強(qiáng)，抗震性能優(yōu)越，模型造型美觀。通過試驗(yàn)表明，核心筒抗震實(shí)際效果不顯著，并且制作較繁瑣，模型自重大。 = 3 * GB2 框架拉條結(jié)構(gòu)體系該體系以純框架結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，在結(jié)構(gòu)上部布置拉條。該體系能夠充分利用竹材的抗拉性能，結(jié)構(gòu)剛度降低，抗扭能力有一定提高，但拉條如果存在缺陷，結(jié)構(gòu)位移過大在結(jié)疤脆弱處容易產(chǎn)生脆斷，選材需慎重。 = 4 * GB2 框

7、架支撐結(jié)構(gòu)體系 該體系以純框架結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，在結(jié)構(gòu)底部布置支撐。該體系靜承載力強(qiáng)，整體性好，抗側(cè)剛度大，模型自重偏大，模型造型美觀精致。在加載試驗(yàn)中表現(xiàn)出令人滿意的抗沖擊性能，若能較好地控制模型質(zhì)量，該體系效率比較高。通過試驗(yàn)顯示，支撐會(huì)在沖擊荷載作用下產(chǎn)生較大的沖擊反力，減小了上部結(jié)構(gòu)較大的水平側(cè)向位移。在整個(gè)設(shè)計(jì)周期中，我們以“輕質(zhì)高強(qiáng)，實(shí)用美觀”作為設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行反復(fù)模擬計(jì)算，并進(jìn)行地震模擬加載，逐一淘汰了相對薄弱或自重較大的結(jié)構(gòu)體系，最終選定了框架支撐和框架拉條組合結(jié)構(gòu)體系。在確定組合結(jié)構(gòu)體系中的框架形式時(shí)，我們考慮了兩種情況：直筒式框架，每層平面尺寸一致；塔式框架，

8、從上到下平面尺寸依次縮小。通過比較，發(fā)現(xiàn)直筒式框架能夠有效減少柱的偏心和扭轉(zhuǎn)引起的不良影響，因此最終選擇了直筒式框架支撐和框架拉條組合結(jié)構(gòu)體系作為我們的參賽作品。 模型設(shè)計(jì)特色 直筒式框架支撐和框架拉條組合結(jié)構(gòu)體系具有如下特色： = 1 * GB2 合理用材，充分發(fā)揮了兩種不同材料的力學(xué)性能 竹皮抗壓強(qiáng)度較高，抗剪強(qiáng)度較弱，因此應(yīng)盡量避免竹材受剪。竹皮做成的三角筒作為柱充分利用了其抗壓性能，減輕了結(jié)構(gòu)自重。膠水抗剪強(qiáng)度較高，抗拉強(qiáng)度低，因此在節(jié)點(diǎn)處盡量避免了膠水抗拉。 = 2 * GB2 傳力方式簡潔明確，避免了復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處理，杜絕薄弱環(huán)節(jié)的存在 設(shè)計(jì)應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)方法，采用節(jié)點(diǎn)板連接節(jié)

9、點(diǎn)，連接傳力可靠，節(jié)點(diǎn)連接剛度大。放樣、制作標(biāo)準(zhǔn)化，提高了制作精度。 = 3 * GB2 用材節(jié)約，經(jīng)濟(jì)性好 模型以矩形筒作為次梁傳遞豎向荷載，以支撐增大結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，充分利用了竹材的抗拉性能，提高了模型的效率比。 = 4 * GB2 注意選材 經(jīng)仔細(xì)觀察，我們發(fā)現(xiàn)提供的材料分為順紋和斜紋兩種不同形式，實(shí)驗(yàn)表明，順紋的抗拉強(qiáng)度明顯優(yōu)于斜紋板件，因此在板件的挑選上也需細(xì)致認(rèn)真。 = 5 * GB2 形式新穎，造型美觀 模型多用桿件，造型輕巧、美觀。樓層平面做成直筒形式，既避免柱的偏心和扭轉(zhuǎn)，又使造型新穎、大方。 = 6 * GB2 預(yù)應(yīng)力的使用成為本模型的一大亮點(diǎn) 為了提高材料利用率，本模型創(chuàng)新

