建筑结构整体计算控制指标研究

发表时间:2020/7/14   来源:《基层建设》2020年第8期   作者:梁康玲
[导读] 摘要:伴随现代建筑业日益迅猛化发展,高层建筑项目数量逐渐增多,体型和规模更为丰富,在设计方法上也遇到更多难题。
        华南创图设计有限公司东莞分公司  广东东莞  523000
        摘要:伴随现代建筑业日益迅猛化发展,高层建筑项目数量逐渐增多,体型和规模更为丰富,在设计方法上也遇到更多难题。那么,为保证高层建筑总体设计更具合理性及安全性,把控好建筑结构在整体计算层面上的各项指标尤为关键。
        鉴于此,本文主要围绕着建筑结构在整体计算层面上的控制指标开展深入的研究和探讨,便于为后续高效化落实建筑结构各项设计工作奠定良好基础。
        关键词:结构整体;建筑;计算;控制指标;
        前言
        在一定程度上,因把控好建筑结构的整体计算各项指标,对于保证结构设计总体效果来说有着一定积极作用。因而,深入研究着建筑结构在整体计算层面上的控制指标,现实意义较为突出。
        1、简述建筑结构层面整体计算的控制指标
        建筑结构层面上整体计算实际控制指标,能够将建筑结构总体合理性、科学性集中反映出来,对具体内容可起到规范化作用。那么,这些指标以位移比、刚重比、周期比、层间的位移角等为主,指标参数处于合理的取值范围,表明建筑结构总体性能科学合理[1]。
        2、控制指标
        2.1 在位移比指标方面
        高层建筑砼结构技术规程当中明确规定了位移比的定义即为:在充分考虑到偶然偏心的影响之下所规定水平地震力的作用,楼层内部竖向构件的最大位移比和此楼层平均比值。位移比指标,属于结构的扭转效应控制的一个参数指标,对结构平面整体规则性加以控制,防止扭转会影响到总体的结构。把控位移比指标,其主要是对结构的扭转量值加以限制。不规则扭转的判断,可采用刚性楼板假定进行建模计算分析。刚性楼板假定,其含义是假定楼板平面内刚度无限大,平面外刚度为零。此假定使结构在每层板内只有3个公共自由度,即两个平移自由度和一个绕竖轴扭转自由度,在板内每个节点的独立自由度也只有3个。扭转的位移比计算期间,楼层位移不可通过各个振型的位移CQC组合来获取,需要借助各个振型CQC组合来获取楼层的剪力,在实施换算分析后获取水平力的作用之下所产生位移。所算出楼层的位移角若在限定值40%以下,则可适当放松对扭转的位移比把控[2]。
        2.2 在周期比指标方面
        高层建筑砼结构技术规程当中明确规定了周期比的定义即为:结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比。周期比,属于对结构的扭转效起到控制作用的一个指标,对此指标的把控,并非要求结构结实度充足,主要为确保抗侧力构件合理且科学布置,存在足够的抗扭能力,而从保证结构总体布局更为合理。若周期比指标难以符合于规范化标准,则证明结构有着明显的扭转效应,要求设计者做好结构刚度的优化调节处理,确保结构周围刚度得以增强,将结构中间构件刚度降低,确保结构总体的抗扭刚度得以增强。空旷结构、体育馆及其余特殊性工业建筑等,若无其余特殊要求,并不要求把控周期比指标。高层建筑物属于错层结构或者楼层处开洞口若极具复杂性,结构会产生局部振动,应选定刚性强制性楼板假定,对结构周期比指标实施计算分析,确保周期比指标可把控至最适宜范围内。
        2.3 在层间的位移角指标方面
        高层建筑砼结构技术规程当中明确规定了层间的位移角基本定义即为:楼层层间最大水平位移与层高之比,故楼层剪力与层间的位移角比等于楼层刚度。楼层水平位移最大差值计算分析期间,不可将整体结构的弯曲变形扣除掉。层间的位移角属于柱子、斜撑、墙体层间的位移和层高比值,其层间最大的位移角则是柱子及墙体层间的位移角最大参数值。平均层间的位移角,则是柱子及墙体层间的位移角最大参数值和最小参数值比除以二。高层建筑越多层数,则高度就会相对较大,为确保高层建筑物整体结构稳固性,就需要把控好层间的位移角指标。借助层间的位移角,可对结构竖向的刚度实施有效判断。


