工業(yè)建筑中鋼樓蓋鋼框架結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則判別的研討

冉艷華

摘 要：結(jié)合工程實(shí)例，介紹了規(guī)范中規(guī)定的扭轉(zhuǎn)位移比的定義、計(jì)算要求。對(duì)鋼樓蓋鋼框架結(jié)構(gòu)，如何通過(guò)概念設(shè)計(jì)調(diào)整模型使之滿足剛性樓蓋假定，計(jì)算判定結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則性，最終設(shè)計(jì)利于抗震的結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：扭轉(zhuǎn)規(guī)則程度；扭轉(zhuǎn)位移比；剛性樓蓋；鋼框架結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）17-0052-02

Abstract： Based on engineering examples， the definition and calculation requirements of torsional displacement ratio stipulated in the code are introduced. For steel-floor and steel-frame structure， an approach is put forward as regards how to adjust the model to meet the rigid floor assumption through conceptual design， calculate and judge the torsional irregularity of the structure， and finally design the aseismic structure.

Keywords： torsional rule degree； torsional displacement ratio； rigid floor； steel-frame structure

1 規(guī)范中扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的定義及鋼框架結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)的問(wèn)題

《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016年版）（簡(jiǎn)稱抗震規(guī)范）3.4節(jié)規(guī)定“建筑設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)的要求明確建筑形體的規(guī)則性”，其中關(guān)于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的判定是通過(guò)“在具有偶然偏心的規(guī)定水平力作用下，樓層兩端抗側(cè)力構(gòu)件彈性水平位移（或?qū)娱g位移）的最大值與平均值的比值μ”來(lái)判定，按規(guī)范理解總結(jié)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則程度的分類及限值見(jiàn)下表1：

結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則計(jì)算時(shí)，一般按剛性樓蓋計(jì)算，必要時(shí)也可采用彈性樓板假定進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。一般情況下，混凝土樓板平面內(nèi)剛度比較大，符合剛性樓蓋假定。但近年來(lái)，因鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能良好、自重輕、施工周期短、建造速度快等優(yōu)點(diǎn)，尤其是便于后期改造，鋼框架結(jié)構(gòu)在我國(guó)工業(yè)建筑中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，此時(shí)，對(duì)于鋼框架壓型鋼板組合樓板或混凝土樓板，一般也能滿足剛性樓板假定。但對(duì)于鋼格板或者花紋鋼板的鋼樓蓋，因鋼樓蓋與鋼梁不是完全焊接，在水平力作用下容易發(fā)生翹曲，在計(jì)算結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)位移比時(shí)，需滿足什么要求才能假定為剛性樓蓋，是很多工程師不太明白的。本文通過(guò)工程實(shí)例計(jì)算，對(duì)工業(yè)建筑中鋼樓蓋鋼框架結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則判別進(jìn)行研討，指出在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)怎么通過(guò)概念設(shè)計(jì)滿足剛性樓蓋假定，判定鋼樓蓋鋼框架結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則性。

2 鋼樓蓋鋼框架結(jié)構(gòu)如何計(jì)算扭轉(zhuǎn)位移比

抗震規(guī)范條文說(shuō)明指出計(jì)算扭轉(zhuǎn)位移比時(shí)，按剛性樓蓋計(jì)算[1]；采用彈性樓蓋假定時(shí)，樓層位移比的判別結(jié)果僅可作為參考值。對(duì)樓蓋計(jì)算假定的確定，屬于概念設(shè)計(jì)的范疇。在進(jìn)行不規(guī)則判別時(shí)，一般情況下，樓板整體完整性較好時(shí)，采用概念清晰明確的剛性樓蓋假定計(jì)算。但對(duì)于工業(yè)建筑，樓板經(jīng)常會(huì)開(kāi)大洞，尤其對(duì)于鋼樓蓋結(jié)構(gòu)，因鋼樓蓋與鋼梁不全完焊接，在水平力作用下容易發(fā)生翹曲，即鋼樓蓋在平面內(nèi)剛度不是無(wú)限大，不是明確的剛性樓蓋。

