□赵盛林

一、项目背景

某工业排风塔为抗震I类物项现浇钢筋混凝土结构，排风塔混凝土强度等级为C35，底部为筏板基础。高度为60米底部外直径为4.5m，顶部外直径为2.1m。沿高度方向，每20m的排风塔壁厚分别为300mm，250mm，200mm，排风塔立面图如图1所示。现对其地震作用下的响应进行有限元分析，为结构设计提供依据。

图1 60m排风塔立面图

二、有限元计算

(一)建模条件。建立60m排风塔三维有限元模型，计算模型中，不再采用传统的壳单元，而是使用梁单元(Beam188)对排风塔进行建模，将该排风塔分为6段，每一段高度为10米，梁单元为均匀变截面梁。同时为简化计算，不对排风塔的基础进行建模，仅考虑排风塔上部结构，底部考虑为固定支座。三维有限元模型采用通用计算软件ANSYS进行计算分析及构件内力数据的提取。如图2所示。排风塔结构考虑结构自重与地震作用，抗震计算采用谱分析，在排风塔模型底部受约束的节点分别输入三个方向的地震谱，地震谱采用场地实际谱。

(二)模态分析和谱分析。模态分析用于确定结构的振动特性，计算无阻尼结构的自由振动，计算出主频率，各阶模态的形状，结构的阵型参与质量。参与质量要达到结构总质量的90%。

谱分析是用模态分析结果和已知谱结合进而计算模型的位移和应力。

60m排风塔有限元模型共计算了50个模态，其有效质量：X向有效质量为总质量的97.8%，Y向有效质量为总质量的97.8%，Z向有效质量为总质量的94.6%。满足抗震设计规范要求。前9个主要模态的频率如表1所示。……