        2.4 在刚度比指标方面
        刚度比指标,以对结构竖向规则性控制为目的,防止竖向刚度有突变状况产生,促使薄弱层形成。高层建筑砼结构的技术规程当中明确规定了刚度比。借助PKPM软件系统,可选用刚度比三种不同计算方法,即为剪弯刚度、剪切刚度、地震作用和层间的位移比,要求设计者把握好这些计算分析刚度比方法、适用范围等。剪切刚度,可应用到地下室的嵌固环境与1、2层转换结构等判定当中;剪弯刚度,可应用到1、2层转换结构等判定当中;地震作用和层间的位移比,基本上适用范围十分广泛,大部分工程当中均可选用这种计算方法。
        2.5 在轴压比指标方面
        高层建筑砼结构技术规程当中明确规定柱与剪力墙墙肢的轴压比基本定义即为:构件轴压力相应设计值与构件全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值;还明确框架柱轴压比的限定参数值、剪力墙的墙肢轴压比限定参数值,还有砼构件的配筋和钢构件相关验算要求;此外,设计系统软件依据相应规范化要求和标准,调整了建筑物整体结构的地震作用,如果遇到特殊结构建筑,则对于结构的地震作用,则要求设计者可借助强剪弱弯和强柱弱梁、0.20Q0、内力等多种调整手段加以处理,以保证可获取到轴压比指标最佳控制效果[3]。
        2.6 在剪重比指标方面
        结构各楼层水平地震剪力标准值和所在楼层及以上各层总体重力荷载的代表参数值之比,即剪重比,通常指的是底层水平的剪力和结构总体重力荷载的代表参数值比。可以说,剪重比属于地震剪力最小系数,可实现对于各个楼层地震最小剪力的有效把控,特别是针对基本周期在3.5s以上结构、薄弱层类型结构当中,因考虑到结构总体的安全性,需要对于各个楼层地震最小剪力实施有效的把控,以为建筑物总体结构的安全性提供基础保证。结合最小的配筋率标准,所计算出地震剪力倘若并未符合于规范化标准,则要求人为予以提高处理,依据最低标准,将后续计算完成。高层建筑砼结构的技术规程当中明确规定了剪重比。剪重比,能够将结构刚柔度集中反应出来,要求需把控至较为适宜范围,确保结构总体的刚度能够处于最适宜状态。过于小的剪重比,证明结构处于偏柔性刚度状态,受水平地震或者水平荷载等作用影响,会有较大层间位移或者水平位移产生;过于大的剪重比,证明结构整体上偏刚一些,极易有大地震内力产生。
        2.7 在刚重比指标方面
        高层建筑砼结构技术规程当中明确规定了刚重比基本定义即为:结构刚度和重力荷载比。主要是控制在风荷载或水平地震作用下,重力荷载产生的二阶效应不致过大,避免结构的失稳倒塌,是对结构稳定性实现有效把控的关键指标。结构刚重比在符合于规范化要求条件之下,重力效应能够被把控至20%之内,而结构稳定性方面安全储备良好。结构刚重比若降低,重力效应则会处于快速增长状态,属于一种非线性的关系,一直到结构失稳现象产生。针对带有伸臂超高层等特殊结构建筑或者有跃层构件存在等,计算刚重比,需做好跃层构件或者是伸臂未安装之前稳定性可否符合于各项标准,为施工作业安全提供基础保证。
        3、结语
        从总体上来说,建筑结构在整体计算层面上的控制指标以位移比指标、周期比指标、层间的位移角指标、刚度比指标、轴压比指标、剪重比指标、刚重比指标为主。那么,为了保证计算分析精准性和结构设计的科学合理性,就需要广大设计者能够高度重视起这些指标,并予以科学合理的计算分析及控制,以为建筑结构总体设计品质和效果提供基础保障。
        参考文献:
        [1]陈海滨.建筑结构抗震设计抗扭周期比控制指标研究[J].华东科技(综合),2019,18(07):0084-0085.
        [2]孙永,王宪杰,秦云,等.随机激励下考虑SSI效应的TMD -结构控制参数优化设计[J].计算力学学报,2019,36(01):748-749.
        [3]黄晓明.浅谈建筑结构设计含钢量控制[J].中国高新区,2018,38(001):215-126.
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