第7期总第185期 2009年4月
内蒙古科技与经济
InnerMongoliaScienceTechnology&EconomyNo.7,the185thissue
Apr.2009
对高层框架结构设计中几个重要指标的分析
徐 颖,谢异同
(西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安 710055)
摘 要:文章通过一个实际工程的算例,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》中对结构中的周期比、重力二阶效应、短柱几个重要指标的限制[1,2],对高层框架结构进行了整体分析,对模型中各个指标进行调整,采用合理的措施,进而给结构概念设计上提供一些有益的参考。
关键词:高层框架结构;周期比;重力二阶效应;短柱
中图分类号:TU972 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2009)07—0192—02 框架结构是高层建筑结构中广泛采用的一种结构形式,完全由梁和柱组成的结构体系,建筑平面布置灵活、可以获得大空间、构件较少、施工方便。然而由于随着结构高度和层数的增加,在水平荷载作用于结构时,随着竖向荷载的增大,框架底部梁、柱构件的弯矩和剪力显著增加,形成的重力二阶效应问题;抗侧力刚度布置不合理产生的扭转问题;重力荷载过大,导致梁柱截面尺寸的增大形成短柱问题,对整个框架结构影响程度都应值得我们重视。下面通过一个实例进行分析:1 工程概况
某商务酒店,地下1层,地上11+1(1为夹层)层,建筑高度44.5m,总建筑面积为9900m2,建筑平面见图1、图2所示,1、2层层高为3.8m,3层层高5.1m,顶层层高4.8m,其余层层高均为3.5m。该建筑结构形式为框架结构,A级高度,该地区按抗震设防为6度,设防分组为第1组,设计基本地震加速度为0.05g,场地类别为Ⅱ类,抗震设防类别为丙类,框架抗震等级为3级。
1、2、3层框架柱砼为C35,4～9层框架柱砼为C30,其余层框架柱砼为C25;1～9层梁、板砼强度为C30,其余为C25。电梯间墙体采用实心砖墙体,其余墙体均为空心墙。结构计算采用中国建筑科学研究院的SATWE软件,该软件为空间有限元分析软件,采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件,用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙,可以较好地模拟结构的实际受力情况对所有楼层采用刚性楼板假定,地震分析采用总刚分析法。
本文着重从下面几个指标来说明高层框架结构设计时应该重视的几个问题:2 重力二阶效应
在工程初步设计中,当框架横梁线刚度与柱线刚度之比>3时,柱上下端节点转角很小,反弯点除底层柱外可视为在柱高的中间,反弯点法简单方便,合理适用。
当框架横梁线刚度与柱线刚度之比
收稿日期:2008-11-15
作者简介:徐颖(1980—),男,硕士研究生,陕西省周至县人,助理工程师,西安建筑科技大学土木工程学院。
徐颖,等・对高层框架结构设计中几个重要指标的分析结构的侧向位移最大1/1433。最大层间位移发生在3层。最大侧向位移大量的数值分析高层框架结构在水平荷载作用结构上下产生的侧移在竖向荷载作用下产生的位移产生的偏心,引起附加弯矩,在3层结构处产生重力二阶效应比较明显,文献[4]给出具
体的重力二阶效应实用计算方法。
对较弱,不满足Di
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G的要求,需要考虑重力二Hi
阶效应。本例中重力二阶效应对结构的影响不可忽略。
3 周期比
《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第4.3.5条中规定:结构平面布置应减少扭转的影响。考查以结构扭转为主的第一自振周期Tt与以平动为主的第一自振周期T1之比,A级高度高层建筑不应>0.9。当结构刚度中心与质量中心偏差较大时,应考虑结构扭转产生的不利影响。限制结构的抗扭刚度不能太弱,以免产生较大的扭转效应导致结构发生破坏。限制结构的抗扭刚度不能太弱,关键是限制以结构扭转为主的第一自振周期Tt与以平动为主的第一自振周期T1之比>0.9。在结构设计中,不满足以上要求时,应调整抗侧力结构的布置,加强结构的抗扭能力,防止结构在地震作用下产生较大的扭转变形导致构件破坏。对于普通高层建筑而言,合理的平面布局基本可以满足以上前提条件。周期最长的扭转周期就是第一扭转周期,前提条件是扭转周期不能是结构的主振型,确认周期最长的扭转周期是必须考虑即不能被忽略的振型,否则需要考虑周期次长的扭转周期。实际工程中,由于结构本身的情况和地震激励角度的不确定,单纯的一阶扭转或平动振型的工程较少,多数工程的振型是扭转和平动相伴随的,即使是平动振型,往往在两个坐标轴方向都有分量。限制Tt与T1的比值是必要的,也是合理的,具有广泛适用性。
