王永偉

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的常見問題

建筑結(jié)構(gòu)的屈服順序，從小震開始屈服，分別經(jīng)歷中震、大震才可能出現(xiàn)倒塌。在結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，存在以下兩方面的問題：

1.1 傾覆力矩的承受問題

以建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)為例，剪力墻是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的重要結(jié)構(gòu)部位，通常情況下利用公式

表示結(jié)構(gòu)抗震承受的傾覆力矩，以上公式的Mf、n、m、Vij、hi分別代表基本振型地震作用力下的剪力墻框架結(jié)構(gòu)地震傾覆力、結(jié)構(gòu)層數(shù)、框架i層柱數(shù)量、第i層第j根框架柱地震剪力、第i層層高。但由于計算模型缺乏實際的工程數(shù)據(jù)，以致計算的結(jié)果不夠準(zhǔn)確。

1.2 第二道抗震防線問題

當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)在水平地震的作用力之下，框架部分的剪力計算結(jié)果偏小，而了防止框架失去第二道抗震防線的作用，要求總剪力在0.2Vo和1.5Vf，max兩者之間的較小值，可用公式Vf=min{0.2Vo，1.5Vf，max}，其中 Vf、Vo、Vf，max分別代表各層框架承擔(dān)的地震總剪力、相對地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值結(jié)構(gòu)底部總剪力、地震總剪力中的最大值。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計計算分析模型的建立

本文以某70a使用年限的32層住宅建筑為例，該建筑屬于3級抗震級別的剪力墻結(jié)構(gòu)，為了確定該建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的相關(guān)數(shù)據(jù)，筆者認(rèn)為有必要建立計算分析的模型，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)計計算分析模型的建模工作，需要賦予模型分析、修改、計算等基本功能。筆者建議針對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計需求，進(jìn)行實體單元建模，建模的編輯特點與CAD有異曲同工之妙，都能夠借助設(shè)計工具，滿足頁面復(fù)雜的定義需求，譬如剪力墻荷載計算、剪力墻靜動力分析、剪力墻線性計算、剪力墻非線性計算，這些都是剪力墻在設(shè)計方面所需求的靜力、動力、線性、非線性等分析技術(shù)，以此建模，不僅能夠滿足計算的速度要求，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)計總體模型

案例工程有限模型總共有22735個單元數(shù)，以二類場地作為結(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)沿縫對稱，在此將結(jié)構(gòu)左邊部分作為建模分析對象。在計算分析時，簡化結(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)計和8度抗震設(shè)防設(shè)計的基本地震加速度分別為0.15g和0.2g，通過對這兩種不同級別抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)模型的對比分析，根據(jù)分析結(jié)果選擇不同的振型結(jié)構(gòu)，以便預(yù)測同樣條件下的位移和內(nèi)力變化狀態(tài)。

2.3 計算參數(shù)的選取

計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。以上模型計算參數(shù)的選取，由于忽視了隔墻的因素，因此在計算地震反應(yīng)的時候，需要以0.65的折減系數(shù)折減自振周期，以縮短與實際周期的差距。而在發(fā)生地震的時候，建筑結(jié)構(gòu)會因為地震的作用力，而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，這將使得地震對結(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。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)頂端相對扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的大小。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計計算結(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)行計算。

3.1 對比不同振型階數(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)，高層建筑需要重點關(guān)注高階振型，盡可能選擇較長周期的振型，本文借助SAP2000有限元分析軟件，分別抽取若干個振型階數(shù)，然后進(jìn)行分析和對比，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個方面。筆者選用10階、11階、12階、13階、15階、20階、25階、30階振計算，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)，累計值就會被越小，而且任何振型都不可能同一時間出現(xiàn)，越低的基本振型參與系數(shù)，高階振型就會受到更加明顯的影響。

3.2 不同振型時的周期對比值

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，然后對比不同振型時的周期，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向的剪力對比曲線圖，以及簡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，這說明剪力墻抗震設(shè)防可以不用考慮彎矩影響。

4 結(jié)語

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)計的詳細(xì)信息，通過上文的研究，基本解決了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的若干問題，對于實際工程具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 周勝武.探析房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化措施[J].建筑知識：學(xué)術(shù)刊，2013（B06）:65.

[2] 陳惠麒.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點分析[J].建筑知識：學(xué)術(shù)刊，2013（B06）:38.

[3] 吳宗武.淺議民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中存在的問題[J].建筑知識：學(xué)術(shù)刊，2013（B06）:421.