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        剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)取值探討

        2016-11-17 02:57:15計建華安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院安徽合肥230001
        安徽建筑 2016年5期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計振動結(jié)構(gòu)

        計建華 (安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院,安徽 合肥 230001)

        剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)取值探討

        計建華 (安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院,安徽 合肥 230001)

        在抗震地區(qū)進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時,計算軟件需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員輸入一個參數(shù)“周期折減系數(shù)”,下面結(jié)合作者的設(shè)計實踐,就如何合理輸入這個參數(shù)進(jìn)行討論。

        振型;自振周期;折減系數(shù);剪力墻結(jié)構(gòu)

        隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的加快,高層住宅遍地開花。由于考慮住宅的使用特性,高層住宅的結(jié)構(gòu)形式基本上都采用剪力墻結(jié)構(gòu)。在抗震地區(qū)進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時,計算軟件需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員輸入一個參數(shù)“周期折減系數(shù)”,下面結(jié)合筆者的設(shè)計實踐,就如何合理輸入這個參數(shù)進(jìn)行討論。

        建筑物在地震作用下產(chǎn)生振動,抗震設(shè)計時假定建筑物各部分在振動時位移的比值保持不變,即振動形狀保持不變,將此振動形式稱為振型。振型是結(jié)構(gòu)體系的一種固有屬性,且理論得出的振型與結(jié)構(gòu)體系實際的振動形態(tài)不一定相同。

        結(jié)構(gòu)自振周期,是某一結(jié)構(gòu)按某一特定振型完成一次自由振動所需的時間。結(jié)構(gòu)基本自振周期:結(jié)構(gòu)按基本振型(第一振型)完成一次自由振動所需的時間。通常需要考慮兩個主軸方向和扭轉(zhuǎn)方向的基本周期。

        《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)5.2條水平地震作用計算如下:

        5.2.1 底部剪力法

        FEk——結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值

        α1——相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值

        5.2.2 振型分解反應(yīng)譜法

        Fji——j振型i質(zhì)點的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值

        αj——相應(yīng)于j振型自振周期的地震影響系數(shù)值

        上述公式中,水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值都與結(jié)構(gòu)自振周期有直接關(guān)系。結(jié)構(gòu)設(shè)計時如何準(zhǔn)確算出結(jié)構(gòu)自振周期非常重要,由于現(xiàn)在普遍使用的PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件在結(jié)構(gòu)計算時把填充墻作為線荷載作用在梁上,在結(jié)構(gòu)自振周期計算時未考慮填充墻對整個結(jié)構(gòu)剛度的影響。實際上由于填充墻的存在使整個結(jié)構(gòu)剛度增大、周期變小、地震作用也增大,這樣使得結(jié)構(gòu)抗震不利,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計偏不安全。為了解決這個問題,在實際結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時,通過經(jīng)驗系數(shù)對計算周期進(jìn)行折減,周期折減就是人為增加結(jié)構(gòu)剛度,增大地震作用。但周期折減系數(shù)不改變結(jié)構(gòu)的基本振動特性。

        《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2010)關(guān)于周期折減系數(shù)的規(guī)定如下:

        4.3.16 計算各振型地震影響系數(shù)所采用的結(jié)構(gòu)自振周期應(yīng)考慮非承重墻體的剛度影響予以折減。

        4.3.17 當(dāng)非承重墻體為砌體墻時,高層建筑結(jié)構(gòu)的計算自振周期折減系數(shù)可按下列規(guī)定取值:框架結(jié)構(gòu)可取0.6~0.7;框架-剪力墻結(jié)構(gòu)可取0.7~0.8;框架-核心筒結(jié)構(gòu)可取0.8~0.9;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墻體時,可根據(jù)工程情況確定周期折減系數(shù)。

