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文档简介

1、填充墙对混凝土结构自振周期的影响周期折减系数亮100013 )( 中国建筑科学摘要影响系数是确定结构水平作用的关键参数,而结构自振周期则是确定影响系数的关键参数,因此科学合理确定结构的自振周期非常重要。实践和表明,在钢筋混凝土结构中,填充墙对结构自振周期的影响较大,不可忽略。本文从结构自振周期的概念入手,介绍了自振周期的理论计算方法和经验公式方法,分析了结构自振周期的影响,探讨了周期折减系数对作用的影响,有所启发。了建筑混凝土结构技术规程JGJ3 中周期折减系数的相关条文,以期对结构设计 周期折减系数;填充墙;钢筋混凝土结构0前言钢筋混凝土结构具有取材容易、耐久性好、耐公式简单,准确度也较好,

2、使用非常方便,多应用结构的初步设计。1.1 理论计算方法常见的理论计算方法主要有能量法、等效质量法、顶点位移法,下面仅介绍能量法和顶点位移法。1)能量法3一个多度体系,质点在无阻尼的环境下自火性好、可模性强、整体性好等优点,在多建筑中应用非常广泛,是常见的建筑结构形式之一,钢筋混凝土结构设计中,结构自振周期是确定结构所受作用的关键参数。建筑设计中为了实现建筑各个功能区域的划分,通常的做法是在混凝土结构中灵活布置填充墙。填充墙通常采用各类实心砖、空心砖、混凝土砌块砌筑,由于其材料性质与主体结构不同,也具有一定的质量和刚度,当填充墙和框架刚性连接时,确定结构自振周期时应不应由振动(见图 1),任一

3、质点 i 在移为:运动时的位该考虑填充墙的影响呢?表明,框架轻质砌体填充墙的抗侧刚度可达纯框架结构的 10 倍1,大量工程实测周期也表明:实际建筑物自振周期短算周期(按纯混凝土结构考虑),尤其是有实心砖填充墙的框架结构,其实测周期约为计算周期的 50%60%2,这充分说明填充墙对混凝土结构的自振周期的影响不可忽略。目前,我国的结构设计中,填充墙属于非承重构件,按非结构构件进行设计,填充墙自重按均布线荷载考虑,通过周期折减系数来考虑填充墙刚度对结构自振周期的影响。因此,科学合理的确定周期折减系数才能保证结构的抗 震安全性,弄清楚填充墙刚度对结构自振周期的影响十分关键。1混凝土结构自振周期的计算方

4、法计算混凝土结构自振周期的方法较多,目前主要分为两种:理论计算方法和经验公式法。理论计算方法多基于能量守恒定律推导而来,公式计算过程复杂但精准度高,多为结构设计软件采用;我国的结构设计规范或手册中采用的是经验公式方法,筑抗震设计规范GB 50011-2001,其针对框架结构周期折减系数的建议取值考虑了填充墙的数量、门窗洞口以及单片填充墙的长度的影响,具体见表 1,表中c 为含填充墙的框架榀数与框架总榀数的比值。表 1 的数值基于实心砖填充墙,而针对填充表述为应根据不同的结构类型、不同的材料及填充墙、隔墙数量的多少选用较为符合实际结构刚度的周期折减系数10,但给出了异形柱框架及异形柱框剪结构周期

5、折减系数的取值:异形柱框架结构为 0.60.75;异形柱框剪结构为 0.70.85。综上,规范、技术指导文件以及技术手册的取值各有不同,在结构设计中应灵活把握,现行规范也只给出了各种结构相应的周期折减系数取值范围,并未区分填充墙种类和填充墙多少等情况。实际建模计算中,工程师应从工程实际以及工程经验等多方面进行综合考虑。应该注意的是,考虑填充墙对结构自振周期的影响属于抗震概念设计的内容,在设计中周期折减系数的计算也属于估算的性质,不应该过分追求结构计算的精度,只要从概念上进行整体把握即可8。此外,多层建筑的周期折减系数也可以参考高规的这条规定。墙为轻质墙体或取值为 0.80.9。墙板时的周期折减

