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框架结构周期折减系数,这些思考你有吗!

来源土木工程结构设计

作者:工程师雷东宝

本文已获得授权

春节到来,心情正好!

某天早上,我刚在院里食堂打完早餐,准备大快朵颐之时,只见冯工端着餐盘一股脑的坐在了我对面。简单寒暄之后,冯工直接开问:雷工,我那个西安游客服务中心项目,外审意见有一条:模型中框架结构周期折减系数取值为0.8,应为0.6-0.7。我有些疑问,还请赐教!

1

为何要周期折减

这个问题其实并不困难,我喝了一口豆浆,问道:你知道为什么要考虑周期折减系数吗?

图 单自由度自振周期公式

冯工点了点头,随即也吃了一个小笼包,说道:考虑填充墙的刚度对结构的影响。框架结构设计时,仅把填充墙按照线荷载输入了模型中。若不考虑填充墙刚度,那么结构自阵周期就会变大,相应的地震力将会降低,结构不安全,说完冯工用自信的眼神看向我。

图地震影响系数曲线(结构周期影响此系数,进而影响地震力的大小。特别注明:特征周期Tg仅与场地类别及地震分组有关,与结构体系无关)

2

何时填充墙刚度才能起作用

嗯,你理解的很对。不过,你知道为什么填充墙的刚度会起作用吗?换句话说,如果把建筑物的填充墙全部都换成等重量的大胖子站在那里,你觉得与填充墙的刚度一样吗?说完看向冯工,只见她眉头一皱,也放下了筷子。

雷工,为何你又直击灵魂,我没想过,也不会出现这种情况啊,冯工说道。

是的,不会出现我说的这种情况。但是你要理解,填充墙的刚度之所以发挥,是因为它与框架柱及框架梁是有拉结的(从柱及梁伸出拉结筋)。

只有墙与框架拉结,让框架产生单位水平位移的力,墙才会发生作用,整个体系的水平刚度才会提高。这就是所谓的填充墙与框架刚性连接,也就是不脱开的做法。这种做法施工简单,但是填充墙的刚度会影响整个框架结构。

图 每隔500mm左右,从框架柱内伸出2根直径6mm拉筋(施工柱时须预留此筋)

注:高规6.1.5及抗规13.3.4均规定了填充墙与框架拉结的措施。

图从梁内伸出的拉筋(施工梁时须预留此筋)

图填充墙与框架刚性连接时,最后一皮斜砌,以便与框架梁顶紧。

当然,也可以将填充墙与框架采取脱开的做法(砌规6.3.4):填充墙两端与框架柱至少留出20mm空隙,墙顶与框架梁之间至少留出20mm空隙(填充空隙有特定做法)。

若是采取了完全脱开做法,填充墙的刚度就不会起作用(周期折减系数取1.0)。不过这种做法费用高,施工麻烦,尽管理念先进,但实际工程应用不多,我沉稳的说道,说完顺便剥了一个鸡蛋。

原来是这样啊,我还真没想过呢,冯工带着佩服的语气说道。没有任何停顿,冯工又直接开问:那怎么确定结构的周期折减系数呢?

图 砌规中填充墙与框架柔性连接示意(图中尺寸单位为mm)

3

怎样确定周期折减系数

吃完鸡蛋,元气满满,我说道:确定框架结构周期折减系数看三点足矣:填充墙的刚度、填充墙的多少、填充墙与框架的连接方式。

那些审图大爷们死扣规范,高规4.3.17规定框架结构周期折减系数取值0.6-0.7是有前提的,建筑隔墙是砌体墙,才取这个范围。若是采用柔性连接(脱开做法)的填充墙或刚度很小的轻质砌体填充墙,可适当提高周期折减系数(取0.7-0.8).

你西安这个游客服务中心的建筑填充墙与框架是刚性连接,不过材料是混凝土空心砌块,砌块容重在结构总说明里限定了不大于1200kg/m3,刚度较小。另外,填充墙也不是很多,所以可酌情放大。

我之前做过一个小走廊,也是框架结构。这个走廊没有任何隔墙,周期折减系数我直接取1.0。现在我正在做的广州装配式框剪大楼,填充墙是轻钢龙骨轻质墙体,墙刚度很小,结构的周期折减系数我取的是0.85,也比规范取值大些。不过,只要有理有据,我们可以取的大些,安全又经济。因此,我认为你这个服务中心,周期折减系数也可取0.8,你可以与审图大爷沟通下的。

4

有时周期折减系数变小,地震力也不变

嗯,听您一说,我就安心了,要是周期折减系数变小了,地震力变大了,我还要改图呢!冯工带着侥幸的语气说道。

其实,有些情况下,即便周期折减系数变小了,对我们也没有影响。你想想看,若是结构的周期在平直段,折减后的周期小点,若还在平直段,那么对地震力是没有什么影响的,我补充道。

图 若结构周期及折减后的周期均位于图示平直段,周期折减对结构地震力无影响。

嗯,您说的对,冯工点点头,深以为然的说道。

5

填充墙对结构的影响

鸡蛋已经吃完,喝了一口粥后,我接着说道:其实填充墙对结构的影响,周期折减系数仅是一个方面。我们做项目时也经常忽略:填充墙的设置引起上下层侧向刚度突变(有的层填充墙多,有的层填充墙少)、填充墙设置引起短柱(窗户紧挨着柱子)、填充墙设置引起的结构扭转(填充墙平面布置不对称)。

上述问题在实际地震来的时候,对结构的破坏,并不亚于周期折减系数。我想,你做的框架项目,从来没考虑过吧?说完,我用犀利的眼神看向冯工。

图 楼梯间高窗形成的极短柱在地震下的破坏

是啊,从来没考虑过。建筑隔墙都是建筑专业定,与他们的建筑功能有关,我从未在意过隔墙的布置和隔墙上的门窗。也没想过,填充墙对结构有这么大的影响,实际做项目时我该怎么办呢?说完,冯工用希望的眼神看向我。

6

实际工程中如何考虑填充墙对结构的影响

吃完早餐,精神十足,我说道:实际项目中须注意以下三点:

1 根据填充墙刚度、填充墙数量、填充墙与结构的连接方式确定周期折减系数

2 尽量采用轻质隔墙

3 若不采用轻质隔墙,须适当考虑填充墙布置的问题。若出现严重威胁结构安全的情况,需要与建筑专业沟通协调。尤其注意填充墙中的门窗与框架柱须有一定距离,不可紧贴着框架柱。否则要加强柱子(全高加密箍筋等措施)。

嗯,雷工,受益匪浅啊。这小小的周期折减系数竟然有这么多的知识点。说完冯工喝了一大口粥,好像把这些知识点都吃进了自己的胃里,慢慢的消化吸收了。

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