“剛重比”和“剪重比”數(shù)值的探討

1、“剛重比和“剪重比數(shù)值的討論摘要：比照分析了采用PKP系列AD軟件中的SATE軟件考慮地下室作用的內(nèi)力分析方法，結(jié)合工程實(shí)例對(duì)于計(jì)算結(jié)果“剛重比的數(shù)值進(jìn)展了討論，提出了要辯證對(duì)待程序結(jié)果“剛重比數(shù)值的建議。關(guān)鍵詞：剛重比；剪重比；回填土約束作用；彈性等效側(cè)向剛度最近幾年設(shè)計(jì)的高層、超高層等復(fù)雜建筑構(gòu)造中，通常都帶有地下室。很多都是地上為住宅地下為大底盤車庫的構(gòu)造形式。對(duì)于這類帶地下室的構(gòu)造形式，采取一種比擬行之有效的構(gòu)造分析方法，在構(gòu)造計(jì)算中考慮回填土和地下室的影響來正確的分析構(gòu)造的實(shí)際受力狀態(tài)是非常必要的。有地下室的建筑構(gòu)造是由上部構(gòu)造和地下室組成的一個(gè)完好的受力體系，具有共同的位移場，互相

2、協(xié)調(diào)變形。目前使用最多的便是PKP系列AD軟件中的SATE軟件。然而，作為設(shè)計(jì)人員在使用構(gòu)造軟件的時(shí)候?qū)τ?jì)算軟件得出的結(jié)果要正確的分析，不能盲目的依賴程序，以免造成經(jīng)濟(jì)損失或構(gòu)造平安事故。1重力二階效應(yīng)和剛重比高層建筑構(gòu)造的穩(wěn)定設(shè)計(jì)，主要是控制、驗(yàn)算構(gòu)造在風(fēng)或地震作用下，重力荷載產(chǎn)生的重力二階效應(yīng)對(duì)構(gòu)造性能降低的影響以及由此可能引起的構(gòu)造失穩(wěn)。所謂重力二階效應(yīng)，一般包括兩局部：一是由于構(gòu)件自身撓曲引起的附加重力效應(yīng)，即效應(yīng)；二是構(gòu)造在程度風(fēng)荷載或程度地震作用下產(chǎn)生側(cè)移變位后，重力荷載由于該側(cè)移而引起的附加效應(yīng)，即重力效應(yīng)。(1)?抗震標(biāo)準(zhǔn)?第3.6.3條規(guī)定：“當(dāng)構(gòu)造在地震作用下的重力附加彎距

3、大于初始彎距的10%時(shí)，應(yīng)計(jì)入重力二階效應(yīng)的影響。(2)?高規(guī)?第5.4條對(duì)重力二階效應(yīng)作出如下規(guī)定：在程度力作用下，當(dāng)高層建筑構(gòu)造滿足以下規(guī)定時(shí)，可以不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響。剪力墻構(gòu)造、框架剪力墻構(gòu)造，筒體構(gòu)造：框架構(gòu)造(3)高層建筑假如不滿足(1)條的規(guī)定時(shí)，應(yīng)考慮重力二階效應(yīng)對(duì)程度作用下構(gòu)造內(nèi)力和位移的不利影響。構(gòu)造的彈性等效側(cè)向剛度，可按近似按倒三角形分布載荷作用下構(gòu)造頂點(diǎn)位移相等的原那么，將構(gòu)造的側(cè)向剛度折算為豎向懸臂受彎構(gòu)件的等效側(cè)向剛度。即：q為假定倒三角形分布載荷的最大值，u為該荷載作用下構(gòu)造頂點(diǎn)質(zhì)心的彈性程度位移。2剪重比3SATE考慮回填土約束作用的分析方法PKP系列

4、AD軟件中的SATE軟件可以反映地下室回填土對(duì)構(gòu)造的約束作用，而這種約束作用是互相耦聯(lián)的，僅約束程度位移，不約束豎向位移和豎向轉(zhuǎn)動(dòng)。SATE提出了兩種近似考慮回填土約束作用的分析方法，嵌固程度位移法和彈簧剛度法。這兩種方法都可以通過修改設(shè)計(jì)參數(shù)來近似模擬回填土對(duì)構(gòu)造的約束作用。一種是采取限制某一位置的程度位移來考慮土對(duì)構(gòu)造的約束，另一種考慮回填土對(duì)地下室約束作用的剛度比來考慮回填土的作用。4工程實(shí)例工程A：高層剪力墻住宅構(gòu)造，地上18層，地下1層，地下室為地下停車庫。本工程采用SATE軟件計(jì)算分析，采用兩種算法進(jìn)展比擬。第一種算法，計(jì)算時(shí)地下室不單獨(dú)考慮，定義地下室層數(shù)為零。第二種算法，定義地

