建筑结构阻尼比选择

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1、建筑结构阻尼比一、阻尼比用于表达结构阻尼的大小,是结构的动力特性之一,是描述结构在振动过程中某种能量耗散的术语,引起结构能量耗散的因素(或称之为影响结构阻尼比的因素)很多,主要有:(1)材料阻尼、这是能量耗散的主要原因。(2)周围介质对振动的阻尼。(3)节点、支座联接处的阻尼(4)通过支座基础散失一部分能量。结构类型和材料分类给出了共一般分析采用的所谓典型阻尼比的值。综合各国情况,钢结构的阻尼比一般在 0.010.02 之间(单层钢结构厂房可取 0.05) ,钢筋混凝土结构的阻尼比一般在 0.030.08 之间。以上的典型阻尼比的值即为结构动力学在等效秥滞模态阻尼中,采用的阻尼比的值。在等效秥

2、滞模态阻尼中,混凝土结构刚性较大,而且破坏过程(钢筋屈服和混凝土破碎)中也能够吸收大量能量;钢结构较为柔软主要通过弹塑性变形吸收能量,较混凝土而言脆断的可能性低得多,变形量也较大,一般认为 10 层以下的钢结构建筑物基本不会发生倒塌事故。综上可以看出,钢结构体系变形大,破环程度小是其优势,钢结构抗震方面的优势更多是从材料较轻,承载力高,地震过程中弹塑性变形较大,基本不会发生断裂,构造措施(如柱间支撑)等方面表现出来的。二、现行设计规范关于结构阻尼比的取值内容:GB50011-2010 建筑抗震设计规范规定:第 515 条:建筑结构地震影响系数曲线(图 515)的阻尼调整和形状参数应符合下列要求

3、:1 除有专门规定外,建筑结构的阻尼比应取 0.05,。其中专门规定有:8 多层和高层钢结构房屋中 82 计算要点中第 822 条钢结构抗震计算的阻尼比宜符合下列规定:1 多遇地震下的计算,高度不大于 50m 时可取 0.04;高度大于 50m 且小于 200m 时,可取0.03;高度不小于 200m 时,宜取 0.02。2 当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的 50时,其阻尼比可比本条 1 款相应增加 0.005。3 在罕遇地震下的弹塑性分析,阻尼比可取 0.05。9 单层工业厂房中 92 单层钢结构厂房中第 9.2.5 条单层厂房的阻尼比,可依据屋盖和围护墙的类型,

4、取 0.0450.05。其中条文说明:925 通常设计时,单层钢结构厂房的阻尼比与混凝土柱厂房相同。本次修订,考虑到轻型围护的单层钢结构厂房,在弹性状态工作的阻尼比较小,根据单层、多层到高层钢结构房屋的阻尼比由大到小变化的规律,建议阻尼比按屋盖和围护墙的类型区别对待。10 空旷房屋和大跨屋盖建筑中第 1028 屋盖钢结构和下部支承结构协同分析时,阻尼比应符合下列规定:1 当下部支承结构为钢结构或屋盖直接支承在地面时,阻尼比可取 0.02。2 当下部支承结构为混凝土结构时,阻尼比可取 0.0250.035。其中条文说明:本条规定了整体、协同计算时的阻尼比取值。屋盖钢结构和下部混凝土支承结构的阻尼

5、比不伺,协同分析时阻尼比取值方面的研究较少。工程设计中阻尼比取值大多在 0.0250.035 间,具体数值一般认为与屋盖钢结构和下部混凝土支承结构的组成比例有关。根据位能等效原则提供两种计算整体结构阻尼比的方法,供设计中采用。方法一:振型阻尼比法。方法二:统一阻尼比法。高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010 中 11 混合结构设计中第 1135 混合结构在多遇地震作用下的阻尼比可取为 0.04。风荷载作用下楼层位移验算和构件设计时,阻尼比可取为 0.020.04。门式刚架轻型房屋钢结构技术规程:CECS102-2002 中 3.1 设计原则中 3.1.6 门式刚架轻型房屋钢结构的地震作

6、用效应可采用底部剪力法分析确定。抗震验算时,结构的阻尼比可取 0.05。构筑物抗震设计规范 GB 50191-2012 中第 519 构筑物的阻尼比除本规范另有规定外,其余均可按 0.05 采用。第 721 钢框排架结构的阻尼比可取 0.03。第 822 锅炉钢结构在多遇地震下的阻尼比,对于单机容量小于 25MW 的轻型或重型炉墙锅炉可采用 0.05,对于.。第 924 钢筒仓在多遇地震下的阻尼比可取 0.03,在罕遇地震下的阻尼比可取 0.04。第 1023 钢筋混凝土井架的阻尼比可取 0.05。钢井架在多遇地震下的阻尼比可取0.03,在罕遇地震下的阻尼比可取 0.04。第 1123 钢筋混

7、凝土井塔的阻尼比可取 0.05。钢井塔在多遇地震下的阻尼比可取0.03,在罕遇地震下的阻尼比可取 0.04。第 1327 电视塔阻尼比可按表 13.2.7 选取。根据以上规范规定,除以上列出的结构外,阻尼比基本取 0.05。考虑扭转耦联振型的情况 首先,计算结构的耦联振型时,与后面要计算哪个方向的地震作用,是两个完全独立的过程,即便后面仅仅选择计算一个方向的地震作用,比如 X 方向,这时统计各层地震作用标准值时依然要采用考虑每层三个自由度的耦联振型,因为结构的耦联振型是结构的固有特性,不会因为要计算哪个方向的地震作用而发生改变。振型分解反应谱法的实质就是得到固有特性(振型) ,再利用求解得到的

8、振型去统计地震作用,就是地震荷载当量,有了地震荷载当量,计算地震内力是一个静力求解过程,所以用振型分解反应谱法算地震内力,结构从来没真正的“振动”起来。真正振动起来的情况是动力时程分析。 结构的每阶振型都会对在各个自由度的各个方向上形成一个地震荷载当量,对结构施加该振型的所有地震荷载当量进行一个静力分析,就可以得到该振型造成的地震效应值(例如截面弯矩、剪力等) 。依次类推,每阶振型都能得到其对应的效应值。而实际的地震效应值肯定要综合考虑各阶振型的耦合,这就有了高规中的 3.3.11-5 式,把各阶振型的地震效应值通过这种特定的方式累加起来,当然累加计算的方式主要涉及到各阶振型的周期和振型阻尼。

9、从这个角度来说,通过振型分反应谱法计算地震内力,有两次涉及到“耦合” ,第一次是计算振型的时候,考虑了各楼层的转角自由度,是一个考虑平动和扭转变形耦合的振型求解过程,第二次“耦合”就是确定了各阶振型的地震内力后,通过 3.3.11-5 式耦合得到实际的地震内力(地震效应值) 。 综上所述,振型分解反应谱的特点就是求振型和求地震内力是两个几乎不关联的过程,方法是固定的,satwe 也不例外,所以设置 satwe 参数时就知道了地震作用计算方法里面的“总刚”和“侧刚”的真实含义,就是用来做振型分解和统计地震当量荷载的,选择总刚算法,结构模型中的每个节点的每个自由度都会给统计一个当量荷载,选择侧刚算法,按照每个楼层三个自由度考虑。地震当量荷载确定之后,就是静力求解了,静力求解同样会涉及到结构的刚度矩阵,如果前面计算地震作用采用的是“总刚”算法,其实结构的刚度矩阵已经有了,甚至是完成矩阵分块的一个总刚,这样静力求解可以直接用它,加上位移边界,就可以求解节点位移,进而计算梁、柱、墙、弹性板内力。

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