框架結構抗震設計的自振周期折減系數探討

郭志峰

摘 要：周期折減系數是框架結構抗震設計中十分重要的問題，它的取值會直接影響到在地震作用下框架的反應情況，影響地震作用下結構的內力與變形程度，因此必須合理確定周期折減系數。該文在分析國內研究成果的基礎上，通過框架結構的自振周期折減系數模型分析，指出一些現行的規范關于周期折減系數取值對結構計算結果的影響以及缺陷，分析對折減系數取值的影響因素，并且對折減系數合理取值提出一些合理化建議，合理總結分析的結論，以便更好地為抗震工程設計提供一些可靠參考。

關鍵詞：框架結構 抗震設計 周期折減系數 影響因素

中圖分類號：TU973.31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0060-01

在計算機模型簡化以及非結構性的因素作用下，在彈性階段計算的框架結構的自振周期會比其真實的自振周期長一些。因此在計算結構的周期值的時候，要根據具體的實施情況，對周期折減系數進行一定的修正，以使其更加接近真實值，以公式設計周期=計算周期*周期折減系數來計算。根據規定，對于以砌體為非承重墻體的框架結構，會考慮到非承重墻體的剛度對自振周期以0.6～0.7的系數進行折減，而對于其他結構體系目前還沒有具體的數值來計算，因此還存在著很大的爭議。然而折減系數取值在很大程度上會影響結構設計的合理性，輕則造成資源的浪費，重則會產生一定的安全隱患。因此折減系數是框架結構所面臨的一個極其重要而亟待解決的問題。

1 框架結構自振折減的提出及缺陷

在地震作用下，第一自振周期對結構的影響是最大的，也是本文要考慮的最主要因素，周期折減系數=設計周期/計算周期。規范中出于對填充墻剛度的考慮，規定了一個系數。規定中折減系數有意的放大了地震力，在一定程度上使結構更加安全，然而這種觀點的基礎并不一定成立，它是以填充墻剛度存在影響結構的基礎上來考慮的。而實際上，填充墻剛度所增加的地震力并不一定會對結構產生負面影響。而且，規范僅僅考慮了填充墻對折減系數的影響，而沒有能夠考慮其他非結構構件的因素以及影響結構自振周期的其他影響因素。這樣的狀況很可能會影響結構的資源浪費以及安全性上的設計。

2 周期折減系數的影響因素

由周期折減系數的計算公式我們可以看出，要分析影響因素，就要全面的考慮影響結構真實自振周期、計算的自振周期以及它們之間差異的因素。計算周期與真實周期之間的差異很大程度上會受到模型簡化的影響，簡化模型與真實模型之間的接近程度是最關鍵的信息，在實際計算中，有很多因素是難以測量、難以定量計算的，這就使得自振周期的真實值與計算值之間產生很大的差異。

2.1 非結構構件的影響

第一，填充墻剛度的影響。在實際工程中，填充墻都是與框架在共同作用下支撐的，而且會產生很大的剛度，而在建模中，并沒有考慮填充墻剛度的因素，這樣的結果就會很大的影響到測量的自振周期，使其產生很大的偏差。填充墻的材料、以及其與框架結構的連接方式都在很大程度上產生影響。填充墻與框架連接的越緊密，越會產生很大的剛度，墻體結構的完整、墻體數量的增多、單片墻體長度都會是剛度增大。粘土磚填充墻相對于輕質填充墻會對剛度產生更大的影響。

第二，地坪以及填土的影響。在計算模型中，鋼混框架結構一般都要做混凝土剛性地坪，底層柱的計算高度都會取基層頂端到樓蓋頂端之間的距離。這樣的方式會改變結構側移的約束，改變底層柱的計算高度，進而使結構剛度變大。在基礎埋深大、填土緊密時，混凝土剛度的加大會引起計算周期的結果偏長一些。

第三，現澆樓板剛度影響。在模型分析中，通常采用鋼混框架結構，而且會用現澆樓板對樓面梁剛度的增大來體現現澆樓板對結構剛度的影響。用一個系數來表明這種對剛度的貢獻，而實際上，這并不能真實的測量現澆板的影響，很多時候，計算中不能做到真正精確的都要根據設計的經驗來判斷，這樣難免會產生一定的偏差，增大系數的取值大了，所確定的剛度就會偏大，以至于計算周期會產生偏短的現象。

2.2 計算荷載不能準確評估結構的真實質量

大多是情況下，計算荷載都會或多或少地高估結構的真實質量。對于恒載的情況，在一般設計下，計算值總會比真實值大，活荷載狀況下，一般會簡化質點質量，很難達到估計的50%均布荷載的狀況。因此在這樣兩種情況下，都會誰計算所得大于實際的結構質量，這樣所導致的結構就是是計算周期偏大。

2.3 填充墻空間分布情況

在實際設計工作中，應盡可能的使填充墻能夠均布，分布不夠均勻，再加上數量的不足，會使得剛度分布不均，導致過大的地震力附在相連的框架柱上，而且周期折減系數越小會使這種現象愈發明顯，使計算結果產生很大的差異。填充墻上的空洞缺失也會產生結構上的薄弱環節，會使結構剛度產生很大的變化，不利于穩定。而實際計算中并不能有效地反應這些剛度的變化以及填充墻產生的這些影響。填充墻頂層少會使周期降幅最大，均勻分布對周期計算的影響會小一些。

3 建議

規范規定的周期折減系數是針對實心粘土磚墻的，目前這種墻已經很少用，而在實際施工中加氣混凝土填充墻、輕骨料混凝土填充墻得到了極其廣泛的應用，這些種類的墻體材料可以以實心磚填充墻的處理方式為基礎，間接確定周期折減系數。在填充墻中存在缺失的薄弱環節下，建議在模型中加入一些等效單元來進行計算。

4 結語

第一，結構自振周期會受到很多因素的影響，雖然用周期折減系數來增加地震力的設計是很有必要的，但是它一定要在設計原則的范圍內取值，要注意結構自身的規則，要注意剛度、質量、非結構性構件在豎向以及平面上的分布。

第二，填充墻對周期折減系數有很大的貢獻，但是我們更應該注意綜合材料、分布、開洞情況等方面的影響，全面的考慮其對結構多方面的影響以及系數的折減。填充墻與框架結構是共同起作用的，因此要綜合考慮它們相互聯系的多方面因素，對分布不均的地方要進行等效單元替代來解決。

第三，在對自振周期折減系數進行研究的模型分析時，要綜合、全面地考慮多方面的因素，充分考慮非承重構件的一些信息，在最大程度上減少模型分析的誤差。

參考文獻

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