6、系数,建议建筑抗震设计手册中周期折减系数建议取值表 1c0.81.00.60.70.40.50.20.3无门窗洞0.5(0.55)*0.55(0.60)0.60(0.65)0.70(0.75)T有门窗洞0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80)0.85(0.90)*表中无括号数值适用于单片填充墙为 6m 左右时,括号内数值适用于单片填充墙为 5m 左右时。从表 1 中可以看出,该表适用于各榀框架布置基本一致、填充墙门窗洞口尺寸基本一致、单片填充墙规格一定的这种比较规则的框架结构。该表考虑了填充墙数量的影响,但是在计算 c 时只考虑了框架跨度方向的填充墙,并未考虑柱距方向的填充

7、墙。另外,设计手册并未给出含剪力墙的框剪及剪力墙结构的周期折减系数。3) 民用建筑工程设计技术措施-结构 民用建筑工程设计技术措施-结构910历经里 2003 年和 2009 年两版,属于国家建设部发布的技术性文件,其基础也是当时有效的规范。民用建筑工程设计技术措施-结构(2003 版)中给出了在使用计算软件进行结构设计的过程中,周期折减系数的取值。取值基于砖填充墙,考虑了填充墙数量的影响,具体见表 2。对比5结论(1)建筑结构荷载规范GB 50009 和高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3 均给出了结构自振周期的经验公式,这些公式的假定情况及应用范围不同,在设计中应加以区分。(2)结构刚度越大

8、,周期折减系数越大,填充墙刚度对结构自振周期的影响越小;填充墙刚度越大,周期折减系数越小,填充墙刚度对结构自振周期的影响越大。在设计中应根据结构类型、填充墙的类型及数量合理考虑周期折减系数。(3)结构自振周期在影响系数曲线中所处的范围不同,则周期折减系数对结构作用的影响程度不同;目前设计中只考虑填充墙对结构自振周期的折减而引起的力放大,不考虑填充墙对承担做法。力的贡献,这是一个较为保守、安全的当时有效的建筑混凝土结构技术规程JGJ(4)考虑填充墙对结构自振周期的影响属于抗震概念设计的内容,在设计中周期折减系数的计算也属于估算的性质,不应该过分追求精度,而应从概念上进行整体把握。2002,表 2

9、 中填充墙较多时各结构类型的周期折减系数对应的就是 02 版高规中取值,表 2 补充了填充墙较少时的周期折减系数取值,对指导结构设计具有较大的帮助。民用建筑工程设计技术措施-结构中周期折减系数建议取值参 考 文 献表 21,吴建有,. 轻质填充墙异型柱框架J. 建筑结构学报,1995,结构类型填充墙较多填充墙较少结构层刚度及其衰减过程的(05):20-31.0.60.70.70.8框架结构0.70.80.80.9框剪结构2 JGJ3-2010建筑工业建筑混凝土结构技术规程S.,2011.等译校结构动力学M高:中国0.91.01.0剪力墙结构值得注意的是,民用建筑工程设计技术3,J措施-结构(2

10、009 版)不再给出表 1 的取值,只等教育4筑工业京:中国建筑工业,2012.建筑抗震设计手册(第二版).M.,2002.9 建设部工程质量安全监督与行业发展司,:中国建设计.民用建筑工程设计技术措施-结构M.5 GB 50009-2012 建筑结构荷载规范S.:中国建筑工:中国计划,2003.业6,2013.等. 不同种类填充墙周期折减系数取值的分析J.10 建设部工程质量安全监督与行业发展司,中国建筑标准设计.民用建筑工程设计技术措施-结构M.,2009.工程抗震与加固改造,2013,35(04):48-53.7 GB 50011-2010 建筑抗震设计规范S.:中国计划:中国建筑工业8,2010.建筑混凝土结构技术规程应用与分析S.北(上接 49 页)图 124结语通过上述分析,错层板,其板荷是不会丢失的,是可以传导到其周边的构件上。但在非强刚假定下其板刚度在计

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