        根據(jù)第二條的規(guī)定,抗震設(shè)計時采用的設(shè)計周期=計算周期×折減系數(shù)。但是規(guī)定的周期折減系數(shù)取值都是一個范圍,實際工程應(yīng)用中如何取值由設(shè)計人員根據(jù)每個工程的具體特性確定,結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在取值時要慎重,如取值過小會造成地震作用放大過大,相應(yīng)的結(jié)構(gòu)造價會較高,不經(jīng)濟;如取值過小會使設(shè)計地震作用小于實際地震作用,結(jié)構(gòu)不安全。現(xiàn)實中結(jié)構(gòu)設(shè)計人員往往會取上述規(guī)定的平均值,尤其剪力墻結(jié)構(gòu)上一版規(guī)范的取值范圍是0.9~1.0,所以大家通常認(rèn)為取0.9是合適的。但事實是否如此我們就下面的工程實例進(jìn)行分析討論。

        某7度設(shè)防地區(qū)一棟11層住宅,二類場地,純剪力墻結(jié)構(gòu),底層剪重比為1.68%。用廣廈建筑結(jié)構(gòu)通用分析與設(shè)計軟件GSSAP計算不考慮填充墻時結(jié)構(gòu)第一周期為1.6076S;考慮填充墻時結(jié)構(gòu)第一周期為1.42S。二者比值為1.42/1.6076=0.8833,如果設(shè)計時取0.9將會使結(jié)構(gòu)設(shè)計的地震作用偏小,結(jié)構(gòu)不安全。為了進(jìn)一步弄清這個問題筆者在7度區(qū)、二類場地又選取3棟典型的剪力墻住宅,層數(shù)分別為18層、27層、30層,底層剪重比分別為1.66%、1.62%、1.60%,用廣廈GSSAP結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件分別按不考慮填充墻、考慮填充墻計算得到的結(jié)構(gòu)第一周期結(jié)果如下表。

        層數(shù) 不考慮填充墻 考慮填充墻 比值18 2.0158 1.8752 0.93 27 2.9897 2.9153 0.97 30 3.3379 3.2582 0.98

        由上表可以看出,對于18層以上純剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)取0.9是安全的,但層數(shù)再高至27層時周期折減系數(shù)取0.9又顯得太小,增加了結(jié)構(gòu)造價。

        對于剪力墻結(jié)構(gòu)的周期折減系數(shù)取值筆者理解如下:由于剪力墻本身平面內(nèi)剛度大,就其結(jié)構(gòu)性能來說它適用于樓層數(shù)較多的高層建筑,我們平時設(shè)計層數(shù)較少的高層建筑尤其是住宅建筑,只是因為建筑功能而采用剪力墻結(jié)構(gòu)并不是結(jié)構(gòu)設(shè)計自身需要,因此設(shè)計時剪力墻布置較少,住宅建筑填充墻又多,填充墻對結(jié)構(gòu)剛度影響較大,如果機械地取規(guī)范平均值將會使結(jié)構(gòu)設(shè)計不安全。但隨著建筑物層數(shù)的增加,布置剪力墻的數(shù)量也會增加,填充墻對結(jié)構(gòu)剛度的影響會減弱此時周期折減系數(shù)取規(guī)范平均值又太保守。

        因此,筆者建議對于11層~18層的剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)可以取0.85;19層~27層的剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)可以取0.90;28層以上的剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)可以取0.95。這樣既可保證結(jié)構(gòu)安全性又兼顧到結(jié)構(gòu)造價的經(jīng)濟性。

        筆者對工程實踐的總結(jié),對高層剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)的取值在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)給出具體數(shù)值,可保證結(jié)構(gòu)安全性又兼顧到結(jié)構(gòu)造價的經(jīng)濟性。對抗震區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計有一定的參考價值。

        TU311.4

        A

        1007-7359(2016)05-0219-02

        10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.078

        計建華(1973-),男,安徽肥東人,畢業(yè)于安徽建筑大學(xué),學(xué)士;高級工程師,國家注冊一級結(jié)構(gòu)工程師。

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