[转贴]： 突出屋面高耸栏板的抗震和抗风设计验算

天放

看到此帖，感觉很实用，特转贴如下，如有重复，请版主删除。
[B]突出屋面高耸栏板的抗震和抗风设计验算

刘高旺


(福建武夷建筑设计所　362000)

　　提要：突出屋面的高耸栏板是——质量沿高度连续分布，侧向刚度较小的构件，地震作用影响与屋面的小塔楼区别很大。计算风荷工载时，风荷取值爱风振系数影响较大。本文就此讨论了突出屋面的高耸栏板的抗震和抗风验算方法。
　　关键词：屋面高耸栏板　抗震　抗风


The ways of Asismic and Bering wing computtians of resisting the pneumatic of the bannister over roofage.

Liu gaowang　(Fujian Wuyi architectural Design Instiute 362000)


　　Abstract:The banister over roofage is the one which the quality goes with the hight contiauely and minimam side in tension component,the earth quake effect is much more different from roofage tower building.When calculate the pneamatic load,the data of it was influented much by the pneamatid quotiety,The text as follows biscuss the ways of asismic and beaing wing computations of resisting the pneumatic of the bannister over roofage.
　　Keywords:pneumatic of the bannister over roofage　 asismic　 bearing　 wing
　　
　　一、概述
　　由于建筑造型要求，突出屋面高耸栏板经常被采用。结构上常使用构造来满足这类构件的坑震抗风要求。由于该类构件抗风抗震验算方法很少论及，主体的计算时又难以顾及到，对高耸栏板水平地震作用和风荷作用的大小，设计人员往往心中无数。文本将突出层面的高耸栏板与主体结构分开，将主体结构作为高耸的栏板的场地，以基底剪底力法计算它的水平地震作用；考虑高耸的栏板侧向刚度远小于主体，而地震作用时，高耸栏板与主体连成一体，高耸栏板必然受突出屋面建筑鞭梢效应的影响，将前者计算结果加以放大，高耸栏板侧向刚度很小，若将它作为个体单独计算，其自振周期较长，作用在其上的风荷受振脉动系数的影响较大。风荷载计算时着重考虑这一因素的影响。
　　最后本文分别作抗震设计时风荷载与地震荷载的组合计算和抗风设计的地震荷载与风荷载的组合计算。以此来验算屋面高耸栏板的抗震抗风承载力。本文方法计算简例，计算结果可为屋面高耸栏板的设计提供参考，具有一定的实用价值。
　　二、水平地震荷载作用计算
　　考虑突出屋面高耸栏板质量和刚体沿高连续分布，与突出屋面小塔楼区别较大，以主体结构为场地采用基底剪力法计算高耸栏板地震力时，将栏板沿高n等分，认为栏板沿高具有n个分布质量，如图一。高耸栏板底水平地震剪力表示为
　　Q=α1Geq (1)
　　对于多质点体
　　Geq=0.85GE (2)
　　Q=0.85α1GE (3)
　　其中：Geq——结构等效总重力荷载
GE——总重力荷载代表值，
GE——等于悬臂栏板的总重理GK。
α1——对应于结构基本周期的水平地震影响系数。
当0.1s?T1?Tg　　　α=αmax
　　当Tg＜T1<3.0s　　α1(Tg)/(T1)αmax
　　Tg——场地特征周期，因地震影响系数反映场地加速度与结构地震响应的谱加速度之间的比值关系，此处场地周期近似取主体结构的第一自振周期。
ω1=(∫hq(z)Z(z)dz)/(∫hρZ2(z)dz) (4)
　　T1=2π/ω1 (5)
　　其中：ρ——单位高度1米宽栏板质量；
q2——近似采用栏板的分布质量；
　　Zz——qz作用下栏板z高度处的水平位移
　　要确定(3)式中的地震影响系数α1，须先确定αmax，在某一周期Tg下谱加速过度可以取得的最大值，为此对应不同地震烈度I，α(max)(I)不同。场地地震烈度I与场地加速度的关系如下：
α=10 (Ilg2-0.01) (6)
　　其中：a——场地加速度
I——场地地震设烈度
　　因主体结构屋面加速度响应远大于主体结构场地加速度，当主体结构的场地设防烈度7度时，取主体结构屋面的地震设防烈度9度。查表得amax=0.39,突出屋面高耸栏板侧向刚度远小于主体结构，它们一起受地震作用时，必然产生鞭梢效应，虽然前面已将主体屋面作为场地而将地震烈度放大，但考虑鞭梢效应主要是由于侧向刚度的较大差异引起的，因此本文计算高耸栏板地震力时仍因鞭梢效应将前者计算结果乘以入大系数β
Q′=βQ (7)
　　β值近似采用突出屋面小塔楼的地震力放大系数，按规范取β=3.0
　　要计算栏板上地震力的作用效应，还须得到水平地震力在栏板上的分布，因侧向刚度很小，第一振型起控制作用，栏板上的水平地震力近似为倒三角分布