10、地采用了竹皮濕脹干縮的特性，將桿件按設(shè)計(jì)長度潤濕后粘貼，干燥后自然產(chǎn)生的預(yù)拉應(yīng)力起到了良好的提高剛度的效果。1.3 結(jié)構(gòu)布置 圖1.1為本次參賽的結(jié)構(gòu)方案。結(jié)構(gòu)底部為吊腳層的下部大空間，以上為三層建筑使用層。結(jié)構(gòu)總高1000mm，第14層層高分別為340mm、220mm、220mm及220mm。各層平面布置如圖1.2所示，其中樓面采用拉條制作。模型構(gòu)件截面尺寸如表1.1所示，其中梁截面均為箱形截面，規(guī)格為高度寬度腹板厚翼緣厚（單位為mm，以下同）；柱截面為等腰直角三角截面，規(guī)格為直角邊斜邊厚度（單位為mm，以下同）；拉條截面規(guī)格為寬度厚度（單位為mm，以下同）。 圖1.1 結(jié)構(gòu)方案效果圖圖 第

11、一層 (b) 第二層 (c) 第三層 (d) 第四層 圖1.2 結(jié)構(gòu)各層平面圖（單位：mm） 圖1.3 結(jié)構(gòu)正立面圖（單位：mm） 表1.1 構(gòu)件截面尺寸表(單位：mm)層號(hào)柱截面尺寸梁截面尺寸樓面拉條撐桿120280.720120.554根80.2216100.554根80.2316100.554根80.2420120.558根80.2第2章 材料的力學(xué)性能確定合理、真實(shí)的材料力學(xué)性能是進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體受力分析和模型制作的前提。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和模型制作之前，我們分別對制作構(gòu)件的材料（竹材）及連接材料（502膠水）進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，以確定其力學(xué)參數(shù)。2.1 竹皮力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)竹皮作為模型材料，其力

12、學(xué)特性是順紋抗拉性能良好，韌性大，逆紋抗撕裂能力不及順紋抗拉能力，抗壓彎能力均較弱，并且竹皮可能存在結(jié)疤脆弱區(qū)，會(huì)顯著降低其力學(xué)性能。根據(jù)模型結(jié)構(gòu)方案，我們分別沿竹材順紋制作拉條及長柱進(jìn)行試驗(yàn)，其中拉條用來測定抗拉強(qiáng)度、彈性模量、抗剪強(qiáng)度等，長柱用來進(jìn)行確定穩(wěn)定系數(shù)。制作長柱時(shí)，將竹皮沿順紋方向裁成竹條并用502膠水連接為箱型截面。 試件強(qiáng)度試驗(yàn) = 1 * GB2 拉條抗拉試驗(yàn)共制作2個(gè)拉條試件進(jìn)行抗拉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2.1。竹皮抗拉強(qiáng)度取為75MPa，彈性模量E取為7500MPa，屈服強(qiáng)度取為65MPa。表2.1 竹皮抗拉試驗(yàn)結(jié)果試件編號(hào)試件尺寸（寬厚長）（mmmmmm）橫截面面積(mm

13、2)極限抗拉承載力(N)極限抗拉強(qiáng)度（MPa）彈性模量E（MPa）屈服強(qiáng)度（MPa）19.50.552505.22537872.34475006529.50.352503.32525676.992 = 2 * GB2 竹皮抗剪試驗(yàn)共制作2個(gè)抗剪試件進(jìn)行抗剪試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2.2。竹皮抗剪強(qiáng)度取為30MPa。表2.2 竹皮抗剪試驗(yàn)結(jié)果試件編號(hào)試件尺寸（寬厚）（mmmm）橫截面面積(mm2)極限抗剪承載力(N)極限抗剪強(qiáng)度（MPa）1600.3521216.50430.312200.35774.20530.601 長柱穩(wěn)定試驗(yàn)共制作6根不同截面尺寸的長柱，每種規(guī)格的柱子共3根。穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果見表2

