關(guān)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系的水平抗震性能探討

中圖分類號(hào)：TU 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-925X(2012)O8-0106-01

摘要：通過理論研究與分析，介紹了探討了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用下的整體空間工作性能，并對(duì)網(wǎng)架在水平抗震特性進(jìn)行研究，進(jìn)而簡(jiǎn)單介紹了目前網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系水平抗震設(shè)計(jì)方法，為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與健檢測(cè)系統(tǒng)的安全評(píng)估提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系 自振特性 水平抗震

近年來(lái)，隨著時(shí)代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多外形美觀、受力合理并具有創(chuàng)新意識(shí)的建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在人們的視野中，其中大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家建筑科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一，我國(guó)在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方面的理論和實(shí)踐方面投入了較大的力量，取得了顯著的進(jìn)展。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系是由很多桿件從2個(gè)或多個(gè)方向有規(guī)律地組成高次超靜定結(jié)構(gòu)，屬于空間柔性結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的抗震研究，主要集中在豎向地震作用的計(jì)算，這是因?yàn)閮H針對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)本身來(lái)研究其水平地震作用下的反應(yīng)，通常得出的結(jié)論是水平地震作用下的反應(yīng)比較小。而網(wǎng)架結(jié)構(gòu)多用于高大空曠房屋，支撐系統(tǒng)要和網(wǎng)架共同承受水平地震作用，網(wǎng)架良好的空間剛度正好提供了這種可能，因此對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系在水平地震作用下的反應(yīng)應(yīng)給與足夠的重視。

1、工程案例

新疆烏恰影劇院在1985年遭遇了強(qiáng)烈地震，對(duì)其進(jìn)行震害分析也表明：由于在結(jié)構(gòu)布置時(shí)，將舞臺(tái)屋面大梁與網(wǎng)架同時(shí)放在由臺(tái)口大梁支承的圈梁之上，從而造成舞臺(tái)屋面與網(wǎng)架上的大部分荷載都集中在同一水平位置之上，但沒有抗測(cè)力支承構(gòu)件，在地面運(yùn)動(dòng)水平分量作用下，支承結(jié)構(gòu)沒有足夠的抗側(cè)剛度，只有通過網(wǎng)架上弦來(lái)傳遞強(qiáng)大的慣性力。而門廳一端是剛性較大的框架結(jié)構(gòu)，不能相應(yīng)地發(fā)生振動(dòng)，致使網(wǎng)架上弦桿普遍產(chǎn)生較大的內(nèi)力，尤其是靠近舞臺(tái)口的上弦桿內(nèi)力急劇增加。而網(wǎng)架端部上弦是靜內(nèi)力較小之處，按靜力設(shè)計(jì)的原桿件截面也是較小的。因此，造成這部分桿件產(chǎn)生失穩(wěn)破壞，導(dǎo)致桿件屈曲與支座脫落。可見，對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)整個(gè)網(wǎng)架體系進(jìn)行【1】。

2、網(wǎng)架的自振特性

⑴網(wǎng)架結(jié)構(gòu)頻率相當(dāng)密集，尤其在低頻率階段更為顯著。網(wǎng)架的頻率密集程度較其他結(jié)構(gòu)更為明顯，特別是水平振型類密集區(qū)域，會(huì)出現(xiàn)相鄰2個(gè)頻率相等或接近的情況；⑵常用周邊支承網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的前三個(gè)自振周期存在一定的近似比例關(guān)系。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基頻或基本周期與結(jié)構(gòu)短向跨度大小有關(guān)，即跨度越大則基頻越小，基本周期越大；⑶振型分為水平振型與豎向振型兩類，振型類型與網(wǎng)架邊界的約束條件有很大關(guān)系。

3、計(jì)算原則與計(jì)算模型

計(jì)算網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系水平地震內(nèi)力的方法與計(jì)算豎向地震內(nèi)力的方法是一樣的，仍采用振型分解反應(yīng)譜法或時(shí)程分析法。通常將地震時(shí)水平地面運(yùn)動(dòng)分解為相互垂直的兩個(gè)水平運(yùn)動(dòng)分量，計(jì)算水平地震作用和水平地震反應(yīng)時(shí)，一般只需考慮其中較大的一個(gè)，而且假定作用在結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較小的方向。根據(jù)“抗震規(guī)范”的規(guī)定，在計(jì)算地震反應(yīng)時(shí)一般不對(duì)各地面運(yùn)動(dòng)分量的反應(yīng)加以組合，可分別進(jìn)行其反應(yīng)的計(jì)算，并考慮1.3的系數(shù)后與靜內(nèi)力組合。

