淺析建筑結(jié)構(gòu)模型周期比的調(diào)整方法

文/ 楊宇 遼寧省建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 遼寧沈陽 110005

1、概述

周期比控制什么? 如同位移比的控制一樣，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)。一句話，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

周期比是新高規(guī)的3.4.5條規(guī)定，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1 之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9;B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。

周期比不滿足要求，如何調(diào)整?一旦出現(xiàn)周期比不滿足要求的情況，一般只能通過調(diào)整平面布置來改善這一狀況，這種改變一般是整體性的，局部的小調(diào)整往往收效甚微。周期比不滿足要求說明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對于側(cè)移剛度較大，總的調(diào)整原則是加強結(jié)構(gòu)外圈剛度，削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)筒剛度。

2、周期比的調(diào)整方法

當?shù)谝徽裥蜑榕まD(zhuǎn)時，說明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對于其兩個主軸（一般都靠近X軸和Y軸）方向的側(cè)移剛度過小，此時宜沿兩主軸適當加強結(jié)構(gòu)外圍的剛度，并適當削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)部的剛度。

當?shù)诙裥蜑榕まD(zhuǎn)時，說明結(jié)構(gòu)沿兩個主軸方向的側(cè)移剛度相差較大，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對其中一主軸（側(cè)移剛度較小方向）的側(cè)移剛度是合理的；但相對于另一主軸（側(cè)移剛度較大方向）的側(cè)移剛度則過小，此時宜適當加強結(jié)構(gòu)外圍（主要是沿側(cè)移剛度較大方向）的剛度，并適當削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)部沿側(cè)移剛度較大方向的剛度。

1）最有效原則： 削弱內(nèi)部剛度，增強周邊剛度，盡量周邊均勻?qū)ΨQ連續(xù)；

2）有較大凹入的部位加拉梁；

3）看看位移，將位移大的地方加拉梁，或者加大梁截面，加厚板；

4）增加外圍梁截面，特別加強角部，和抗震墻部位的梁截面。

電算結(jié)果的判別與調(diào)整要點：

(1)計算結(jié)果詳周期、地震力與振型輸出文件(WZQ.OUT)。因SATWE電算結(jié)果中并未直接給出周期比，故對于通常的規(guī)則單塔樓結(jié)構(gòu)，需人工按如下步驟驗算周期比:

a）根據(jù)各振型的兩個平動系數(shù)和一個扭轉(zhuǎn)系數(shù)(三者之和等于1)判別各振型分別是扭轉(zhuǎn)為主的振型（也稱扭振振型）還是平動為主的振型（也稱側(cè)振振型）。

一般情況下，當扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5時，可認為該振型是扭振振型，反之應(yīng)為側(cè)振振型。當然，對某些極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)還應(yīng)結(jié)合主振型信息來進行判斷；

b）周期最長的扭振振型對應(yīng)的就是第一扭振周期Tt，周期最長的側(cè)振振型對應(yīng)的就是第一側(cè)振周期T1；

c）計算Tt / T1，看是否超過0.9(0.85)。對于多塔結(jié)構(gòu)周期比，不能直接按上面的方法驗算，這時應(yīng)該將多塔結(jié)構(gòu)分成多個單塔，按多個結(jié)構(gòu)分別計算、分別驗算(注意不是在同一結(jié)構(gòu)中定義多塔，而是按塔分成多個結(jié)構(gòu))。

(2)對于剛度均勻的結(jié)構(gòu)，在考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時，一般來說前兩個或幾個振型為其主振型，但對于剛度不均勻的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，上述規(guī)律不一定存在?？傊诟邔咏Y(jié)構(gòu)設(shè)計中，使得扭轉(zhuǎn)振型不應(yīng)靠前，以減小震害。SATWE程序中給出了各振型對基底剪力貢獻比例的計算功能，通過參數(shù)Ratio(振型的基底剪力占總基底剪力的百分比)可以判斷出那個振型是X方向或Y方向的主振型，并可查看以及每個振型對基底剪力的貢獻大小。

(3)振型分解反應(yīng)譜法分析計算周期，地震力時，還應(yīng)注意兩個問題，即計算模型的選擇與振型數(shù)的確定。一般來說，當全樓作剛性樓板假定后，計算時宜選擇“側(cè)剛模型”進行計算。而當結(jié)構(gòu)定義有彈性樓板時則應(yīng)選擇“總剛模型”進行計算較為合理。至于振型數(shù)的確定，應(yīng)按上述[高規(guī)]5.1.13條執(zhí)行，振型數(shù)是否足夠，應(yīng)以計算振型數(shù)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%作為唯一的條件進行判別。

(4)如同位移比的控制一樣，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)。即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。考慮周期比限制以后，以前看來規(guī)整的結(jié)構(gòu)平面，從新規(guī)范的角度來看，可能成為“平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)”。一旦出現(xiàn)周期比不滿足要求的情況，一般只能通過調(diào)整平面布置來改善這一狀況，這種改變一般是整體性的，局部的小調(diào)整往往收效甚微。周期比不滿足要求，說明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對于側(cè)移剛度較小，總的調(diào)整原則是要加強結(jié)構(gòu)外圈，或者削弱內(nèi)筒。

(5)扭轉(zhuǎn)周期控制及調(diào)整難度較大，要查出問題關(guān)鍵所在，采取相應(yīng)措施，才能有效解決問題。

a)扭轉(zhuǎn)周期大小與剛心和形心的偏心距大小無關(guān)，只與樓層抗扭剛度有關(guān)；

b)剪力墻全部按照同一主軸兩向正交布置時，較易滿足；周邊墻與核心筒墻成斜交布置時要注意檢查是否滿足；

c)當不滿足周期限制時，若層位移角控制潛力較大，宜減小結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件剛度，增大平動周期；

d)當不滿足周期限制時，且層位移角控制潛力不大，應(yīng)檢查是否存在扭轉(zhuǎn)剛度特別小的層，若存在應(yīng)加強該層的抗扭剛度；

e)當不滿足扭轉(zhuǎn)周期限制，且層位移角控制潛力不大，各層抗扭剛度無突變，說明核心筒平面尺度與結(jié)構(gòu)總高度之比偏小，應(yīng)加大核心筒平面尺寸或加大核心筒外墻厚，增大核心筒的抗扭剛度；

f)當計算中發(fā)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)為第一振型，應(yīng)設(shè)法在建筑物周圍布置剪力墻，不應(yīng)采取只通過加大中部剪力墻的剛度措施來調(diào)整結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。

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