摘 要：出于對(duì)建筑結(jié)構(gòu)精度要求的考慮，在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候，需要在利用分析模型進(jìn)行精確計(jì)算的基礎(chǔ)上，形成設(shè)計(jì)的依據(jù)。本文將通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題的分析，然后探討建立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算分析模型的方法，以及分析計(jì)算的結(jié)果，協(xié)助解決設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；計(jì)算模型

中圖分類號(hào)：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）09-0010-01

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題

1.2 第二道抗震防線問(wèn)題

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算分析模型的建立

本文以某70a使用年限的32層住宅建筑為例，該建筑屬于3級(jí)抗震級(jí)別的剪力墻結(jié)構(gòu)，為了確定該建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，筆者認(rèn)為有必要建立計(jì)算分析的模型，具體思路如下：

2.1 建模流程

在集成環(huán)境中完成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算分析模型的建模工作，需要賦予模型分析、修改、計(jì)算等基本功能。筆者建議針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求，進(jìn)行實(shí)體單元建模，建模的編輯特點(diǎn)與CAD有異曲同工之妙，都能夠借助設(shè)計(jì)工具，滿足頁(yè)面復(fù)雜的定義需求，譬如剪力墻荷載計(jì)算、剪力墻靜動(dòng)力分析、剪力墻線性計(jì)算、剪力墻非線性計(jì)算，這些都是剪力墻在設(shè)計(jì)方面所需求的靜力、動(dòng)力、線性、非線性等分析技術(shù)，以此建模，不僅能夠滿足計(jì)算的速度要求，還能夠使得分析結(jié)果趨向于合理可靠。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體模型

案例工程有限模型總共有22735個(gè)單元數(shù)，以二類場(chǎng)地作為結(jié)構(gòu)模擬條件，分別為7度設(shè)防和8度設(shè)防的地震作用反應(yīng)，其結(jié)構(gòu)整體模型為純剪力墻理想化結(jié)構(gòu)，包括層高5m人防地下室1層、層高3m標(biāo)準(zhǔn)層32層（總高度95.970m），建筑結(jié)構(gòu)沿縫對(duì)稱，在此將結(jié)構(gòu)左邊部分作為建模分析對(duì)象。在計(jì)算分析時(shí)，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件，使其成為殼單元或者空間桿，而這樣模型囊括了7度抗震設(shè)防工況和8度抗震設(shè)防工況，其中7度抗震設(shè)防設(shè)計(jì)和8度抗震設(shè)防設(shè)計(jì)的基本地震加速度分別為0.15g和0.2g，通過(guò)對(duì)這兩種不同級(jí)別抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)模型的對(duì)比分析，根據(jù)分析結(jié)果選擇不同的振型結(jié)構(gòu)，以便預(yù)測(cè)同樣條件下的位移和內(nèi)力變化狀態(tài)。

2.3 計(jì)算參數(shù)的選取

計(jì)算分析模型中所模擬的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防度數(shù)分別為7度和8度，并分別具備0.15g和0.2g的基本地震加速度，最后選取0.05作為結(jié)構(gòu)阻尼比。以上模型計(jì)算參數(shù)的選取，由于忽視了隔墻的因素，因此在計(jì)算地震反應(yīng)的時(shí)候，需要以0.65的折減系數(shù)折減自振周期，以縮短與實(shí)際周期的差距。而在發(fā)生地震的時(shí)候，建筑結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)榈卣鸬淖饔昧?，而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，這將使得地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用更為明顯，不利于建筑結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)。因此，為消除地震作用的扭轉(zhuǎn)影響，以及避免建筑結(jié)構(gòu)平移振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)引起的耦聯(lián)反應(yīng)，我們需要利用振型分解反應(yīng)譜法分析建筑結(jié)構(gòu)的地震作用，以此明確抗扭和側(cè)振的周期比值，以此判斷結(jié)構(gòu)頂端相對(duì)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的大小。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)不同抗震設(shè)防烈度和振型階數(shù)作為動(dòng)力分析，并結(jié)合相關(guān)的規(guī)范要求，在滿足建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量參與系數(shù)在90%以上的前提下，提取前12階振型進(jìn)行計(jì)算。

3.1 對(duì)比不同振型階數(shù)樓層剪力

為了避免忽略高階振型影響的相關(guān)數(shù)據(jù)，高層建筑需要重點(diǎn)關(guān)注高階振型，盡可能選擇較長(zhǎng)周期的振型，本文借助SAP2000有限元分析軟件，分別抽取若干個(gè)振型階數(shù)，然后進(jìn)行分析和對(duì)比，最后檢查是否全部滿足振型質(zhì)量參與系數(shù)在90%以上的基本要求，其中需要考量的每個(gè)階振型質(zhì)量參與數(shù)量分別為X平移、Y平移、RX平移、RY旋轉(zhuǎn)、RZ旋轉(zhuǎn)5個(gè)方面。筆者選用10階、11階、12階、13階、15階、20階、25階、30階振計(jì)算，發(fā)現(xiàn)只要試算可能振型階數(shù)取得越多，處于同等振型位置的質(zhì)量參與系數(shù)，累計(jì)值就會(huì)被越小，而且任何振型都不可能同一時(shí)間出現(xiàn)，越低的基本振型參與系數(shù)，高階振型就會(huì)受到更加明顯的影響。

3.2 不同振型時(shí)的周期對(duì)比值

為了弄清楚剪力墻受到高階振型的影響程度，筆者選擇了10階、15階、20階、25階、30階振型，然后對(duì)比不同振型時(shí)的周期，發(fā)現(xiàn)選擇振型的階數(shù)越大，則振型周期就越大，呈正比的關(guān)系，因此建筑結(jié)構(gòu)需要盡可能選擇較長(zhǎng)的周期振型，這樣就可以避免高階振型影響的丟失。以上的5種階振型，主要的影響部位集中第1層、第3層、第5層、第28層、第25層、第31層，屬于樓層力，為了得到更加精確的數(shù)據(jù)，筆者還模擬了7度抗震設(shè)防和8度抗震設(shè)防，得出具體的高階振型影響下的樓層力大小，然后繪制出7度抗震設(shè)防和8度抗震設(shè)防的X向、Y向的剪力對(duì)比曲線圖，以及簡(jiǎn)單分析各樓層剪力墻的X向和Y向彎矩值，發(fā)現(xiàn)彎矩值的變化幅度趨于零，譬如7度剪力墻抗震設(shè)防Y向剪力，28層的10階、15階、20階、25階、30階振型剪力基本皆為1000，這說(shuō)明剪力墻抗震設(shè)防可以不用考慮彎矩影響。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，筆者采用的是SAP2000有限元分析軟件，這種軟件的設(shè)計(jì)程序具有一體化工程，能夠滿足不同建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求，并將分析各種結(jié)構(gòu)體系的結(jié)果全部輸出，得出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的詳細(xì)信息，通過(guò)上文的研究，基本解決了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題，對(duì)于實(shí)際工程具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：王永偉（1984-），男，助理工程師，主要從事的工作為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。