高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的位移比與周期比,建筑結(jié)構(gòu)論文

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的位移比與周期比,建筑結(jié)構(gòu)論文在現(xiàn)行普遍應(yīng)用的PKPM構(gòu)造計(jì)算軟件中，位移比、周期比作為SATWE的重要計(jì)算參數(shù)指標(biāo)，在實(shí)際工程中也是比擬難調(diào)的，為此我們應(yīng)弄清其本質(zhì)。高規(guī)3.7條，抗規(guī)5.5條中均對(duì)位移比做出的要求，周期比只在高規(guī)3.4.5條中做出了規(guī)定，對(duì)于多層構(gòu)造，周期比可適當(dāng)放寬要求。2位移比、周期比的本質(zhì)討論位移比、周期比的本質(zhì)在于控制扭轉(zhuǎn)變形。我們不妨設(shè)想一個(gè)極端情況，X或Y方向兩端剛度分別為1和1000,顯然這是明顯的剛度不均勻，水平力作用下勢(shì)必造成扭轉(zhuǎn)變形，剛度小的那端扭轉(zhuǎn)變形非常大，表現(xiàn)出來(lái)的就是位移比非常大，表如今周期上則會(huì)出現(xiàn)第一周期為扭轉(zhuǎn)周期或周期系數(shù)中扭轉(zhuǎn)成分很大。同樣的思維，我們能想象外部剛度和內(nèi)部剛度的不均勻分布也會(huì)造成上述現(xiàn)象。由此我們?cè)趯?shí)際工程中要想實(shí)現(xiàn)較好的位移比、周期比控制值應(yīng)努力做到建筑構(gòu)造剛度均勻分布。3位移比、周期比的概念控制在方案初期，我們就應(yīng)考慮相對(duì)規(guī)則的建筑構(gòu)造，當(dāng)然在建筑日新月異發(fā)展的今天，各種奇特造型的建筑突起，讓建筑師委屈服從于構(gòu)造改變建筑風(fēng)格，基本不可能，這就需要我們構(gòu)造設(shè)計(jì)人員在不可能中尋找可能。第一，我們需判定哪一側(cè)扭轉(zhuǎn)變形大，X方向或Y方向兩側(cè)剛度不均勻時(shí)，剛度小的一側(cè)扭轉(zhuǎn)變形大；外部剛度相對(duì)內(nèi)部剛度不合理的，外部剛度弱的那側(cè)扭轉(zhuǎn)變形大。借助軟件我們可以以進(jìn)行判定，在SATWE分析結(jié)果圖形和文本顯示中均可查看，這里就不列舉了。既然我們知道了剛度均勻是本質(zhì)，那要調(diào)整位移比、周期比無(wú)怪乎就是把剛度往均勻分布的方向靠近，剛度大的做減法，剛度小的做加法。在實(shí)際工程中內(nèi)部構(gòu)造的減法一般都能實(shí)現(xiàn)，而外部構(gòu)造的加法受限較多。這里需要注意的是在框剪構(gòu)造中還應(yīng)注意框架部分承當(dāng)?shù)牡卣饍A覆力矩占總地震傾覆力矩的比例，知足高規(guī)8.1.3條、抗震規(guī)范第6.1.3條中相關(guān)規(guī)定，不能一味的減少剪力墻，對(duì)有平面突變的構(gòu)造還應(yīng)注意樓層抗剪承載力、及承載力比值知足抗規(guī)3.4.3條中0.8限值，避免出現(xiàn)豎向不規(guī)則情況。4實(shí)際工程應(yīng)注意的一些問(wèn)題4.1規(guī)范規(guī)定高規(guī)3.4.5:構(gòu)造平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響。在考慮偶爾偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移，A級(jí)高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍；B級(jí)高度高層建筑、超過(guò)A級(jí)高度的混合構(gòu)造及本規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。構(gòu)造扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9,B級(jí)高度高層建筑、超過(guò)A級(jí)高度的混合構(gòu)造及本規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85.注：當(dāng)樓層的最大層間位移角不大于本規(guī)程第3.7.3條規(guī)定的限值的40%時(shí)，該樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移與該樓層平均值的比值可適當(dāng)放松，但不應(yīng)大于1.6.4.2實(shí)際工程中不知足規(guī)范規(guī)定時(shí)的調(diào)整方式方法〔1〕程序調(diào)整：程序無(wú)法實(shí)現(xiàn)?！?〕人工調(diào)整：改變構(gòu)造平面布置，提高構(gòu)造的扭轉(zhuǎn)剛度?？偟恼{(diào)整原則是加強(qiáng)構(gòu)造外圍墻、柱或梁的剛度〔減小第一扭轉(zhuǎn)周期〕,適當(dāng)削弱構(gòu)造中間墻、柱的剛度〔增大第一平動(dòng)周期〕.周邊布置要均勻、對(duì)稱、連續(xù)，有較大凹凸的部位加拉梁等〔減小變形〕,減小構(gòu)造質(zhì)心與剛心的偏心距。