结构设计中若干问题深入思考.docVIP

结构设计中若干问题深入思考【摘要】依据现行国家规范、规程，对结构设计中若干典型问题进行深入思考，使结构概念更加清晰，促进正确理解和准确把握规范，提高进行概念设计的能力。 【关键词】振型；剪重比；塑性铰；偶然偏心；屈曲强度。 引言 在结构设计的过程中，我们通常更注重对计算结果的分析，判断其是否满足规范、规程的要求，而对计算过程中的结构概念并没有细致深入的理解。这使得在计算指标不满足时，对模型的调整缺乏有效的方法，甚至无从下手。由此可以感到正确理解结构概念的重要性。下面将在设计中遇到的一些典型问题列举出来，与大家共同讨论。 1 对结构自振振型和周期的理解 在高层混凝土结构计算中，要求结构的第一振型出现扭转时必须调整，而第二振型宜以平动为主。依据抗震3.5.3条[1]要求两方向动力特性宜接近，即指周期和振型宜接近。前三个振型一般为二平动，一扭转，如第二振型出现扭转，第一第三振型为平动，则两方向平动周期相差会较大，故一般要求前两个振型为平动。 在第一第二振型为平动，第三振型为扭转时，若第一振型周期比第二，三振型相差较大，而第二三振型周期相差较小时，尚需调整，使第一二平动周期接近与第三周期相差较大，才算合理。 而且x，y方向平动周期相差较大时（即两个方向的刚度相差较大时），整体结构对扭转会更加敏感，即使质心与刚心很接近，也会引起较大的扭转。 2 如何理解高层纯剪结构底部剪重比偏小 由于高层结构一般基本周期较长，由此计算所得的水平地震作用引起的结构效应可能很小，不易满足抗规5.2.5条[1]规定，这种情况下可以人为增大地震剪力，以满足要求，而不必通过提高结构刚度减少周期使计算值直接满足规范要求。 通过提高结构刚度（增加剪力墙，增加截面等）使计算值直接满足规范要求，有时可能很难实现。对于一些细高的建筑，哪怕整个截面都是砼或钢也不能使计算值满足要求。从概念上讲，即使所有楼层剪力的计算值都小于规范要求，也是可以接受的，只要在计算值上乘以一个增大系数就可以了。 3 混凝土构件截面刚度与配筋是否有关 混凝土构件截面刚度不仅取决于截面尺寸，而且取决于截面配筋，因为砼的抗压强度大约是抗拉强度的10倍，所以截面刚度应由砼和钢筋（尤其是抗拉钢筋）共同决定。砼开裂前刚度取决于截面尺寸，开裂后由砼和钢筋共同决定。刚度（EI）不仅取决于截面的几何形状（I）而且取决于材料的弹性模量（E）。砼开裂前要考虑砼受拉，受压的弹性模量，开裂后要考虑受压砼和受拉钢筋的弹性模量。 4 剪力墙的一般部位为什么没有轴压比的限制 在地震的作用下，框架柱全高度各楼层都可能出现塑性铰，为了使塑性铰有足够的转动能力，就要保证框架柱全高度具有一定的延性，其有效的措施之一就是控制其轴压比，把框架柱限制在大偏心受压范围内。而剪力墙的塑性铰一般都出现在其底部，因此仅控制其底部加强部位的轴压比就可以了。对于一般剪力墙仅验算正，斜截面承载力即可。另外高规7.2.5条[2]中hw/bw5的墙肢轴压比限制应是全楼高的，因为它更接近于柱。 5 对偶然偏心的理解 高规3.3.3条[2]条文说明中认为抗规5.2.3条[1]是采用增大边榀结构地震内力的简化方法考虑偶然偏心，而抗规5.2.3条[1]应是指采用增大边榀结构地震内力的简化方法考虑扭转，扭转不仅是由偶然偏心引起的，还可能由地震的扭转分量引起。相反偶然偏心也不只引起结构的扭转还可能增大结构的附加轴力和弯矩。所以我认为高规3.3.3条[2]条文说明中的解释不够严谨。这里的偶然偏心指的是质心的偏移，另外刚心的偏移也可引起扭转等效应。PKPM中计算参数的偶然偏心是针对高规3.3.3条[2]的，若已考虑了扭转耦联，对于多层结构可不考虑偶然偏心。 6 组合梁腹板屈曲与失稳的关系 在GBJ17-88钢结构设计规范[4]中规定：当 时，应配置横向加劲肋并要符合相应的构造要求，这样做可使腹板不发生塑性变形，但这势必增加钢材用量。从经济适用的角度考虑，03版钢结构设计规范[3]推荐利用腹板屈曲后的强度，就是说允许腹板出现一定的塑性变形，只是对于直接承受动力荷载的钢梁（如吊车梁），当腹板屈曲后，因为其变形是不稳定的，忽左忽右，易引起钢板的疲劳，所以在这种情况下，规范不通过计算考虑其屈曲后强度，仅规定在吊车梁的轮压设计值中乘以0.9的折减系数。 03规范[3]同时规定：当 时，尚应验算腹板的稳定性，从这里可以看出屈曲与失稳并不是一回事。从理论上分析，腹板屈曲是在一定范围内的塑性变形，是可以控制的；而腹板失稳是指腹板发生了超出可控制范围的变形，随着变形的发展将导致整个钢梁失去承载能力，这是不允许的，所以利用腹板屈曲强度的前提是保证它的稳定。 7 结语 规范