本工程实例考虑双向地震作用下的扭转藕联,考虑活荷载最不利布置,计算振型系数取15个,周期折减系数取0.7。计算结果见表2(只给出前3个振型计算结构)
表2 考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、扭转系数X,Y方向的平动系数、振型号周期
转角平动系数(X+Y)
扭转系数
0.050.000.94
图3 层间位移角曲线
影响高层建筑结构重力二阶效应的因素主要有两个方面,即结构的侧向刚度和结构的竖向荷载。因此,在实际工程中不能单纯根据结构高度来确定重力二阶效应影响的大小。在结构刚度较柔的情况下,结构发生的较大的侧移,重力二阶效的影响是不能忽略的,侧向刚度大小对侧向位移的影响显得十分重要,特别是对竖向荷载较大的结构,更应充分予以重视。本工程的计算结果如下。
表1 结构整体稳定验算结果
层号
X向刚度
Y向刚度
层高
上部重量[***********].109899.98057.87386.76715.66044.55573.45102.34631.24900.13828.
X刚重比3202.8128.2119.1317.1622.2125.8829.3431.4236.4643.9250.3262.7180.46
Y刚重比3228.6729.418.9316.7821.4525.1428.5130.4435.2642.2748.4059.9175.60
-10.918E+080.925E+085.[***********]
0.953E+060.995E+063.800.607E+060.600E+063.800.370E+060.362E+065.100.622E+060.601E+063.500.646E+060.628E+063.500.643E+060.625E+063.500.593E+060.574E+063.500.579E+060.560E+063.500.566E+060.545E+063.500.498E+060.479E+063.500.446E+060.426E+063.500.232E+060.218E+064.80
振动类型
平动平动扭转
规范限制
123
1.553178.010.95(0.09+0.86)1.4039172.191.00(0.89+0.10)1.256753.920.06(0.02+0.04)
1.2567
=0.809
1.5531
从上面的计算结果可以看出,重力二阶效应该
n
G结构刚重比Di>10 ,能够通过高规(5.4.4)的
j=1Hi
整体稳定验算,满足弹性的要求,位移增量控制在
n
G
5%左右,当结构刚重比控制在Di>20 20,当结
j=1Hi
构考虑实际刚度折减50%时,内力增量控制在10%以内还满足要求时可以,可以不考虑重力二阶效应。由于3层结构层高较高,刚重比18.75,侧向刚度相
表格的计算结构使以扭转为主的第一自振周期与以平动为主的第一自振周期的比满足
由于本工程结构竖向荷载较大,层数过多,层高不高,对于底层个别柱子荷载很大,建筑要求的限制,截面尺寸取值已经达到750mm×1100mm,从而
H
导致部分柱子
hH
高层规范中按照
h
田鸿立・CSCW系统中的并发控制技术研究
编辑锁的方法就是在用户对某一对象、图形或区域进行编辑之前,首先将这个对象、图形或区域加锁,以防止其他用户同时对这个对象进行操作。在实时协同设计系统中,如果采用编辑锁,同一时间内可以支持多个用户同时操作不同的对象,但是不能操作同一个对象。此方法像传统并发控制方法中的加锁方法,它同样面临着一个锁粒度的问题。例如对一个图形进行操作,是锁定一个区域呢,还是锁定某一图形呢,锁定一个区域,限制了并发,锁定一个图形可能引起意图不一致的问题。所以它并不一定是并发控制的好方法。2.3 消息序列化
