【摘 要】采用結(jié)構(gòu)動力學的方法計算結(jié)構(gòu)周期，一般均未考慮結(jié)構(gòu)填充墻的作用，未考慮填充墻對結(jié)構(gòu)剛度的貢獻，通常采用將計算周期乘以折減系數(shù)進行地震作用計算，周期作用折減系數(shù)對地震力計算影響較大，取值時應(yīng)充分考慮填充墻的多少，影響實際自振周期的其他因數(shù)，合理確定周期折減系數(shù)。

【關(guān)鍵詞】混凝土結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計；自振周期；折減系數(shù)

1 前言

采用結(jié)構(gòu)動力學的方法計算結(jié)構(gòu)周期，一般均未考慮結(jié)構(gòu)填充墻的作用，未考慮填充墻對結(jié)構(gòu)剛度的貢獻，同時由于在結(jié)構(gòu)計算過程中，對計算模型進行了簡化，致使混凝土結(jié)構(gòu)的計算周期長于實際自振周期，大量工程實測周期表明：實際建筑物自振周期短于計算周期，尤其是有實心磚填充墻的框架結(jié)構(gòu)，由于實心磚填充墻的剛度大于框架柱的剛度，其影響更為顯著，實測周期約為計算周期的50%~60%；剪力墻結(jié)構(gòu)中，由于磚墻數(shù)量較少，其剛度又遠小于鋼筋混凝土墻的剛度，實測周期與計算周期比較接近。

2 影響結(jié)構(gòu)自振周期的因素

2.1 填充墻的剛度與分布

根據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)動力學原理 ，

結(jié)構(gòu)的自振周期主要與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與分布、結(jié)構(gòu)的剛度與分布有關(guān)，填充墻的質(zhì)量一般都以荷載的形式輸入，而混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計計算中，并未計入填充墻（含裝飾材料、設(shè)備、支撐等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件）的剛度，實際工程中，由于未考慮填充墻的剛度，而使計算周期比實測周期大許多，而填充墻的剛度又與填充墻的材料性能、數(shù)量、墻體完整性、與主體結(jié)構(gòu)的連接情況等密切聯(lián)系。各種填充墻材料，由于其自身的剛度、延性的不同，其對結(jié)構(gòu)的空間剛度貢獻亦不同，如填充墻采用接近實心粘土磚的實心砌體，其對結(jié)構(gòu)空間剛度貢獻則大，若采用輕型砌體，則其對空間結(jié)構(gòu)剛度的貢獻小，同時填充墻的數(shù)量多、填充墻單片長度長、墻體開洞小、與主體結(jié)構(gòu)連接緊密，則其對結(jié)構(gòu)空間的貢獻亦大，反之則小。

2.2 結(jié)構(gòu)自身的變形以及外界干擾力的大小

結(jié)構(gòu)構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在隨結(jié)構(gòu)變形增加、裂縫開展的過程中，其剛度將逐漸衰減，從而使結(jié)構(gòu)自振周期發(fā)生變化；另外，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自振周期，在大振幅振動與微幅振動下是不同的，對同一結(jié)構(gòu)來說，地震作用由小至大，其自振周期也由短變長，如北京飯店東樓橫向基本實測周期，在地震前（脈動法實測值）、海城地震時、唐山地震時分別測得其自振周期為0.90秒、0.95秒、1.40秒，而且，結(jié)構(gòu)并未進入明顯的塑性變形，震后僅有填充墻輕微開裂，也就是說，結(jié)構(gòu)構(gòu)件進入塑性變形之前，建筑物的抗側(cè)移剛度已經(jīng)明顯降低，自振周期比微幅振動時（脈動法實測值）已經(jīng)增加了許多。

2.3 模型化誤差的影響

在利用計算機軟件建模進行結(jié)構(gòu)計算時，通常需按一定原則將原結(jié)構(gòu)進行模型簡化，而模型化的誤差必然使計算自振周期產(chǎn)生誤差，實際結(jié)構(gòu)的質(zhì)量沿豎向是連續(xù)分布的，振動質(zhì)點的簡化與實際建筑存在連續(xù)介質(zhì)離散化的物理意義上的模型化差異；計算模型的嵌固部位及嵌固效果與實際結(jié)構(gòu)亦會有出入；為計算模型計算結(jié)果合理，將某些梁的剛度進行折減，將一些梁端“點鉸”等，都必然會使計算模型與實際模型產(chǎn)生數(shù)值差異。

