对[高规]中结构自振周期折减系数取值的探讨
工程结构
对《高规》中结构自振周期折减系数取值的探讨
鄢定保, 王广俊
(西南交通大学土木工程学院, 四川成都610031)
【摘 要】 以高层短肢剪力墙结构为例, 探讨结构自振周期折减系数取值范围。使用振型分解反应谱法和有限元法, 将填充墙的刚度和质量直接纳入短肢剪力墙结构中进行分析, 发现规范中对周期折减系数取值的规定不够理想。原因是对填充墙的认识不够, 对周期折减系数现实意义的理解有误。建议周期折减系数的取值一定要结合建筑物的具体结构形式及层高、总高等因素而定。一般情况下, 当填充墙分布均匀、构造措施较好时, 短肢剪力墙结构中的周期折减系数可取1。
【关键词】 短肢剪力墙结构; 填充墙; 周期折减系数; 层间位移角
【中图分类号】 T U35211 【文献标识码】 A
在进行结构抗震计算时, 填充墙作为非结构构件, 一般没有被直接纳入计算的范畴。
一些观点认为:若将填充墙直接纳入计算范畴, 即考虑填充墙的刚度对结构的影响, 那么结构整体刚度增加, 于是结构受到的地震增大, 这对结构抗震是不利的; 同时, 由于结构刚度的增加, 于是结构的自振周期就减小, 所以《高层建筑
(以下简称《) 中用小于1的周混凝土结构技术规程》高规》
期折减系数[1]来修正这种误差。这种观点的纰漏在于:结构
2 考虑填充墙的短肢剪力墙结构抗震分析
结构地震作用计算方法, 分为静力(包括拟静力) 分析法和动力分析法。具体来讲, 主要分为静力法、底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法和静力弹塑性法等。
《高规》中规定:高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。对于无特别要求的高层建筑, 振型分解反应谱法运用最为广泛。因此本文亦选用此种方法进行分析。
本文建立以下几种简化的短肢剪力墙结构模型, 通过对比分析来说明填充墙对短肢剪力墙结构的实际影响:(1) 不考虑填充墙模型; (2) 洞口满布填充墙模型; (3) 洞口半布填充墙模型; (4) 洞口异常布置填充墙模型
为准确起见, 结合地震加速度反应谱的特点, 综合上述4种模型分别建立10层和20层的两种模型。见图1和图2(颜色较深处为填充墙) 。
从简化的角度着想, 各模型相关基本参数为:两墙肢总间距6m, 层高均为219m (本文从结构方面考虑, 第一层包括第二层楼板, 依此类推) , 连梁横截面均为250mm ×600mm , 短肢剪力墙即填充墙厚均为250mm 。
抗震计算时, 取8度设防地区多遇地震影响下, Ⅱ类场地上的设计地震分组为第三组的地震参数(即:αm ax =
0116, T g =0145s ) 。计算时只考虑沿墙平面内的振动。
[3]
整体刚度虽然增加了, 也导致了结构受到的地震力增加, 但是增加的地震反应力很大部分被填充墙所承担, 所以对抗震未必不利。
以单自由度体系自由振动为基础, 实际结构第一自振周期可以简单地表达为
[2]
:T =α
m /k
(1)
式中:α表示不同情况下的无量纲系数。
填充墙虽然使得结构整体刚度增加, 但是结构整体的质量也在增加。由式(1) 可知, Δm /Δk >m 0/k0是有可能的, 所以结构自振周期不见得一定就会减小。
1 周期折减系数的相关规定
《高规》对周期折减系数的论述摘录如下。
第313116条:计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响予以折减。
第313117条:当非承重墙体为填充砖墙时, 高层建筑结构的计算自振周期折减系数ψT 可按下列规定取值:(1) 框架结构可取016～017; (2) 框架-剪力墙结构可取017～
018; (3)剪力墙结构可取019～110。
需要特别说明的是, 未考虑填充墙的短肢剪力墙模型不同于一般文献中的双肢剪力墙模型, 因为该模型考虑了真实结构中楼板及其上面的附属物的质量, 即在一般模型的基础上, 在各楼层的最上部100mm 范围内, 将材料密度乘以20%左右的系数, 以便模拟楼板质量和经过折减了的楼板上的附属物质量对结构的影响。考虑到填充墙可能存在开裂、构造缺陷等因素, 对填充墙的弹性模量取014的折减系数。
对于其他结构体系或采用其他非承重墙体时, 可根据工程情况确定周期折减系数。
高层建筑结构有多种结构形式。除上述外, 还包括筒体结构、短肢剪力墙结构等。虽然《高规》没有对于短肢剪力墙结构周期折减系数系数作出明确规定, 但是一般认为其取值介于框架-剪力墙结构和剪力墙结构之间, 即取值一般为018～019。
[收稿日期]2008-12-18
[作者简介]鄢定保(1982～) , 男, 四川简阳人, 结构工程专业在读硕士研究生; 王广俊(1964～) , 男, 山东省城人, 硕士生导师。
四川建筑 第29卷6期 2009. 12
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