規(guī)范中所指的剛性樓蓋假定，并不是要求樓板的平面內(nèi)剛度無(wú)窮大，按國(guó)外的相關(guān)規(guī)定，樓蓋周邊兩端最大位移不超過(guò)平均位移2倍的情況均稱為剛性樓蓋，超過(guò)2倍則屬于柔性樓蓋。這考察的不僅是樓板本身的平面內(nèi)剛度，而是對(duì)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置的均勻性以及樓板的協(xié)調(diào)變形能力的綜合考量。實(shí)際工程中，先按彈性樓蓋假定計(jì)算，在“規(guī)定水平力”作用下，計(jì)算樓蓋周邊兩端最大位移不與平均位移的比值，當(dāng)比值不超過(guò)2時(shí)，再按剛性樓板假定計(jì)算扭轉(zhuǎn)位移比，判別結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)規(guī)則性；當(dāng)比值超過(guò)2時(shí)，可以通過(guò)以下方式調(diào)整結(jié)構(gòu)模型，使之滿足剛性樓蓋假定要求：

（1）調(diào)整鋼框架的抗側(cè)力構(gòu)件布置，使之均勻，重點(diǎn)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)兩端抗側(cè)力構(gòu)件。

（2）設(shè)置水平支撐，增大樓面水平剛度，增加樓板的協(xié)調(diào)變形能力。

3 通過(guò)工程實(shí)例計(jì)算說(shuō)明鋼樓蓋鋼框架結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)位移比的計(jì)算

某工業(yè)建筑裝置，位于7度區(qū)，鋼框架結(jié)構(gòu)，首層標(biāo)高7m，有設(shè)備預(yù)留洞大開(kāi)洞，第二層標(biāo)高為13m，僅有小設(shè)備，無(wú)大開(kāi)洞，第三層標(biāo)高17m。屋頂為壓型鋼板屋面，樓面為鋼格板。

因框架在7度設(shè)防區(qū)，抗震設(shè)防類別為乙類，為了滿足地震區(qū)結(jié)構(gòu)要設(shè)置多道防線的設(shè)計(jì)理念，本框架采用鋼框架-中心支撐結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)兩端和中間位置設(shè)置柱間支撐。

最開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，未設(shè)置樓面水平支撐和樓梯間柱間支撐，在PKPM模型中設(shè)置樓板厚度為0，忽略樓板的剛度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表鋼框架位移比。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，某最大樓層位移比超過(guò)2，不符合剛性樓蓋定義，所計(jì)算位移比大都超限，且前幾陣型周期為扭轉(zhuǎn)周期，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的抗扭能力較弱，需要調(diào)整結(jié)構(gòu)模型。因首層樓面有設(shè)備大開(kāi)洞，為提高樓層平面的整體性、增大樓面水平剛度及增加樓板的協(xié)調(diào)變形能力，在除設(shè)備預(yù)留洞的其他位置設(shè)置水平支撐；原框架的柱間支撐設(shè)置在框架中部和兩端，較為均衡，為了增加樓層兩端抗側(cè)力構(gòu)件的剛度，在樓梯間不影響工藝管道的位置處增設(shè)柱間支撐。修改后的模型經(jīng)計(jì)算得出，第一扭轉(zhuǎn)期出現(xiàn)在第3陣型，且樓層位移比均小于2，滿足剛性樓蓋假定。按剛性樓蓋假定計(jì)算結(jié)構(gòu)見(jiàn)表鋼框架位移比，所有扭轉(zhuǎn)位移比結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)為扭轉(zhuǎn)規(guī)則結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）規(guī)范規(guī)定樓層位移比考察的是樓層結(jié)構(gòu)的整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，因此，應(yīng)按剛性樓蓋假定計(jì)算。

（2）規(guī)范規(guī)定，樓蓋周邊兩端最大位移不超過(guò)平均位移2倍的情況均稱為剛性樓蓋，并非是指剛度無(wú)窮大。

（3）采用彈性樓蓋假定計(jì)算時(shí)，計(jì)算的最大位移，不一定是規(guī)范要求的樓層邊角點(diǎn)處位移，可能是結(jié)構(gòu)內(nèi)部某點(diǎn)的局部位移，不能代表主體結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)。

（4）對(duì)于鋼樓蓋鋼框架結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行樓層扭轉(zhuǎn)規(guī)則判別時(shí)，先進(jìn)行彈性樓蓋假定計(jì)算，若計(jì)算結(jié)果符合剛性樓蓋假定要求，按強(qiáng)剛假定計(jì)算扭轉(zhuǎn)位移比并分析結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)規(guī)則性，然后對(duì)彈性樓蓋假定計(jì)算結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充分析，以限制結(jié)構(gòu)的局部位移；若計(jì)算結(jié)果不符合剛性樓蓋假定要求，從概念設(shè)計(jì)理念著手調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，使之滿足剛性樓蓋假定，使整個(gè)結(jié)構(gòu)為抗震有利結(jié)構(gòu)。

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