5、下室層數(shù)為一層，回填土約束剛度比為3，考慮回填土對(duì)地下室的約束。內(nèi)力結(jié)果如表1表4。從上述四表結(jié)果比照可以看出，兩種計(jì)算模型得出的計(jì)算結(jié)果差異挺大，由此可見選擇適宜的計(jì)算模型對(duì)實(shí)際工程受力分析是非常關(guān)鍵的。分析表1發(fā)現(xiàn)，采用第二種算法的剛重比變小了，也就是說構(gòu)造剛度在這種計(jì)算形式下偏柔，構(gòu)造的穩(wěn)定性變?nèi)?。概念上理解有些疑點(diǎn)，對(duì)于同樣高度的建筑物，考慮了土的約束作用，構(gòu)造的穩(wěn)定性應(yīng)該更趨于平安，怎么會(huì)計(jì)算出的結(jié)果有些異常。分析表2發(fā)現(xiàn)，考慮了土的約束作用后，構(gòu)造的位移都是變小的，這是和概念上理解是一致的。分析表3發(fā)現(xiàn)，第二種算法得出的1層地震力、樓層剪力和彎距都比第一種算法要小，有的指標(biāo)還減小的

6、幅度挺大；這是由于地下室質(zhì)量產(chǎn)生的地震作用，主要被室外的回填土吸收，只有一小局部由地下室本身的構(gòu)件承當(dāng)。2層地震力、樓層剪力和彎距也是都比第一種算法要校由此可見，考慮的土的約束作用以后，構(gòu)造自身的總地震反響力變小了。同時(shí)還可以看出第二種計(jì)算結(jié)果中1層構(gòu)造地震力均小于2層的地震力，很容易錯(cuò)誤的把第1層理解為構(gòu)造薄弱層。分析表4發(fā)現(xiàn)，第二種算法1層的剪重比也是很小的，甚至不滿足標(biāo)準(zhǔn)最小程度地震剪力的要求。但是筆者認(rèn)為，由于大局部地震力被土層吸收導(dǎo)致構(gòu)造自身承受的地震作用很小，對(duì)于地下室局部可以不用滿足?抗震標(biāo)準(zhǔn)?第5.2.5條規(guī)定。第二種算法和第一種算法的區(qū)別還包括風(fēng)載計(jì)算的不同，第二種算法中地下

7、室沒有考慮風(fēng)荷載，也就是說整個(gè)構(gòu)造的風(fēng)荷載數(shù)值都是比第一種算法要偏小的。地震力和風(fēng)載荷作用同時(shí)變小的作用下，構(gòu)造的位移變小趨勢(shì)也是正確的。結(jié)合公式(3)分析可得，假如q值不變的情況下，構(gòu)造的位移u變小，那么應(yīng)該變大。而從表1得出的結(jié)果是變小了，這也就說明q值變小了，且變小的幅度遠(yuǎn)大于u變化的幅度。5值的討論不容置疑，考慮了回填土對(duì)構(gòu)造的約束以后，構(gòu)造的整體性和穩(wěn)定性都應(yīng)該加強(qiáng)，而反映出的結(jié)果正好相反。經(jīng)上述分析得出的計(jì)算結(jié)果是正確的，由此可見必需要研究第二種算法計(jì)算出的能否反映出構(gòu)造的真實(shí)剛度。程序計(jì)算的是指帶有地下室的建筑物的彈性等效側(cè)向剛度，而受到土的約束的影響。其實(shí)整個(gè)構(gòu)造受力體系不應(yīng)該

8、單單由來反映構(gòu)造剛度的強(qiáng)弱，因?yàn)檎麄€(gè)受力體系是由地下室外側(cè)的一定面積的回填土、地下室和上部構(gòu)造組成的，可以把回填土等效為構(gòu)造的一局部構(gòu)件A，也可以理解為整個(gè)受力體系是由構(gòu)造構(gòu)件A、地下室和上部構(gòu)造組成的。計(jì)算而得的僅僅是地下室和上部構(gòu)造的彈性等效側(cè)向剛度，而等效構(gòu)件A即回填土對(duì)主體構(gòu)造剛度的作用值沒有計(jì)算。通過以上分析就可以解釋為什么構(gòu)造的彈性等效側(cè)向剛度偏小的原因了。所以，可以得出結(jié)論，構(gòu)造的彈性等效側(cè)向剛度值應(yīng)該包含和兩局部，僅僅根據(jù)值來判別構(gòu)造的剛重比是不適宜的。同時(shí)風(fēng)荷載計(jì)算的方法導(dǎo)致了等效q值的變小，因?yàn)轱L(fēng)荷載是從地上一層開場計(jì)算的，而等效倒三角形載荷q是從地下一層開場算起的(H總高度包含地下室)。很多設(shè)計(jì)人員只是簡單的參照值的大小而判別構(gòu)造剛度強(qiáng)弱，未經(jīng)仔細(xì)分析采取加強(qiáng)措施，造成工程上的浪費(fèi)。6結(jié)論通過工程實(shí)例分析得到，?高規(guī)?第5.4條關(guān)于根據(jù)的數(shù)值來判別是否考慮重力二階效應(yīng)對(duì)程度力作用下構(gòu)造內(nèi)力和位移的不利影響是值得討論的。對(duì)于帶有地下室的建筑構(gòu)造，采用SATE考慮地下室外回填土剛度以后內(nèi)力計(jì)算得出的