减振结构动力分析主框架刚度矩阵的杆系_层模型_张敏.pdf

巨型框架多功能减振结构动力分析主框架
刚度矩阵的杆系-层模型＊

张敏胡淑兰
(华东交通大学土木建筑学院南昌330013)

摘要:针对巨型框架多功能减振结构动力分析的主框架刚度矩阵,提出了便于应用的杆系-层模型,
并对该模型进行了适当的简化。该模型计算较简单,是一种计算主框架刚度矩阵的实用方法。
关键词:巨型框架动力分析刚度矩阵杆系-层模型

BAR-LAYERMODELOFRIGIDITYMATRIXOFMAINFRAMEINMULTIFUNCTIONAL
VIBRATION-ABSORPTIONMEGAFRAMESTRUCTUREFORDYNAMICALANALYSIS

ZhangMinHuShulan
(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,EastChinaJiaotongUniversityNanchang330013)

Abstract:Aimedatthedynamicalanalysisofmultifunctionalvibration-absorptionmegaframestructure,thispaper
presentedabar-layermodelofrigiditymatrixeasytoapplyinthemainframe.Moreover,thismodelisappropriately
simplified.Thisstudyseemstoindicatethatthismodelhasbeenrelativelysimpleincalculation,andmaybeapractical
methodforcomputingtherigiditymatrixofthemainframe.
Keywords:megaframedynamicalanalysisrigiditymatrixmodelofbar-layer

中,次框架发挥调谐质量阻尼器TMD的作用。假定
0前言该体系结构对称,各杆件不考虑约束扭转的影响。
对多高层建筑结构进行动力分析时,常采用的
计算模型有层模型、杆模型、杆系-层模型等。层模
型较简单,计算量较小,缺点是模型比较粗糙,精度
较差。杆模型的优点是模型较细,直接以各单杆作
为计算单元,形成单元刚度矩阵,最后合成结构总刚
度矩阵,但其位移向量包含节点侧向位移和其他位
移分量,再由缩聚的方法,消去非侧向位移分量,得
到动力分析刚度矩阵,该模型较精确,但较复杂。杆
系-层模型综合了层模型和杆模型的特点,将结构
质量集中于楼层,按杆件体系确定其变形和刚度,并
图1巨型框架简图

且直接以楼层侧移为位移向量,是一种介于杆系模
型和层模型之间的计算模型。本文根据巨型框架多1.1仅考虑主框架框筒柱、梁弯曲变形的刚度矩阵

功能减振结构主框架的受力特点,采用杆系-层模[KM]
型提出了一种计算主框架刚度矩阵的实用方法
,。1)刚度矩阵[KM]内各元素推导
将结构质量集中于各楼层,由于结构对称,分析
1刚度矩阵的推导

巨型框架多功能减振结构是由次框架在其柱底＊国家自然科学基金资助项目(编号:59778040)。
采用夹层橡胶垫,在某些层间采用粘弹性阻尼器与第一作者:张敏男1965年12月出生博士副教授
主框架相连构成,其计算简图见图1。其目的是为E-mail:[e-mail]
了利用各次框架的巨大质量,使体系在地震与风振收稿日期:2005-12-20

40IndustrialConstructionVol.36,No.4,2006工业建筑2006年第36卷第4期
时取12结构,并将两个半框架折合成为一个半框杆j(j+1)的剪力Qj(j+1):

架,此时框架柱等效线刚度(考虑了剪切变形及剪力Mj(j+1)+M(j+1)j
Qj(j+1)=-
滞后的影响)为原来的2倍。为了便于编制计算程hj

序,在无主框架梁的节点处增设虚梁,虚梁抗弯刚度杆j(j-1)的剪力Qj(j-1):

为零。计算简图见图2。根据刚度矩阵[KM]各元素Mj(j-1)+M(j-1)j
Qj(j-1)=-
定义,在各节点处添加链杆,并使节点j产生单位侧hj-1

移Δj=1。因此,节点j产生单位侧移须在节点j施加的

作用力kjj为:

kjj=Qj(j-1)-Qj(j+1)
代入,得:

12ij12ij-1
kjj=2(1-3rj+1)+2(1-3r′j-1)+
hjhj-1

6ij6ij-1
(1-2rj+1)-(1-2r′j-1)θj
hjhj-1

同样可计算θj+t+1(t>0),kj(j+1),kj(j+t)(t>1),得:

θj+t+1=-2θj+trj+t+1(t>0)
t
θj+t+1=(-2)rj+t+1rj+t…