14、.3，其中F1F3分別表示每種規(guī)格的3根柱子分別測得的最大軸向力，F(xiàn)表示最終確定的軸向力；表示長細(xì)比；表示穩(wěn)定系數(shù)。表2.3 長柱穩(wěn)定試驗(yàn)編號(hào)規(guī)格F1F2F3F134020280.7172.8167.4181.2173.854.0640.117222020280.7257.5262.6246.8188.9761.2560.1812.1.3 竹材密度 取三塊100mm100mm0.2mm（長寬厚）的竹材，測得質(zhì)量分別為1.84g，1.79g，1.81g，取平均值得1.813g，進(jìn)而算出密度為0.907g/cm3，由于在制作的過程中有502的滲入，我們近似確定竹材的密度為1.00g/cm3。 2.

15、2 膠水力學(xué)性能實(shí)驗(yàn) 制作1根試件，用以測定502膠水抗剪強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表2.4。502膠水抗剪強(qiáng)度取為7.5MPa。表2.4 502膠水力學(xué)性能試件編號(hào)試件尺寸（寬厚）（mmmm）橫截面面積（mm2）抗剪承載力（N）抗剪強(qiáng)度（MPa)110330225.2347.5082.3 試驗(yàn)得出的結(jié)論 從以上的材料力學(xué)性能試驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論： = 1 * GB2 竹皮沿橫紋不易制作，容易折碎，抗拉及抗壓強(qiáng)度均較順紋差，因而沿順紋加工成箱型截面的桿件，均勻涂膠后抗壓強(qiáng)度滿足要求； = 2 * GB2 竹皮拉條抗拉強(qiáng)度高，但試驗(yàn)顯示破壞多出現(xiàn)在結(jié)疤脆弱處，因而在選取拉條材料時(shí)，要求其上的缺陷盡量少；

16、 = 3 * GB2 竹皮桿件的強(qiáng)度指標(biāo)離散性大，變異性強(qiáng)，手工制作存在誤差，在確定強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)應(yīng)取較高的安全系數(shù)； = 4 * GB2 竹皮為各向異性材料，順紋方向受力性能較橫紋方向好，制作中要避免橫紋受力； = 5 * GB2 竹皮的抗壓及抗拉強(qiáng)度與其厚度成正比，經(jīng)試驗(yàn)，相同尺寸不同厚度的桿件，0.5mm厚度的桿件力學(xué)性能符合要求，因而桿件一律采用0.5mm厚的竹皮制作； = 6 * GB2 比較打磨后的竹皮桿件和0.5mm厚原始竹皮制作的桿件，相同尺寸的桿件，打磨后的桿件承載力未有多大的減弱，而質(zhì)量得以減輕。建議采用打磨后的桿件； = 7 * GB2 涂過量膠水與適量膠水的相同尺寸的桿件相

17、比較，涂過量膠水的桿件承載力沒有多大的提高，但重量卻增加并且影響美觀，因而桿件應(yīng)打磨掉多余膠水，但要保證拼接處粘貼牢靠； = 8 * GB2 觀察桿件破壞情況發(fā)現(xiàn)，過度打磨后的桿件及膠水不均勻處更易出現(xiàn)破壞，因而應(yīng)提高打磨質(zhì)量，盡量打磨均勻，切除邊緣過薄部分，涂膠應(yīng)均勻； = 9 * GB2 兩桿拼接處是薄弱處，除涂以適量膠水外還需在外緣粘貼節(jié)點(diǎn)板，經(jīng)試驗(yàn)只有0.5mm厚竹皮制作的節(jié)點(diǎn)板能夠保證安全要求。第3章 計(jì)算方法和基本假定3.1 計(jì)算方法和計(jì)算模型假設(shè)3.1.1 計(jì)算方法主要采用將模型簡化，近似等效成平面剛架體系進(jìn)行計(jì)算。而計(jì)算部分運(yùn)用清華大學(xué)土木系結(jié)構(gòu)力學(xué)教研室開發(fā)的“結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器

