有效质量系数不满足要求的原因分析和处理

第24卷第1期

2008年1月

[文章编号]100228528(2008)0120104203

建　筑　科　学

BUILDINGSCIENCE

Vol124,No11Jan.2008

有效质量系数不满足要求的

原因分析和处理

刘民易,赵　兵

(中国建筑科学研究院)

[摘　要],,采用“总刚模型”进行设计,结构有效质量系数总不满足,以供设计人员参考。

[关键词];总刚模型

+

[中图分类号]TU311141;TU31211　　　[文献标识码]A

AnalysisandMeasurementonFulfillingtheRequirementofEffectiveMassParticipationFactor

LIUMin2yi,ZHAOBing

(ChinaAcademyofBuildingResearch,Beijing100013,China)

[Abstract]Uponanalyzingatypicalbuildingmodelwithlocallystaggeredfloors,theuseofglobalstiffnessmodelresultsintheadequacyofeffectivemassparticipationfactor.Thecausesareelaborated,andthemeasurementsareproposedforreferencetoengineers.

[Keywords]effectivemassparticipationfactor;globalstiffnessmodel

1　前　言

在SATWE软件的应用中,经常有设计人员会遇到某些工程在采用“总刚模型”进行设计时,结构有效质量系数总不满足要求。增加振型数后,结构有效质量系数变化并不明显,但采用“侧刚模型”计算时却较容易满足要求。在此,本文拟结合具体的工程实例,与广大设计人员探讨产生结构有效质量系数不满足要求的主要原因及处理方法。

平面图,见图2a、2b和2c所示

。

图1　结构三维轴侧图

2　工程实例

211　工程概况

　212　计算分析

本工程在不同计算振型数下结构有效质量系数的计算结果如表1所示。

表1　方案调整前结构有效质量系数的计算结果

地震作用方向

计算振型数有效质量系数侧刚模型

(%)总刚模型

计算振型数有效质量系数侧刚模型(%)总刚模型

—

84118

X

Y

X

Y

某工程为框架结构,共六层。其中第6层层高为4600mm,并在①～⑥与Ζ～⊥、⑥～⑧与Ζ～

ξψ[、λ ～λ 与Ζ～]之间的框架部分高度为3600mm。结构三维轴侧图如图1所示;第2、4、6层结构

[收稿日期]2007205209

[作者简介]刘民易(19712),女,工程师[联系方式]pub@http://doc.guandang.net

189917683163

399917678134

30

—84117

45

—84154—84174

—84163—85108

第1期刘民易,等:有效质量系数不满足要求的原因分析和处理

105

刚性板假定。每个楼层均只有三个自由度,六层结构共有十八个自由度。众所周知,结构的振型数不能超过有质量贡献的结构自由度总数。而十八个振型正好是刚性板假定下本工程的结构自由度总数,。

(3),由于前述弹性,,振,结构有效质量。如图3和图4所示。

图3显示,第7振型产生的局部振动主要是由于该工程存在单榀局部越层框架部分(见图2所示),该部分沿横向在第2、3层越层高度达7900mm,沿纵向在2、3、4、5层越层高度达15100mm。由

于这部分框架与主体结构联系非常薄弱,因此在高阶振型作用下较易产生局部振动

。

图2　结构平面图

　　根据表1可知,该工程采用“侧刚模型”计算时,在18个振型下,结构在X、Y向的有效质量系数均大于90%,满足规范要求。但当采用“总刚模型”计算时,18个振型所计算出的在X、Y向的有效质量系数均不满足要求。随着振型数的增加,有效质量系数有所提高,但提高得非常有限。当振型数达到45个时,与18个振型相比,X向的有效质量系数仅提高了111%,Y向的有效质量系数仅提高了614%。是什么原因使结构有效质量系数增长较慢呢?本文拟对上述计算结果进行分析。

(1)从图1、2可以看出,此结构第六层存在局部错层,错层高度为1m。设计人员在采用PMCAD软件进行结构建模时,对错层部分采用的是“降节点高”的方式实现的。虽然本工程的错层部分存在楼板,但由于采用了“降节点高”,使SATWE软件在处理错层部分的框架结构时,忽略楼板对框架结构的约束,并将错层部分的节点定义为弹性节点,从而使结构自由度数大为增加。

(2)当采用“侧刚模型”计算时,相当于采用了

图3　第7振型产生的局部振动

图4　在第6层产生的局部振动

图4表明,由于程序忽略了楼板对框架结构的约束作用,形成了许多弹性节点,从而在高阶振型作

106建筑科学

91169%,满足要求。

第24卷

用下产生了较多的局部振动。

213　方案调整

(1)由于单榀局部越层框架结构只是为了建筑

(4)本工程也可以采用另一有效方案使有效质

造型而设置,从结构的角度上分析并没有太大意义。因此经与建筑专业协商,改由建筑师采用轻质材料达到立面效果,而结构专业则在结构设计时不考虑这部分框架结构。

(2)为近似考虑楼板对框架结构的约束作用,可采用输入水平支撑的方式模拟楼板的刚度(5所示)

。

量系数满足要求,就是将第六层在SATWE软件“特殊构件补充定义”中,全层定义为“弹性膜”,然后采用“总刚模型”进行设计,在个振型下,结构有效质量系数X向为991,向为92155%,满足要,,结构有效质量系数满足要求,但由于受结构方案本身的限制,在高阶振型作用下仍然存在一定的局部振动。对于这些产生局部振动的部位,设计人员应给予一定的重视。

(6)虽然本工程即便不经过方案调整,继续加大振型数,最终也能实现有效质量系数满足要求,但对应于高阶振型所产生的局部振动,设计人员不宜忽视。

图5　修改后的第6层结构平面图

3　结　语

以上内容是笔者针对结构有效质量系数不满足

要求产生的原因及处理方法所进行的一些探讨,本文不足之处,还望批评指正。

(3)通过对结构方案进行上述调整后,在高阶振型作用下结构的局部振动得到了明显的改观,采用SATWE软件的“总刚模型”进行设计时,在27个振型下,结构有效质量系数X向为99162%,Y向为

第5届全国基坑工程学术讨论会征文通知

中国建筑学会建筑施工学术委员会基坑工程专业委员会与天津市建筑学会地基基础学术委员会将于2008年10月17～19日在天津召开第5届全国基坑工程学术讨论会,就近年来基坑工程的技术进展进行广泛的学术讨论与交流。会议由天津大学承办。

征文内容:(1)深基坑设计理论与施工技术;

(2)承压水对城区深基坑及环境的影响及技术措施;(3)逆作法设计与施工技术;

(4)软土中深基坑设计与施工关键问题;(5)其它特殊土条件下的基坑工程;(6)典型工程实例;

(7)典型深基坑工程事故。

请于2008年5月15日(以当地邮戳为准)以前将论文提交,要求同时提交电子版一份。信寄:天津市南开区卫津路92号天津大学土木工程系刘畅收(300072)(信封请注明“第5届基坑

);联系电话及传真:022227402341;电子信箱:jikengtj@http://doc.guandang.net工程会议”