有效质量系数不满足要求的原因分析和处理

[文章编号 ]100228528 (2008) 0120104203 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 建筑结构研究所 ,北京 100013) [摘 　要 ] 通过一个典型的结构模型 ,对于结构存在局部错层时 ,采用“总刚模型”进行 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ,结构有效质量系数总不满足 要求的原因进行分析 ,并就此提出了一些有效的处理方法 ,以供设计人员参考。 [关键词 ] 有效质量系数 ;总刚模型 [中图分类号 ] TU311141 ;TU312 + 11 　　　[文献标识码 ] A Analysis and Measurement on Fulfilling the Requirement of Effective Mass Participation Factor LIU Min2yi , ZHAO Bing ( China Academy of Building Research , Beijing 100013 , China) [ Abstract ] Upon analyzing a typical building model with locally staggered floors , the use of global stiffness model results in the adequacy of effective mass participation factor. The causes are elaborated , and the measurements are proposed for reference to engineers. [ Keywords] effective mass participation factor ; global stiffness model [收稿日期 ] 2007205209 [作者简介 ] 刘民易 (19712) ,女 ,工程师 [联系方式 ] pub @pkpm. cn 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。 2 　工程实例 211 　工程概况 某工程为框架结构 ,共六层。其中第 6 层层高 为4 600 mm ,并在 ①～ ⑥与 Ζ ～ ⊥ 、⑥～ ⑧与 Ζ ～[ 、λξ～ λψ与 Ζ ～ ] 之间的框架部分高度为3 600 mm。结构三维轴侧图如图 1 所示 ;第 2、4、6 层结构 平面图 ,见图 2a、2b 和 2c 所示。 图 1 　结构三维轴侧图 　 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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 调整前结构有效质量系数的计算结果 地震作用方向 X Y X Y 计算振型数 18 30 有效质量系数 ( %) 侧刚模型 总刚模型 99176 83163 9917678134 —84117 —84154 计算振型数 39 45 有效质量系数 ( %) 侧刚模型 总刚模型 — 84118 —84163 —85108 —84174 第 24 卷第 1 期 2008 年 1 月 建 　筑 　科 　学 BUILDING SCIENCE Vol124 ,No11 Jan. 2008 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 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 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 1 m。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 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 , 因此结构有效质量系数能够满足要求。 (3) 当采用“总刚模型”计算时 ,由于前述弹性 节点的大量存在 ,从而使结构自由度数大为增加 ,振 型数也应该相应增加。对于本工程 ,结构有效质量 系数增加得很慢的主要原因是由于弹性节点引起的 局部振动所造成的。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7 900 mm ,沿纵向在 2、3、4、5 层越层高度达15 100 mm。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 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 501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 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 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 (如图 5 所示) 。 图 5 　修改后的第 6 层结构平面图 　 (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 91169 % ,满足要求。(4) 本工程也可以采用另一有效方案使有效质量系数满足要求 ,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 36 个振型下 ,结构有效质量系数 X 向为 99130 % , Y 向为 92155 % ,满足要求。(5) 需要说明的是 ,虽然通过方案调整使结构的局部振动得到了明显的改善 ,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。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。 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 工程会议”) ;联系电话及传真 :022227402341 ;电子信箱 :jikengtj @yahoo. cn 601 建 筑 科 学 第 24 卷