3 周期折減系數(shù)對地震作用的影響

框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)設(shè)計通常未考慮非承重對結(jié)構(gòu)剛度的貢獻，計算地震作用時，使地震影響系數(shù)中結(jié)構(gòu)自振周期乘以周期折減系數(shù)來進行折減，從而使地震力放大，周期折減系數(shù)與填充墻的剛度呈負相關(guān)，填充墻總體的剛度越大，周期折減系數(shù)越??；填充墻自身剛度越小，相對布置越少，其總體剛度也越小，周期折減系數(shù)越大；在設(shè)計中，周期折減系數(shù)取值偏大，會使結(jié)構(gòu)物的地震作用偏小，設(shè)計偏于不安全；但取值偏小，會造成結(jié)構(gòu)物地震作用偏大，可能造成結(jié)構(gòu)物造價的上升；因此，有必要探討周期折減系數(shù)的合理取值，使結(jié)構(gòu)設(shè)計安全可靠、經(jīng)濟合理。如下七層框架結(jié)構(gòu)算例表明，周期折減系數(shù)由0.7減小為0.6，地震力增大13.6%，位移角增大14.8%。

如下是二十三層剪力墻結(jié)構(gòu)算例，周期折減系數(shù)由0.9減小為0.8，地震力增大3.7%，位移角增大1.6%。從以上兩算例也可看出，周期折減系數(shù)對框架結(jié)構(gòu)影響尤為明顯。

4 目前有關(guān)周期折減系數(shù)的規(guī)定

4.1 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2010)的規(guī)定

當非承重墻體為砌體墻時，高層建筑結(jié)構(gòu)的技術(shù)自振周期折減系數(shù)可按下列規(guī)定取值：1）框架結(jié)構(gòu)可取0.6~0.7；2)框架--剪力墻結(jié)構(gòu)可取0.7~0.8；3)框架—核心筒結(jié)構(gòu)可取0.8~0.9；4）剪力墻結(jié)構(gòu)可取0.8~1.0。對于其他結(jié)構(gòu)體系或采用其他非承重其墻體時，可根據(jù)工程情況確定周期折減系數(shù)。

4.2 《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施-結(jié)構(gòu)》的規(guī)定

《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施-結(jié)構(gòu)》的規(guī)定：當填充墻為磚墻時，根據(jù)填充墻的多少可按下表取值

4.3 建筑抗震設(shè)計手冊關(guān)于周期折減系數(shù)的取值

《建筑抗震設(shè)計手冊》（第二版）中有關(guān)于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計周期折減系數(shù)的取值：對未計入填充墻剛度時，對于多孔磚和小型砌塊填充墻，按表3取值，當采用輕質(zhì)墻體或外墻掛板時折減系數(shù)取0.8~0.9。

5 結(jié)語

5.1 結(jié)構(gòu)計算模型未考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度，客觀上，由于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（填充墻、現(xiàn)澆板、剛性地坪等）參與構(gòu)成了實際建筑結(jié)構(gòu)的剛度，目前，通過經(jīng)驗系數(shù)對計算周期進行折減，適當增大結(jié)構(gòu)抵御地震作用的能力是必要的，也是可行的。抗震設(shè)計時，設(shè)計周期=計算周期×折減系數(shù)。

5.2 周期折減系數(shù)對結(jié)構(gòu)的地震力影響較大，其對框架結(jié)構(gòu)影響尤為明顯；周期折減系數(shù)的選取應(yīng)充分考慮影響結(jié)構(gòu)自振周期的各種因數(shù)，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2010)、《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施-結(jié)構(gòu)》等的規(guī)定合理取值，使結(jié)構(gòu)地震力計算安全經(jīng)濟。

參考文獻：

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