基于抗震规范GB50011的ANSYS抗震仿真分析

本文使用的分析案例来自期刊应力力学学报2020年10月第37卷第5期文章《中美欧建筑结构抗震设计对比》。

原文第5节的案例描述如下：

原文按中国抗震规范GB50011计算的各层剪力如下表所示。

1、底部剪力法（公式解）

期刊原文缺乏结构基本周期的信息，笔者通过原文的剪力计算结果推测得出结构的基本周期为1.01806秒，在这个推断的基础上，根据GB50011规范，使用公式法计算各层的剪力。

假设结构阻尼比为0.05，水平地震影响系数的计算值如下所示。

结构等效总重力载荷的计算值如下所示。

顶部附加地震作用系数的计算值如下所示。

结构各层剪力根据以下公式计算。

通过以上公式计算得到的剪力值和期刊原文的结果高度一致。

2、底部剪力法（仿真解）

几何模型如下图所示。

抗震规范GB50011的底部剪力法，在ANSYS Mechanical中对应静力分析。

施加等效加速度。

各层剪力的仿真结果如下所示。

列表如下，可以看出底部剪力法的仿真解和公式解在高楼层上差距较大，这是因为ANSYS Mechanical静力分析没有考虑计算高度的影响。

3、反应谱法（仿真解）

使用ANSYS Mechanical的反应谱分析。沿用静力分析的几何模型和有限元模型，先进行模态分析，再进行反应谱分析。

部分模态分析结果展示如下。

假设阻尼比为0.05，根据抗震规范GB50011中的地震影响系数曲线计算反应谱曲线，在反应谱仿真中施加。

各层剪力的仿真结果如下所示。

列表如下，可以看出反应谱仿真解和底部剪力法公式解在低楼层上差距较大，说明底部剪力法公式解在低楼层上的结果更加保守。

5、总结

在实际的结构抗震分析中，可以直接使用GB50011的底部剪力法的公式来计算各楼层的剪力，但GB50011中的振型分解反应谱法虽然也有公式，但已经很难直接使用公式了，需要借助软件实现。

使用ANSYS进行结构抗震分析，需要注意以下两点：

如果采用的是等效静力分析(对应于规范中的底部剪力法)，分析者需要注意，仿真解在高楼层的剪力解会偏小。

如果采用的是反应谱分析(对应于规范中的振型分解反应谱法)，分析者应该留意到，仿真解在低楼层的结果会比底部剪力法公式解小。

综合来说，ANSYS抗震分析，反应谱法应该是首推方法。