　　算例一，某三层结构物，主体结构第一自震周期T=0.23s，高10.3m，其屋面上有一高3m的底顶同宽的突出栏板，初步确定栏板厚20cm，现计算其水平地震作用。
　　解：1.悬壁栏板第一自振周期，由本文(5)式得：
ω1=8.131/s
　　T1=2π/ω1=6.77(s)
　　2.Tg=0.23s＜T1=0.77s＜3.0s按I类场地查图表：α1=(Tg/T1)0.9α(max)=0.28αmax
　　αmax=0.32
　　α1=0.0896
　　3.取单位宽度计算
　　Q=0.85α1Gk=1.14(kN)
　　Q′=βQ=3.0×1.141(kN)=3.42(kN)
　　4.倒三角分布水平地震作用最大值
　　FEK(h)=2.28(kN/m2)
　　三、风荷载计算
　　按风荷载规范，垂直于栏板表面的风压标准值：
　　WK=βzμsμW0 (8)
　　βz=1+ξγΦ(z)/μz (9)
　　式中：W0——基本风压；
μs——风荷载体型系数；
μz——风压高度变化系数；
ρz——风振系数；
ξ——脉动增大系数；
Φ(z)——振型系数；
γ——脉动影响系数。
　　根据建筑结构荷载规范(GBJ9-87第6.4.1条基本自振周期T1＞0.25S的塔架，桅杆，烟囱等高耸结构应采用风振系数来考虑压脉动影响。由于风的卓越周期通常在1分钟以上，较主体结构或单独计算的高耸栏板自振周期大很多，而主体结构和高耸栏板的动力特性差异较大，风动力作用时忽略主体结构与栏板动力响应耦连，直接将突出屋面的高耸栏板作边单独的构筑物来考虑。以(4)式计算高耸栏板的周期T1，查表得脉动增大系数ξ。脉动影响系数γ为考虑风压脉动和空间相关性的影响系数，计算非常复杂。由于高耸栏板质量和外形沿高分布较均匀故查表确定γ，对高小于10m的栏板，本文近似采用高10m的数据。对振型系数Φ(z)查表6.4.5或按下式计算
Φ(E)=tg［(π)/(4)((z)/(h))0.7］ (10)
算例2，基本风压W0=0.65kN，地面精糙度B，试算算例1中栏板所受风压标准值WK。
　　解1.查表得：μs=1.3　μ=1.1
2.确定β2值
　　W0T21=0.65×0.772=0.385
　　查表得：ξ=1.335
　　地面粗糙使B、查表γ=0.72
βZ=1+(ξγΦ(z))/(μz)=1+0.96tg［(π)/(4)((E)/(h)0.7］
　　栏板仅3m，近似认为Φ(z)线性分布
　　βE=1+0.96z/h=1+0.32z
　　确定Wu如图四
　　WK=(1+0.32z)×1．3×1．1×0．65=0.93+0.297z
　　四、地震荷载和风荷载组合
　　悬臂栏板水平方向受地震荷载和风荷载作用。抗震设计时风荷载的组合系数为W=0.2;抗震规范没有设置考虑作用的组合系数。但在验算构件承载力设计值时，中设置承载力调整系数γRE,其值在0.75-0.85之间，等同旧规范TJ11-78中安全系数或组合内力降低系数0.8。据此在抗风设计时取地震内力降低系数γRE=0.75。
　　算例3　试计算算例1，2中悬臂栏板的抗震和抗风设计内力组合设计值。
　　解：MER=(2)/(3)h((1)/(2)h*FEkh=(2)/(3)×3×((1)/(2)×3×2.28)=6.84(kN.m)
MW=(1)/(2)×0.93×h2×(2)/(3)h［(1)/(2)×h×(1.82-0.93)］=6.85(kN.m)
1.抗震设计时风荷载与地震荷载组合
　　M1=1.3M?EK+0.28MW=10.81
　　2.抗风设计时地震荷载与风荷载组合
　　M2=1.4MW+0.75×1.3MEK=16.26(kN)
　　五、讨论
　　1.突出屋面的高耸栏板，其侧向刚度较小，风荷载的取值受风振的影响较大，风荷载对承载力起主要控制作用，而且高耸栏板的高度越大，风荷载的控制作用越明显。
　　2.突出屋面栏板的抗震抗风设计计算若采用有限元法电算，则非常复杂，而且计算结果受计算参数选用的影响很大，在实际工程中应用意义不大。本文方法使用简便，并且考虑了各种因素对栏板抗震抗风载力的影响，其计算结果对栏板的设计具有参考价值和实用意义。

六、参考文献
　　［1］陈富《建筑结构新规范综合应用手册》中国建筑工业出版社，1993.10
　　［2］刘大海，杨翠如　《高层建筑结构方案优选》中国建筑工业出版社，1996.6
　　［3］刘惠珊、张在明《地震区的场地和地基基础》中国建筑工业出版社，1994.5
　　［4］杨天祥　《结构力学》高等教育出版社，1987.2[/B]

     说明：本帖转自国勤论坛