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(内蒙古建筑职业技术学院建筑与规划学院 内蒙古呼和浩特 010070)
摘 要:周期折减系数是框架结构抗震设计中十分重要的问题,它的取值会直接影响到在地震作用下框架的反应情况,影响地震作用下结构的内力与变形程度,因此必须合理确定周期折减系数.该文在分析国内研究成果的基础上,通过框架结构的自振周期折减系数模型分析,指出一些现行的规范关于周期折减系数取值对结构计算结果的影响以及缺陷,分析对折减系数取值的影响因素,并且对折减系数合理取值提出一些合理化建议,合理总结分析的结论,以便更好地为抗震工程设计提供一些可靠参考.
关键词:框架结构 抗震设计 周期折减系数 影响因素
中图分类号:TU973.31 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)11(a)-0060-01
在计算机模型简化以及非结构性的因素作用下,在弹性阶段计算的框架结构的自振周期会比其真实的自振周期长一些.因此在计算结构的周期值的时候,要根据具体的实施情况,对周期折减系数进行一定的修正,以使其更加接近真实值,以公式设计周期等于计算周期*周期折减系数来计算.根据规定,对于以砌体为非承重墙体的框架结构,会考虑到非承重墙体的刚度对自振周期以0.6～0.7的系数进行折减,而对于其他结构体系目前还没有具体的数值来计算,因此还存在着很大的争议.然而折减系数取值在很大程度上会影响结构设计的合理性,轻则造成资源的浪费,重则会产生一定的安全隐患.因此折减系数是框架结构所面临的一个极其重要而亟待解决的问题.
1. 框架结构自振折减的提出及缺陷
在地震作用下,第一自振周期对结构的影响是最大的,也是本文要考虑的最主要因素,周期折减系数等于设计周期/计算周期.规范中出于对填充墙刚度的考虑,规定了一个系数.规定中折减系数有意的放大了地震力,在一定程度上使结构更加安全,然而这种观点的基础并不一定成立,它是以填充墙刚度存在影响结构的基础上来考虑的.而实际上,填充墙刚度所增加的地震力并不一定会对结构产生负面影响.而且,规范仅仅考虑了填充墙对折减系数的影响,而没有能够考虑其他非结构构件的因素以及影响结构自振周期的其他影响因素.这样的状况很可能会影响结构的资源浪费以及安全性上的设计.
2. 周期折减系数的影响因素
由周期折减系数的计算公式我们可以看出,要分析影响因素,就要全面的考虑影响结构真实自振周期、计算的自振周期以及它们之间差异的因素.计算周期与真实周期之间的差异很大程度上会受到模型简化的影响,简化模型与真实模型之间的接近程度是最关键的信息,在实际计算中,有很多因素是难以测量、难以定量计算的,这就使得自振周期的真实值与计算值之间产生很大的差异.
2.1 非结构构件的影响
第一,填充墙刚度的影响.在实际工程中,填充墙都是与框架在共同作用下支撑的,而且会产生很大的刚度,而在建模中,并没有考虑填充墙刚度的因素,这样的结果就会很大的影响到测量的自振周期,使其产生很大的偏差.填充墙的材料、以及其与框架结构的连接方式都在很大程度上产生影响.填充墙与框架连接的越紧密,越会产生很大的刚度,墙体结构的完整、墙体数量的增多、单片墙体长度都会是刚度增大.粘土砖填充墙相对于轻质填充墙会对刚度产生更大的影响.
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第二,地坪以及填土的影响.在计算模型中,钢混框架结构一般都要做混凝土刚性地坪,底层柱的计算高度都会取基层顶端到楼盖顶端之间的距离.这样的方式会改变结构侧移的约束,改变底层柱的计算高度,进而使结构刚度变大.在基础埋深大、填土紧密时,混凝土刚度的加大会引起计算周期的结果偏长一些.
第三,现浇楼板刚度影响.在模型分析中,通常采用钢混框架结构,而且会用现浇楼板对楼面梁刚度的增大来体现现浇楼板对结构刚度的影响.用一个系数来表明这种对刚度的贡献,而实际上,这并不能真实的测量现浇板的影响,很多时候,计算中不能做到真正精确的都要根据设计的经验来判断,这样难免会产生一定的偏差,增大系数的取值大了,所确定的刚度就会偏大,以至于计算周期会产生偏短的现象.
2.2 计算荷载不能准确评估结构的真实质量
大多是情况下,计算荷载都会或多或少地高估结构的真实质量.对于恒载的情况,在一般设计下,计算值总会比真实值大,活荷载状况下,一般会简化质点质量,很难达到估计的50%均布荷载的状况.因此在这样两种情况下,都会谁计算所得大于实际的结构质量,这样所导致的结构就是是计算周期偏大.
2.3 填充墙空间分布情况
在实际设计工作中,应尽可能的使填充墙能够均布,分布不够均匀,再加上数量的不足,会使得刚度分布不均,导致过大的地震力附在相连的框架柱上,而且周期折减系数越小会使这种现象愈发明显,使计算结果产生很大的差异.填充墙上的空洞缺失也会产生结构上的薄弱环节,会使结构刚度产生很大的变化,不利于稳定.而实际计算中并不能有效地反应这些刚度的变化以及填充墙产生的这些影响.填充墙顶层少会使周期降幅最大,均匀分布对周期计算的影响会小一些.
3. 建议
规范规定的周期折减系数是针对实心粘土砖墙的,目前这种墙已经很少用,而在实际施工中加气混凝土填充墙、轻骨料混凝土填充墙得到了极其广泛的应用,这些种类的墙体材料可以以实心砖填充墙的处理方式为基础,间接确定周期折减系数.在填充墙中存在缺失的薄弱环节下,建议在模型中加入一些等效单元来进行计算.
4. 结语
第一,结构自振周期会受到很多因素的影响,虽然用周期折减系数来增加地震力的设计是很有必要的,但是它一定要在设计原则的范围内取值,要注意结构自身的规则,要注意刚度、质量、非结构性构件在竖向以及平面上的分布.
第二,填充墙对周期折减系数有很大的贡献,但是我们更应该注意综合材料、分布、开洞情况等方面的影响,全面的考虑其对结构多方面的影响以及系数的折减.填充墙与框架结构是共同起作用的,因此要综合考虑它们相互联系的多方面因素,对分布不均的地方要进行等效单元替代来解决.
第三,在对自振周期折减系数进行研究的模型分析时,要综合、全面地考虑多方面的因素,充分考虑非承重构件的一些信息,在最大程度上减少模型分析的误差.
参考文献
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周期折减系数引用文献:
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