剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)取值探討

計(jì)建華 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)取值探討

計(jì)建華 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

在抗震地區(qū)進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算軟件需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員輸入一個(gè)參數(shù)“周期折減系數(shù)”，下面結(jié)合作者的設(shè)計(jì)實(shí)踐，就如何合理輸入這個(gè)參數(shù)進(jìn)行討論。

振型；自振周期；折減系數(shù)；剪力墻結(jié)構(gòu)

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的加快，高層住宅遍地開花。由于考慮住宅的使用特性，高層住宅的結(jié)構(gòu)形式基本上都采用剪力墻結(jié)構(gòu)。在抗震地區(qū)進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算軟件需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員輸入一個(gè)參數(shù)“周期折減系數(shù)”，下面結(jié)合筆者的設(shè)計(jì)實(shí)踐，就如何合理輸入這個(gè)參數(shù)進(jìn)行討論。

建筑物在地震作用下產(chǎn)生振動(dòng)，抗震設(shè)計(jì)時(shí)假定建筑物各部分在振動(dòng)時(shí)位移的比值保持不變，即振動(dòng)形狀保持不變，將此振動(dòng)形式稱為振型。振型是結(jié)構(gòu)體系的一種固有屬性，且理論得出的振型與結(jié)構(gòu)體系實(shí)際的振動(dòng)形態(tài)不一定相同。

結(jié)構(gòu)自振周期，是某一結(jié)構(gòu)按某一特定振型完成一次自由振動(dòng)所需的時(shí)間。結(jié)構(gòu)基本自振周期：結(jié)構(gòu)按基本振型（第一振型）完成一次自由振動(dòng)所需的時(shí)間。通常需要考慮兩個(gè)主軸方向和扭轉(zhuǎn)方向的基本周期。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）5.2條水平地震作用計(jì)算如下：

5.2.1 底部剪力法

FEk——結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值

α1——相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值

5.2.2 振型分解反應(yīng)譜法

Fji——j振型i質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值

αj——相應(yīng)于j振型自振周期的地震影響系數(shù)值

上述公式中，水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值都與結(jié)構(gòu)自振周期有直接關(guān)系。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)如何準(zhǔn)確算出結(jié)構(gòu)自振周期非常重要，由于現(xiàn)在普遍使用的PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)把填充墻作為線荷載作用在梁上，在結(jié)構(gòu)自振周期計(jì)算時(shí)未考慮填充墻對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)剛度的影響。實(shí)際上由于填充墻的存在使整個(gè)結(jié)構(gòu)剛度增大、周期變小、地震作用也增大，這樣使得結(jié)構(gòu)抗震不利，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)偏不安全。為了解決這個(gè)問題，在實(shí)際結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，通過經(jīng)驗(yàn)系數(shù)對(duì)計(jì)算周期進(jìn)行折減，周期折減就是人為增加結(jié)構(gòu)剛度，增大地震作用。但周期折減系數(shù)不改變結(jié)構(gòu)的基本振動(dòng)特性。

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2010）關(guān)于周期折減系數(shù)的規(guī)定如下：

4.3.16 計(jì)算各振型地震影響系數(shù)所采用的結(jié)構(gòu)自振周期應(yīng)考慮非承重墻體的剛度影響予以折減。

4.3.17 當(dāng)非承重墻體為砌體墻時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算自振周期折減系數(shù)可按下列規(guī)定取值：框架結(jié)構(gòu)可取0.6～0.7；框架-剪力墻結(jié)構(gòu)可取0.7～0.8；框架-核心筒結(jié)構(gòu)可取0.8～0.9；剪力墻結(jié)構(gòu)可取0.8～1.0。對(duì)于其他結(jié)構(gòu)體系或采用其他非承重墻體時(shí)，可根據(jù)工程情況確定周期折減系數(shù)。

