基于数值仿真模拟的高层建筑抗震设防性能研究

杨静 李素

【摘要】结构的抗震性是建筑结构中最重要的研究对象之一，对建筑的整体安全设计具有重要的意义。本文将ANSYS软件应用到了高层建筑的抗震设防仿真模拟过程中，利用APDL命令流将地震波加载到建筑上完成了对建筑结构位移曲线和弯矩的求解。由计算结果可压看出，数值仿真模拟和实际力学条件下的地震破坏程度相符合，为高层建筑的抗震设防设计提供了理论参考。

【关键词】建筑结构；ANSYS；数值模拟；地震波；有限元；APDL；

引言

汶川地震造成了大范围的建筑坍塌，给抗震救灾工作带了很大的麻烦，给人民财产以及生命安全造成了严重的损失，其中主要原因是建筑结构的抗震设防级别不够，抗震设防的级别不能满足地质断层活跃时造成的大位移以及大的应力和应变，因此对建筑结构抗震设防性能的研究具有重要的意义。本文通过ANSYS大型建筑通用型结构分析软建立了十四层建筑结构的模型，并通过加载地震波来求解建筑结构的位移曲线和弯矩分布云图，为高层建筑的抗震设防设计提供可靠的理论依据。

2. ANSYS地震波导入

本文使用APDL命令流的形式对模型进行开发，并设置边界条件，其中地震载荷的加载主要命令流如下

NT=1000

DT=0.02

......

/SOLU

NSUBST，1， ， ，1

OUTRES，ALL，all

ANTYPE，TRANS

TRNOPT，full，，DAMP，

ALPHAD， 0.4713

BETAD， 0.0053

nlgeom， on

NEQIT， 100

ncnv，2， 1e30，，

*do，i，1，NT

ACEL，k（i），k（i），9.8

TIME，i*DT

solve

*enddo

3. ANSYS仿真结果分析

利用第二节的命令流可以加载地震波，计算属于瞬态计算，在设置好时间步长和迭代时间步后便可以开始迭代计算，通迭代计算后得到了如图1所示。

图1 位移随时间变化曲线

图1表示建筑位移随时间变化曲线，由于地震波是随时间变化的，因此位移也随着时间呈现不规则的周期性变化，由图可以看出建筑的最大位移0.025m，没有超过抗震设防的最大安全值。

图2 轴力计算分布图截面图

图2表示通过计算得到的轴力分布截面图，由图可以看出，在地震波的作用下，建筑的最大位移集中在建筑物的顶部，这与理论受力条件的实际情况相符合，从而验证了计算的可靠性。

4. 结论

（1）本文通过ANSYS的APDL命令流形式建立了十四层建筑的结构模型，并导入了地震波，通过迭代计算得到了地震波作用下十四层建筑的位移曲线和弯矩的分布云图。

（2）由计算结果可以看出，利用ANSYS数值仿真模拟计算得到的结果和理论受力条件下的实际情况相符合，这说明ANSYS对于高层建筑的数值仿真模拟比较可靠，可以将其推广到更层建筑结构的数值仿真模拟。

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