这是传统并发控制方法串行化方法在CSCW中的应用。消息序列化是指用户的操作按消息来传输给其他用户,并对其消息进行排序。用户操作可以同时产生,执行操作按统一顺序执行,如果某一操作之前的所有操作未被全部执行,则此操作进入等待队列。此方法很好地解决了同步的问题,但是还有传统方法的缺点并且还不能够解决意图一致性问题,因为意图冲突与执行顺序不同。2.4 多版本
多版本是用来解决设计过程中意图冲突的一种有效的方法,该方法对协同图形编辑系统比较适用,也可以应用到文本编辑系统中。多版本的基本思想是:当用户间的操作意图冲突时,将所有用户的操作意图进行保留,因此在设计的结果上将有多个版本。对于这些用户操作而产生的多版本,用户可以选择其中之一进行后续的操作。此方法虽然有效地保持了意图一致性问题,但是在实现时面临着一些问题,如创建多版本的依据或者叫做多版本的粒度问题,如果太小,显然系统开销会很大;粒度太大用户的意图冲突不能很好的解决。因此对于多版本,粒度的选择是比较困难的。还有就是不能很好的展示出多版本的效果,这也是需要解决的问题。2.5 操作转换
此算法也是串行化的一种。它的基本思想是在系统中对所有的操作定义一顺序,对于非并发操作(上接第193页) 短柱。然而判断柱子是否为短
柱的是柱的剪跨比,应该按照剪跨比
Vh
HM
是短柱,对于
hVh
短柱。对于高层建筑的梁柱的线刚度比较小,特别在下面的几层,由于受到柱底层的嵌固作用的影响且梁对柱约束弯矩较小。反弯点的柱高一半高很多甚
H
至不出现反弯点,此时就不宜按
h而应该按照短柱的力学定义
Vh
在施工图设计阶段以根据电算结果做进一步判断采取合理的构造措施进行处理。对于本工程剪跨比>1.5
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它们按序执行,对于两个并发操作可以乱序执行,在
乱序操作执行后需进行一些转换以使所有站点的操作结果都一致。此算法在协同文本编辑系统中可较好地使用,但是在图形操作中并不适用,因为在对图形执行后进行操作转换是很困难的。
通过对已有CSCW系统所采用的并发控制方法的研究可以看出,它们都没有很好的解决并发的问题,但是它们在某一方面或某一应用领域针对某一问题进行探索和在一定程度进行提出解决了一些方案,为进一步研究奠定了基础。3 结语
CSCW系统中的并发控制机制与传统的分布式系统有很大的区别,尽管传统的并发控制可以满足多用户及分布性的要求,却满足不了CSCW系统所特有的特性,如群件之间的感知性。因此,传统的并发控制方法不完全适合于CSCW系统的要求,如何对传统的并发控制方法进行改进,使它满足CSCW系统的要求是CSCW研究的一个重要方面。
[参考文献]
[1] EllisCA,GibbsSJ.ConcurrencyControlin
groupwaresystems.ProeeedingsofACMSIGMODConferenceonManagementofDa-ta,seattle,1989.
[2] 肖波,张东,诸鸿丈.计算机支持的协同工作并
发控制策略[J].上海交通大学学报,1999.339(1).
[3] 刘新福,王光彩,代更君等.集中式CSCW环
境中对实时共享对象的并发控制算法[J].小型微型计其机系统.2002.23(6).
[4] 杨光信,史美林.全复制结构下基于时象数据
模型的并发控制[J].计算机学报,2000.23(2).
[5] 刘新福,吕钊,代雯君等.分布式CSCW环境
中并发控制的串行化方法[J].计算机工程,2001.27(10).
土的形式以增强它的初期刚度。在竖向承载能力基本不变的情况下增加了柱子的后期耗能能力,使超短柱的抗震性能得到的明显的改善。通过这两种方法使本工程短柱和超短柱实现了强剪弱弯的思想。改善了短柱的抗震性能,提供柱子的延性。5 结束语
本文通过一个高层框架结构的工程实例,根据设计方案进行优化,对结构的几个指标进行计算分析,就本工程存在的几个实际问题给出有效的解决措施,希望能够给结构设计人员在同类工程中给予参考。
[参考文献]
[1] 徐培福,等.高层建筑混凝土结构技术规程
(JGJ-2002)[S].北京:中国建筑工业出版社.
[2] 徐正忠,等.建筑结构抗震规范(GB50011-2001)[S].北京:中国建筑工业出版社.
[3] 沈德植.多高层框架中柱侧向刚度的计算[S]
.苏州城建环保学院学报,2000,(9).
[4] 黄庆丰.框架结构二阶位移实用计算[S].华
侨大学学报,2002,(1).