根據(jù)第二條的規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)時(shí)采用的設(shè)計(jì)周期=計(jì)算周期×折減系數(shù)。但是規(guī)定的周期折減系數(shù)取值都是一個(gè)范圍，實(shí)際工程應(yīng)用中如何取值由設(shè)計(jì)人員根據(jù)每個(gè)工程的具體特性確定，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在取值時(shí)要慎重，如取值過小會(huì)造成地震作用放大過大，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)造價(jià)會(huì)較高，不經(jīng)濟(jì)；如取值過小會(huì)使設(shè)計(jì)地震作用小于實(shí)際地震作用，結(jié)構(gòu)不安全。現(xiàn)實(shí)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員往往會(huì)取上述規(guī)定的平均值，尤其剪力墻結(jié)構(gòu)上一版規(guī)范的取值范圍是0.9～1.0，所以大家通常認(rèn)為取0.9是合適的。但事實(shí)是否如此我們就下面的工程實(shí)例進(jìn)行分析討論。

某7度設(shè)防地區(qū)一棟11層住宅，二類場(chǎng)地，純剪力墻結(jié)構(gòu)，底層剪重比為1.68%。用廣廈建筑結(jié)構(gòu)通用分析與設(shè)計(jì)軟件GSSAP計(jì)算不考慮填充墻時(shí)結(jié)構(gòu)第一周期為1.6076S；考慮填充墻時(shí)結(jié)構(gòu)第一周期為1.42S。二者比值為1.42/1.6076=0.8833，如果設(shè)計(jì)時(shí)取0.9將會(huì)使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的地震作用偏小，結(jié)構(gòu)不安全。為了進(jìn)一步弄清這個(gè)問題筆者在7度區(qū)、二類場(chǎng)地又選取3棟典型的剪力墻住宅，層數(shù)分別為18層、27層、30層，底層剪重比分別為1.66%、1.62%、1.60%，用廣廈GSSAP結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件分別按不考慮填充墻、考慮填充墻計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)第一周期結(jié)果如下表。

層數(shù) 不考慮填充墻 考慮填充墻 比值18 2.0158 1.8752 0.93 27 2.9897 2.9153 0.97 30 3.3379 3.2582 0.98

由上表可以看出，對(duì)于18層以上純剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)取0.9是安全的，但層數(shù)再高至27層時(shí)周期折減系數(shù)取0.9又顯得太小，增加了結(jié)構(gòu)造價(jià)。

對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)的周期折減系數(shù)取值筆者理解如下：由于剪力墻本身平面內(nèi)剛度大，就其結(jié)構(gòu)性能來說它適用于樓層數(shù)較多的高層建筑，我們平時(shí)設(shè)計(jì)層數(shù)較少的高層建筑尤其是住宅建筑，只是因?yàn)榻ㄖδ芏捎眉袅Y(jié)構(gòu)并不是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自身需要，因此設(shè)計(jì)時(shí)剪力墻布置較少，住宅建筑填充墻又多，填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度影響較大，如果機(jī)械地取規(guī)范平均值將會(huì)使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不安全。但隨著建筑物層數(shù)的增加，布置剪力墻的數(shù)量也會(huì)增加，填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響會(huì)減弱此時(shí)周期折減系數(shù)取規(guī)范平均值又太保守。

因此，筆者建議對(duì)于11層～18層的剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)可以取0.85；19層～27層的剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)可以取0.90；28層以上的剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)可以取0.95。這樣既可保證結(jié)構(gòu)安全性又兼顧到結(jié)構(gòu)造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性。

筆者對(duì)工程實(shí)踐的總結(jié)，對(duì)高層剪力墻結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)的取值在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)給出具體數(shù)值，可保證結(jié)構(gòu)安全性又兼顧到結(jié)構(gòu)造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)抗震區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

TU311.4

A

1007-7359（2016）05-0219-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.078

計(jì)建華（1973-），男，安徽肥東人，畢業(yè)于安徽建筑大學(xué)，學(xué)士；高級(jí)工程師，國(guó)家注冊(cè)一級(jí)結(jié)構(gòu)工程師。