摘 要:通过对某栋小高层建筑采用两种不同的结构布置进行抗震设计,从周期比、位移比、振型数、刚度比等主要控制指标进行分析,在结构造型、经济性方面做出对比总结,以期设计出安全性高、经济合理的建筑。
关键词:建筑结构,框架—剪力墙,安全性,经济性
1 概述随着房地产市场的迅猛发展,商品房成为大多数人们的选择,安全性与经济性之间更为合理的平衡点成为结构设计人员所面临的重要问题之一,在满足建筑使用功能的前提下,从结构布置入手,都更加关注其经济性。
2 工程概况本工程为一住宅楼,层高3 m,11层,总高33 m。总建筑面积约为4 032 m2,两单元并联,乙类建筑,抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,Ⅱ类场地,设计地震分组第一组,剪力墙抗震等级三级,框架抗震等级四级。软件运用PKPM-2005。其上部结构计算结果见表1。
3 计算结果分析以下所述1框架—剪力墙用A代替,2框架—剪力墙用B代替。
(1)周期比主要为控制结构的扭转效应,减小扭转对结构带来的不利影响。周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系,而非其绝对大小,它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理,使结构不至于出现过大(相对于侧移)的扭转效应。周期比控制不是在要求结构足够结实,而是在要求结构承载布局的合理性。结构扭转振型及周期是其扭转刚度、扭转惯量分布大小的综合反映。任何情况下,当扭转振型趋向于结构第一振型时,说明结构扭转刚度小、转动惯量大,扭转振型成为主振型,对结构抗震抗风均不利,都是不允许的。
(2)位移比:指楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移角与本楼层平均值的比,位移比的大小反映了结构的扭转效应,同周期比的概念一样都是为了控制建筑的扭转效应提出的控制参数。综上两条,分析结果得出A比B结构体系抗震抗风性能要好,但都满足规范规定的限制。
(3)振型数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量,使计算结果失真;取值太大,不仅浪费时间,还可能使计算结果发生畸变。必须指出的是,结构的振型组合数并不是越大越好,其最大值不能超过结构总自由度数。
(4)有效质量系数:如果计算时只取了几个振型,那么这几个振型的有效质量之和与总质量之比即为有效质量系数。用于判断参与振型数足够与否。两种结构布置都选用相同的振型数,有效质量系数也比较接近。同时亦满足规范要求。
(5)剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范之所以规定剪重比,主要是因为长期作用下,地震影响系数下降较快,由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构,地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用,但采用振型分解法时无法对此作出准确的计算。因此,出于安全考虑,规范规定了各楼层水平地震力的最小值,该值如果不满足要求,则说明结构有可能出现比较明显的薄弱部位,必须进行调整。剪重比对6度区规范没有做规定,在此仅供参考。
(6)刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标,其目的是为了避免竖向刚度突变,形成薄弱层。
(7)刚重比:主要为控制结构的稳定性,以免结构产生滑移和倾覆。重力二阶效应在建筑结构分析中指的是竖向荷载的侧移效应。当结构发生水平位移时,竖向荷载就会出现垂直于变形后的结构竖向轴线的分量,这个分量将增大结构的水平位移量,同时也会增大相应的内力,这在本质上是一种几何非线性效应。此两种结构布置均没有薄弱层,结果较接近,相差不大,均满足规范。
(8)轴压比:为了控制结构的延性,进行轴压比的比较,轴压比是指有地震作用组合柱的组合轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心受压抗压强度设计值乘积的比值,对轴压比的控制主要因为它是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。据于此,对抗震区的竖向构件进行轴压比限制,从而更好地实现耗能机制,并使得柱不过早破坏,实现强柱弱梁,从而达到控制结构的延性。此项参数A要优于B,很明显其延性要好很多,后者则刚满足规范。
(9)由计算结果可以看出含钢量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,以钢材价格4 400元/t和C25混凝土价格380元/m3来算,A比B不但性能好,而且经济性也要好。
4 结语
在商品房占主流的时代,经济性越来越受到建设单位的注意,往往感性的认为在小高层甚至高层建筑中,只要框架柱多,就一定经济性好,这不是很合理的,通过以上比较,至少可以说明,框架柱多,不一定经济性好,剪力墙多,只要结构布置合理,它的经济性不一定不好,建设单位在要求设计院有好的经济性的时候,请参考设计人员的建议,最好不要感性的要求,设计人员会经过比较做出安全性和经济性均比较合理的选择。
参考文献:
[1] GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].
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[5] JGJ 3-2002,高层建筑结构混凝土结构技术规程[S].