18、”軟件進(jìn)行大部分計(jì)算。3.1.2 計(jì)算模型假設(shè) = 1 * GB2 由于根據(jù)本模型加載方向得知主要承力方向?yàn)橥夥ň€的兩個(gè)方向，也就是加載方向在同一個(gè)豎平面內(nèi)。且根據(jù)結(jié)構(gòu)本身特性，每層梁與柱采用開槽插入灌膠，因此可以將其假設(shè)為剛接； = 2 * GB2 而二至四層斜撐剛度較小，柔度較大，考慮其有轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢，所以將斜撐設(shè)為鉸接； = 3 * GB2 另外，底層斜撐與柱連接時(shí)可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，所以設(shè)為鉸接，而與地梁連接時(shí)，由于地梁剛度比斜撐大很多，所以可視為剛接，這點(diǎn)在利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器時(shí)，得到驗(yàn)證。由于支撐對框架的作用主要體現(xiàn)在抗側(cè)剛度上，考慮計(jì)算的簡便性，采用單榀框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖，綜上所述，則可以

19、得到如下所示的基本計(jì)算模型。 圖3.1 計(jì)算模型簡圖3.2 模型計(jì)算荷載分析及截面性質(zhì)分析3.2.1 已知荷載：模型頂部20kg鐵塊（200N)，四層鐵塊2.5kg(25N) ，三層鐵塊2.5kg（25N），二層鐵塊2.5kg（25N)，具體如下表所示：表3.1 各層重量計(jì)算（包括自重）層數(shù)分項(xiàng)1層2層3層4層各項(xiàng)總計(jì)總質(zhì)量質(zhì)量(kg)鐵塊2.52.5202528.4加載裝置2.52.5模型0.30.20.20.20.9各層重量2.82.72.720.23.2.2 模型簡化時(shí)的荷載等效計(jì)算樓面荷載等效計(jì)算： = 1 * GB2 計(jì)算思路：由計(jì)算模型可知作用在模型樓面的是面均布荷載，于是所有計(jì)算

20、就是將樓面或屋頂?shù)蔫F塊荷載視為面均布荷載。而作用在橫梁上的是線均布荷載，直接將其等效為作用在有效承載面上的面均布荷載，然后乘以寬度轉(zhuǎn)化為線均布荷載。 = 2 * GB2 計(jì)算過程：計(jì)算頂面有效承載面積則，由于每層板面為方形，故各邊長相等。等效在每根柱子上所承受的集中力表3.2 各樓層參數(shù)表層號(hào)（）（）（）（）1484000.11366.2520.11366.2530.11366.2540.004130.909150第4章 結(jié)構(gòu)分析本章采用結(jié)構(gòu)分析軟件SATWEY，在第2章實(shí)測的材料力學(xué)性能參數(shù)的基礎(chǔ)上，針對第1章建立的直筒式框架支撐和框架拉條組合結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)模型分別進(jìn)行靜載和沖擊荷載分析，得出

21、其內(nèi)力及變形，并進(jìn)行構(gòu)件驗(yàn)算，以驗(yàn)證該方案的合理性和優(yōu)越性。除了結(jié)構(gòu)整體分析之外，還對樓面拉條近似進(jìn)行了內(nèi)力分析和強(qiáng)度校核。 4.1 結(jié)構(gòu)分析模型 此結(jié)構(gòu)為直筒式框架支撐和框架拉條組合結(jié)構(gòu)，涉及桿件較多，通過手工計(jì)算難以獲得準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。因此，我們采用結(jié)構(gòu)分析軟件SATWEY中建立計(jì)算模型。所采用的分析假定如下： = 1 * GB2 結(jié)構(gòu)分析模型柱底用502膠水在底板上固定，底部約束取為固定端； = 2 * GB2 所有結(jié)構(gòu)桿件均在彈性范圍內(nèi)工作； = 3 * GB2 鐵塊荷載簡化為均布線荷載加在橫梁上； = 4 * GB2 順紋方向材質(zhì)連續(xù)、均勻； = 5 * GB2 柱與柱、梁與柱、支撐

