對(duì)某小高層建筑結(jié)構(gòu)安全性與經(jīng)濟(jì)性的分析

盧士強(qiáng) 蔡宏紅

1 概述

隨著房地產(chǎn)市場(chǎng)的迅猛發(fā)展,商品房成為大多數(shù)人們的選擇,安全性與經(jīng)濟(jì)性之間更為合理的平衡點(diǎn)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員所面臨的重要問題之一,在滿足建筑使用功能的前提下,從結(jié)構(gòu)布置入手,都更加關(guān)注其經(jīng)濟(jì)性。

2 工程概況

本工程為一住宅樓,層高3 m,11層,總高33 m?？偨ㄖ娣e約為 4 032 m2,兩單元并聯(lián),乙類建筑,抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g,Ⅱ類場(chǎng)地,設(shè)計(jì)地震分組第一組,剪力墻抗震等級(jí)三級(jí),框架抗震等級(jí)四級(jí)。軟件運(yùn)用PKPM-2005。其上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

3 計(jì)算結(jié)果分析

以下所述1框架—剪力墻用A代替,2框架—剪力墻用B代替。

1)周期比主要為控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),減小扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。周期比側(cè)重控制的是側(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,使結(jié)構(gòu)不至于出現(xiàn)過大(相對(duì)于側(cè)移)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。周期比控制不是在要求結(jié)構(gòu)足夠結(jié)實(shí),而是在要求結(jié)構(gòu)承載布局的合理性。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振型及周期是其扭轉(zhuǎn)剛度、扭轉(zhuǎn)慣量分布大小的綜合反映。任何情況下,當(dāng)扭轉(zhuǎn)振型趨向于結(jié)構(gòu)第一振型時(shí),說明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大,扭轉(zhuǎn)振型成為主振型,對(duì)結(jié)構(gòu)抗震抗風(fēng)均不利,都是不允許的。2)位移比:指樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移角與本樓層平均值的比,位移比的大小反映了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),同周期比的概念一樣都是為了控制建筑的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)提出的控制參數(shù)。綜上兩條,分析結(jié)果得出A比B結(jié)構(gòu)體系抗震抗風(fēng)性能要好,但都滿足規(guī)范規(guī)定的限制。3)振型數(shù)是軟件在做抗震計(jì)算時(shí)考慮振型的數(shù)量。該值取值太小不能正確反映模型應(yīng)當(dāng)考慮的振型數(shù)量,使計(jì)算結(jié)果失真;取值太大,不僅浪費(fèi)時(shí)間,還可能使計(jì)算結(jié)果發(fā)生畸變。必須指出的是,結(jié)構(gòu)的振型組合數(shù)并不是越大越好,其最大值不能超過結(jié)構(gòu)總自由度數(shù)。4)有效質(zhì)量系數(shù):如果計(jì)算時(shí)只取了幾個(gè)振型,那么這幾個(gè)振型的有效質(zhì)量之和與總質(zhì)量之比即為有效質(zhì)量系數(shù)。用于判斷參與振型數(shù)足夠與否。兩種結(jié)構(gòu)布置都選用相同的振型數(shù),有效質(zhì)量系數(shù)也比較接近。同時(shí)亦滿足規(guī)范要求。5)剪重比是抗震設(shè)計(jì)中非常重要的參數(shù)。規(guī)范之所以規(guī)定剪重比,主要是因?yàn)殚L期作用下,地震影響系數(shù)下降較快,由此計(jì)算出來的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太小。而對(duì)于長周期結(jié)構(gòu),地震動(dòng)態(tài)作用下的地面加速度和位移可能對(duì)結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用,但采用振型分解法時(shí)無法對(duì)此作出準(zhǔn)確的計(jì)算。因此,出于安全考慮,規(guī)范規(guī)定了各樓層水平地震力的最小值,該值如果不滿足要求,則說明結(jié)構(gòu)有可能出現(xiàn)比較明顯的薄弱部位,必須進(jìn)行調(diào)整。剪重比對(duì)6度區(qū)規(guī)范沒有做規(guī)定,在此僅供參考。6)剛度比是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo),其目的是為了避免豎向剛度突變,形成薄弱層。7)剛重比:主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移和傾覆。重力二階效應(yīng)在建筑結(jié)構(gòu)分析中指的是豎向荷載的側(cè)移效應(yīng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生水平位移時(shí),豎向荷載就會(huì)出現(xiàn)垂直于變形后的結(jié)構(gòu)豎向軸線的分量,這個(gè)分量將增大結(jié)構(gòu)的水平位移量,同時(shí)也會(huì)增大相應(yīng)的內(nèi)力,這在本質(zhì)上是一種幾何非線性效應(yīng)。此兩種結(jié)構(gòu)布置均沒有薄弱層,結(jié)果較接近,相差不大,均滿足規(guī)范。8)軸壓比:為了控制結(jié)構(gòu)的延性,進(jìn)行軸壓比的比較,軸壓比是指有地震作用組合柱的組合軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全截面面積和混凝土軸心受壓抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積的比值,對(duì)軸壓比的控制主要因?yàn)樗怯绊懼悠茐男螒B(tài)和延性的主要因素之一。據(jù)于此,對(duì)抗震區(qū)的豎向構(gòu)件進(jìn)行軸壓比限制,從而更好地實(shí)現(xiàn)耗能機(jī)制,并使得柱不過早破壞,實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁,從而達(dá)到控制結(jié)構(gòu)的延性。此項(xiàng)參數(shù)A要優(yōu)于B,很明顯其延性要好很多,后者則剛滿足規(guī)范。9)由計(jì)算結(jié)果可以看出含鋼量A比B少1.5 kg/m3,每平方米混凝土用量A比B就多0.002 3 m3,以鋼材價(jià)格4 400元/t和C25混凝土價(jià)格380元/m3來算,A比B不但性能好,而且經(jīng)濟(jì)性也要好。

4 結(jié)語

在商品房占主流的時(shí)代,經(jīng)濟(jì)性越來越受到建設(shè)單位的注意,往往感性的認(rèn)為在小高層甚至高層建筑中,只要框架柱多,就一定經(jīng)濟(jì)性好,這不是很合理的,通過以上比較,至少可以說明,框架柱多,不一定經(jīng)濟(jì)性好,剪力墻多,只要結(jié)構(gòu)布置合理,它的經(jīng)濟(jì)性不一定不好,建設(shè)單位在要求設(shè)計(jì)院有好的經(jīng)濟(jì)性的時(shí)候,請(qǐng)參考設(shè)計(jì)人員的建議,最好不要感性的要求,設(shè)計(jì)人員會(huì)經(jīng)過比較做出安全性和經(jīng)濟(jì)性均比較合理的選擇。

[1] GB 50011-2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50009-2001,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[4] 豐定國,王社良.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2003.

[5] JGJ 3-2002,高層建筑結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].