〔在SATWE分析結(jié)果圖形和文本顯示中可查〕亦可找出最大位移比所對(duì)應(yīng)的位置，可加強(qiáng)該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的墻、柱等構(gòu)件的剛度。圖1為本人最近做的一個(gè)高層公共建筑構(gòu)造平面，在設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)中就碰到了上述問(wèn)題。根據(jù)本工程建筑功能、平面布置利用電梯間、樓梯間等豎向交通盒及設(shè)備管井布置剪力墻，并組合成筒體布置形式，從圖中能夠看出南北端不對(duì)稱，偏心較大，為調(diào)整構(gòu)造剛心，加強(qiáng)構(gòu)造抗扭剛度，考慮到公共建筑考慮外立面及采光等要求，在外圍構(gòu)造上做加法受限，利用建筑周邊的角部房間在外圍增加剪力墻構(gòu)造，并加強(qiáng)北部遠(yuǎn)離核心筒位置的剪力墻，以減小構(gòu)造的扭轉(zhuǎn)位移量差值，弱化偏心帶來(lái)的扭轉(zhuǎn)影響。4.3一些應(yīng)注意的問(wèn)題〔1〕位移比其實(shí)是小震不壞、大震不倒的一個(gè)抗震措施，是考察構(gòu)造扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，限制構(gòu)造實(shí)際扭轉(zhuǎn)的量值。扭轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的扭矩，以剪應(yīng)力的形式存在，一般構(gòu)件的毀壞準(zhǔn)則通常是由剪切決定的，所以扭轉(zhuǎn)比平動(dòng)危害大。在實(shí)際工程中調(diào)整構(gòu)造扭轉(zhuǎn)參數(shù)的重點(diǎn)不是非要把剛心和質(zhì)心重合〔實(shí)際工程這種可能性較小〕,重點(diǎn)在于調(diào)整由構(gòu)造抗扭剛度和因剛心質(zhì)心偏心產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的比值，同時(shí)兼顧調(diào)整剛心和質(zhì)心的偏心。我們?cè)隍?yàn)算位移比時(shí)一般應(yīng)選擇強(qiáng)迫剛性樓板假定,但這只是為了有一個(gè)量化參考標(biāo)準(zhǔn)，而不是這樣的概念才是正確的，軟件設(shè)置需要一個(gè)包絡(luò)設(shè)計(jì)，能涵蓋大部分構(gòu)造工程，而且符合規(guī)范要求，做設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循實(shí)事求是的原則，而不是一味要求采用剛性板假定,對(duì)于有轉(zhuǎn)換層等復(fù)雜高層或構(gòu)造凸凹不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)的建筑，應(yīng)采用符合樓板平面內(nèi)實(shí)際剛度變化的計(jì)算模型或者采取一定的構(gòu)造措施符合剛性樓板假定。位移比應(yīng)考慮偶爾偏心、不考慮雙向地震作用?！?〕控制周期比主要是為了控制當(dāng)相鄰兩個(gè)振型較接近時(shí)由于震動(dòng)偶聯(lián)而造成構(gòu)造的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增大。周期比是控制側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之間的一種相對(duì)關(guān)系，而非其絕對(duì)大小，它的目的是使抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更有效、更合理，使構(gòu)造不至于出現(xiàn)過(guò)大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，不是要求構(gòu)造能否足夠結(jié)實(shí)而是要求構(gòu)造承載布局合理。實(shí)際工程中周期比不知足要求時(shí)，一般只能通過(guò)調(diào)整平面布局來(lái)改善，這種改變一般是整體性的，局部小的調(diào)整往往收效甚微。當(dāng)不知足周期比時(shí)，若層位移角控制潛力較大，宜減小構(gòu)造內(nèi)部豎向構(gòu)件剛度，增大平動(dòng)周期；當(dāng)不知足周期比且層位移角控制潛力不大，應(yīng)檢查能否存在扭轉(zhuǎn)剛度十分小的樓層，若存在則應(yīng)加強(qiáng)該樓層〔構(gòu)件〕的抗扭剛度，如若各層抗扭剛度無(wú)突變則應(yīng)加大整個(gè)構(gòu)造的抗扭剛度。5結(jié)束語(yǔ)在利用PKPM等軟件進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常會(huì)碰到周期比、位移比不知足規(guī)范的情況，它們的本質(zhì)是控制扭轉(zhuǎn)變形，是扭轉(zhuǎn)剛度的指標(biāo)，是讓我們把構(gòu)造布置的盡量均勻，所以弄清其本質(zhì)及一些在實(shí)際工作中的詳細(xì)細(xì)節(jié)是很有必要的。以下為參考文獻(xiàn)[1]高層建筑混凝土構(gòu)