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关于大幅度放宽结构层间位移角的再讨论
结构的层间位移角是衡量结构刚度及变形的是结构中、上部楼层的位移角,而此部位楼层的受力往往很小,大多数情况下,剪力墙、柱非受力所需的计算配筋而是构造配筋。同时,也不能由此推知底部受力变形最大的楼层的受力情况,不能推知剪力墙、柱是否开裂。
4、结构中上部楼层的位移角限值过于严格,造成建筑物的刚度需求过大,其直接后果就是结构的自重增大、地震反应增大,除造成投资的浪费外,反而对结构抗震不利。
最大层间位移角1/1000,顶点 位移约H/1300;如果大幅度放松至1/300,顶点位移约H/400,则基底剪力约降低为原来的 ,加之减少了剪力墙、减少了结构自重,减少基底剪力将超过一半,对8度及以上高烈度区意义更大。
5、按国标《抗规》规定,扣除结构整体弯曲的影响,所得最大有害层间位移角一般在结构底部楼层,虽然可以比对试验结果,但不能控制建筑物中上部楼层的水平位移。
6、从上述试验结果看,剪力墙出现裂缝时的层间位移角在1/434~1/3134之间,可见按位移角不大于1/1000为标准来控制显得过于粗略。或者过于保守,混凝土墙远未开裂;或者混凝土墙早已经开裂。
7、与剪力墙试验结果的比对,对于单片剪力墙是如此,但对众多剪力墙组成的抗侧力结构却完全不同。对于结构中不同位置的剪力墙,在水平荷载作用下,相同层间位移角,各剪力墙的受力却可能差异较大。结构中和轴附近的剪力墙可能小偏心受压,没有裂缝;远离中和轴的剪力墙可能大偏心受压,即截面中有受拉区,混凝土可能开裂。以控制结构层间位移角的方法保证剪力墙、柱混凝土不开裂实际上并没有根据。
四、小结与建议:大幅度放宽结构的层间位移角限值
1、规定结构层间位移角限值是为了保证结构有必要的刚度。这是因为:
a、避免非结构构件如玻璃幕墙、内隔墙等因结构过大的变形而破坏。
b、避免结构过大的侧向变形加剧P- Δ效应,恶化结构的受力。
c、避免在较大风作用下产生令人不舒服的低频振动。
d、避免结构过大的变形影响设备的正常运行。
2、结构构件的受力计算与层间位移角无关。可以通过各种结构分析方法(弹性、弹塑性、几何非线性、材料非线性、甚至考虑时间因素的粘弹塑性等等)求解结构构件的内力。在此基础上进行构件截面承载力的设计计算。
3、基于上述第一点的理由,层间位移角限值无需区分结构类型,无论框架结构还是筒体结构,无论剪力墙结构还是框架-剪力墙结构,也无论是混凝土结构、钢结构还是混合结构。
4、重现期50、100年的风荷载和地震荷载属短期荷载,需进行构件承载力极限状态验算,一般无需限制墙、柱的混凝土是否开裂。有特别要求的,可由构件截面设计加以解决。
5、考虑到设计上的方便,可采用《混凝土高规》的做法,不扣除结构整体弯曲的影响,但大幅度放宽层间位移角限值。重现期50年风荷载作用下只需控制结构的顶点位移,一般1/500~1/400;小震作用下层间位移角1/350~1/300。之所以不是钢结构的1/250,是考虑对混凝土结构刚度的折减。
6、我国规范对大震作用下结构的弹塑性位移角的限值也偏严格,如剪力墙,我国1/120、1/100;美、日、欧1/50;最新的美国洛杉矶高规(2014)1/33;试验>1/50。建议可以参照美、日、欧的限值大幅度放宽,抗震性能等级D级采用1/50,B、C级适当严格。
五、广东省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会东莞会议纪要关于结构层间位移角限值的提法
近年来,我省高层、超高层建筑不断推出,由于现行规范中结构层间位移角限值偏严格导致设计的不合理,在沿海设计风压较大及地震烈度较高的部分地区问题尤为突出。在满足下列条件的情况下,按弹性方法计算的50年一遇风荷载作用下楼层的层间位移角可按以下限值控制:
框架结构不宜大于1/400;高150米及以下的框架-剪力墙、框架-核心筒结构不宜大于1/500,剪力墙结构不宜大于1/600;高250米及以上结构不宜大于1/400;高150米~250米之间可内插确定;钢结构不宜大于1/250;小震作用下楼层的层间位移角可按上述限值控制,但应进行中、大震抗震性能设计,大震作用下弹塑性层间位移角限值按现行规范规定执行。
1. 满足结构填充墙、内隔墙、幕墙等非结构构件对主体结构的刚度需求,不因结构变形而引起损坏。
2. 满足风荷载作用下的舒适度验算要求。验算时,混凝土结构的阻尼比不大于2%,%,钢结构的阻尼比不大于1%。
3. 满