22、與柱之間結(jié)點(diǎn)均為剛結(jié)； = 6 * GB2 水箱作為重力荷載施加頂部，偏安全地忽略地水箱作為TLD的減震作用。 在以上假定的基礎(chǔ)上，采用SATWEY建立計(jì)算模型如圖4.1，其中梁柱選用Frame單元進(jìn)行模擬；拉條也采用Frame單元進(jìn)行分析，但在兩端釋放彎矩，且抗壓極限值設(shè)為0，以模擬其只能受拉不能受壓。圖4.2及圖4.3分別為計(jì)算模型單元編號(hào)及節(jié)點(diǎn)編號(hào)。4.2 靜載作用下結(jié)構(gòu)分析 4.2.1 鐵塊布置 為達(dá)到最大的等效負(fù)載質(zhì)量，鐵塊布置方案如圖4.4所示。鐵塊總質(zhì)量為29.5kg，有效荷載面積為484cm2，滿足賽題的要求。4.2.2 重力荷載 重力荷載主要包括模型自重、樓面鐵塊，其中自重在

23、SATWEY中自動(dòng)考慮，樓面鐵塊、頂部水箱折算為各層橫梁上的均布線荷載計(jì)算如下：第一層：第二層：第三層：第四層：下圖3-4所示即為折算的梁上均布荷載。圖4.4 折算的結(jié)構(gòu)荷載分布圖()4.2.3 結(jié)構(gòu)內(nèi)力 靜載作用下模型內(nèi)力圖見圖4.5。可以看出，底層柱軸力最大，頂層梁彎矩最大。 ( = 1 * alphabetic a)彎矩圖() ( = 2 * alphabetic b)剪力圖() ( = 3 * alphabetic c)軸力圖()圖4.5 靜載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖4.3 沖擊荷載作用下結(jié)構(gòu)分析 4.3.1 模態(tài)分析 模態(tài)分析所得模型各階振型如圖4.6所示，各階頻率大小及振動(dòng)形式如表4.2所

24、示。可以看出，結(jié)構(gòu)前2階振型均為平動(dòng)，第3階振型為整體扭轉(zhuǎn)，第一扭轉(zhuǎn)周期和平動(dòng)周期的比值為0.76。4.3.2 反應(yīng)譜分析 = 1 * GB2 反應(yīng)譜 采用賽題所給的基準(zhǔn)輸入波，首先將其按等比例調(diào)整使其峰值加速度達(dá)到第一級加載時(shí)的峰值（0.409g），如圖4-7所示；然后使用Bispec軟件計(jì)算得到加速度反應(yīng)譜，如圖4.8所示，計(jì)算時(shí)阻尼比取為0.02。 = 2 * GB2 結(jié)構(gòu)內(nèi)力 采用3.1節(jié)中建立的計(jì)算模型，利用反應(yīng)譜法計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)內(nèi)力見附表2，內(nèi)力圖見圖4.9。 ( = 1 * alphabetic a)彎矩圖() ( = 2 * alphabetic b)剪力圖() ( = 3 *

25、 alphabetic c)軸力圖()圖4.9 靜載+沖擊荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖可以看出： = 1 * GB2 自上而下柱子軸力逐漸增大，因此，為了充分發(fā)揮材料性能，將柱子做成變截面是合理的； = 2 * GB2 第3層沿地震作用方向的拉條承受較大的拉力，說明其能較為充分地發(fā)揮作用；而另外一方向的拉條拉力基本上為0，說明其發(fā)揮的作用很小； = 3 * GB2 柱端剪力變化規(guī)律基本與軸力相同，相對于柱端而言，梁端剪力很?。?= 4 * GB2 底部二層梁柱彎矩較大，上部二層梁柱彎矩較小。 = 3 * GB2 結(jié)構(gòu)位移響應(yīng) 反應(yīng)譜法計(jì)算所得模型各層層間位移及層間位移角如表4.3所示?？梢钥闯龅诙訉娱g位移角最大，最大值約為1/23。由于未考慮模型頂部水箱的減震作用，且多次試驗(yàn)結(jié)果表明模型能承受比賽指定的模擬地震加載而不發(fā)生破壞，因此模型的層間位移角是可以接受的。表4.3 反應(yīng)譜法計(jì)算所得層間位移（角）層號(hào)層高（mm）層間位移（mm）層間位移角第一層2805.520.019714第二層26010.910.04195第三層2400.570.002356第四層2202.150.0097734.3.3 結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析 采用