在研究水平地震作用時(shí)，要考慮整個(gè)體系，由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屬于高次超靜定柔性結(jié)構(gòu)，雖然桿件間的連接多為焊接空心球連接，但桿件更多地表現(xiàn)出二力桿的性質(zhì)，處于正常工作狀態(tài)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件的軸向應(yīng)力在結(jié)構(gòu)承載過程中的復(fù)合內(nèi)力中所占的比重較大，因而網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算簡(jiǎn)圖是一個(gè)空間鉸接桿系，計(jì)算時(shí)通常將柱子及下部結(jié)構(gòu)作以下三種簡(jiǎn)化：

⑴將柱子作為桿件直接參與計(jì)算，考慮柱子的抗彎剛度和軸向剛度。柱子下端為嵌固端，上端與網(wǎng)架鉸接。

⑵考慮網(wǎng)架支座有水平方向彈性約束，計(jì)算下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，作為網(wǎng)架水平方向彈性約束的彈簧剛度。

⑶上述⑴和⑵結(jié)合。既考慮柱子的剛度又將其它輔助構(gòu)件的剛度簡(jiǎn)化為彈性約束。

4、水平抗震特性

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系的整體空間工作特征明顯，在分析一個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工程的水平地震效應(yīng)時(shí)，由于下部結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度對(duì)計(jì)算結(jié)果影響將很大（如柱子側(cè)移將極大地影響網(wǎng)架桿件的水平地震內(nèi)力，且在考慮整體空間工作時(shí)，當(dāng)結(jié)構(gòu)整體橫向剛度相對(duì)于網(wǎng)架豎向剛度較小時(shí)，將表現(xiàn)為水平振動(dòng)特性），必須認(rèn)真研究和測(cè)算它們的剛度取值，并合理確定其計(jì)算模型，進(jìn)行整體計(jì)算分析，以期得到盡可能切合實(shí)際的結(jié)果。

5、水平地震內(nèi)力的分布

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系的水平地震內(nèi)力有其自己的分布規(guī)律，它與豎向地震內(nèi)力分布明顯不同：上下弦桿是邊緣內(nèi)力最大，向跨中逐漸減小，腹桿是邊緣小，向跨中逐漸增大，且水平地震內(nèi)力系數(shù)并不符合圓錐形的分布規(guī)律。實(shí)驗(yàn)分析表明水平地震引起的質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能由柱頂沿網(wǎng)架上弦向跨中傳遞與擴(kuò)散，由于網(wǎng)架的變形而逐漸被吸收，到跨中就很小了，這也體現(xiàn)了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系的水平地震內(nèi)力的分布特點(diǎn)【2】。

6、結(jié)論

⑴“網(wǎng)架規(guī)程”規(guī)定：7度可不進(jìn)行水平抗震驗(yàn)算，8度區(qū)對(duì)周邊支承的中小跨度網(wǎng)架一般可不進(jìn)行水平方向抗震驗(yàn)算。但在8度區(qū)，跨度較大的或較重要的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行水平方向的抗震驗(yàn)算。

⑵網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的水平抗震驗(yàn)算應(yīng)該對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行。特別是要認(rèn)真研究下部支承結(jié)構(gòu)，具體分析各類構(gòu)件的抗側(cè)剛度，確定合適的計(jì)算模型。實(shí)際中，由于建行物的形式各異，網(wǎng)架支承系統(tǒng)的構(gòu)造很不相同，不宜像豎向抗震驗(yàn)算那樣，提出一個(gè)地震內(nèi)力系數(shù)，用實(shí)用分析方法計(jì)算，具體情況應(yīng)具體分析。

⑶網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系的水平地震反應(yīng)與下部支承結(jié)構(gòu)的剛度密切相關(guān)，所以在進(jìn)行水平抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將網(wǎng)架與下部結(jié)構(gòu)一起予以考慮，選擇合適的下部結(jié)構(gòu)剛度，以使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系受力合理。

參考文獻(xiàn)：

[1]張毅剛，薛素鐸等．大跨空間結(jié)構(gòu)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008．

[2]張毅剛，孔祥和．網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系的水平抗震性能[J]．建筑工業(yè)，1998，28（7）：11-15．

[3]李寧遠(yuǎn)．網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析[J]．國(guó)外建材科技，2004，25（6）：107-108．