對某小高層建筑結(jié)構(gòu)安全性與經(jīng)濟性的分析

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摘　要:通過對某棟小高層建筑采用兩種不同的結(jié)構(gòu)布置進行抗震設(shè)計,從周期比、位移比、振型數(shù)、剛度比等主要控制指標進行分析,在結(jié)構(gòu)造型、經(jīng)濟性方面做出對比總結(jié),以期設(shè)計出安全性高、經(jīng)濟合理的建筑。

關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu),框架—剪力墻,安全性,經(jīng)濟性 1　概述隨著房地產(chǎn)市場的迅猛發(fā)展,商品房成為大多數(shù)人們的選擇,安全性與經(jīng)濟性之間更為合理的平衡點成為結(jié)構(gòu)設(shè)計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)計基本地震加速度為0.05g,Ⅱ類場地,設(shè)計地震分組第一組,剪力墻抗震等級三級,框架抗震等級四級。軟件運用PKPM-2005。其上部結(jié)構(gòu)計算結(jié)果見表1。 3　計算結(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關(guān)系,而非其絕對大小,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,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,當扭轉(zhuǎn)振型趨向于結(jié)構(gòu)第一振型時,說明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度小、轉(zhuǎn)動慣量大,扭轉(zhuǎn)振型成為主振型,對結(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)是軟件在做抗震計算時考慮振型的數(shù)量。該值取值太小不能正確反映模型應(yīng)當考慮的振型數(shù)量,使計算結(jié)果失真;取值太大,不僅浪費時間,還可能使計算結(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):如果計算時只取了幾個振型,那么這幾個振型的有效質(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。同時亦滿足規(guī)范要求。 (5)剪重比是抗震設(shè)計中非常重要的參數(shù)。規(guī)范之所以規(guī)定剪重比,主要是因為長期作用下,地震影響系數(shù)下降較快,由此計算出來的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太小。而對于長周期結(jié)構(gòu),地震動態(tài)作用下的地面加速度和位移可能對結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用,但采用振型分解法時無法對此作出準確的計算。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,必須進行調(diào)整。剪重比對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,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)。當結(jié)構(gòu)發(fā)生水平位移時,豎向荷載就會出現(xiàn)垂直于變形后的結(jié)構(gòu)豎向軸線的分量,這個分量將增大結(jié)構(gòu)的水平位移量,同時也會增大相應(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)計值與柱的全截面面積和混凝土軸心受壓抗壓強度設(shè)計值乘積的比值,對軸壓比的控制主要因為它是影響柱子破壞形態(tài)和延性的主要因素之一。據(jù)于此,對抗震區(qū)的豎向構(gòu)件進行軸壓比限制,從而更好地實現(xiàn)耗能機制,并使得柱不過早破壞,實現(xiàn)強柱弱梁,從而達到控制結(jié)構(gòu)的延性。此項參數(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,以鋼材價格4 400元/t和C25混凝土價格380元/m3來算,A比B不但性能好,而且經(jīng)濟性也要好。 4　結(jié)語 在商品房占主流的時代,經(jīng)濟性越來越受到建設(shè)單位的注意,往往感性的認為在小高層甚至高層建筑中,只要框架柱多,就一定經(jīng)濟性好,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)濟性好,剪力墻多,只要結(jié)構(gòu)布置合理,它的經(jīng)濟性不一定不好,建設(shè)單位在要求設(shè)計院有好的經(jīng)濟性的時候,請參考設(shè)計人員的建議,最好不要感性的要求,設(shè)計人員會經(jīng)過比較做出安全性和經(jīng)濟性均比較合理的選擇。 參考文獻: [1]　GB 50011-2001,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]. [2]　GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(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[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].