貨架鋼結(jié)構(gòu)阻尼比取值問(wèn)題探討

• event2022-12-09 16:51:52
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阻尼比是貨架鋼結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，取值在0.00~1.00之間。阻尼比取值浮動(dòng)一個(gè)百分點(diǎn)，整個(gè)結(jié)構(gòu)的造價(jià)就可能浮動(dòng)十個(gè)百分點(diǎn)。

一、阻尼與阻尼比

阻尼就是使自由振動(dòng)衰減的各種摩擦和其他阻礙作用。風(fēng)吹樹(shù)晃，但是風(fēng)停后樹(shù)不會(huì)一直晃下去，晃動(dòng)幅度逐漸減小趨零，這就是阻尼的作用。阻尼比在土木、機(jī)械、航天等領(lǐng)域是結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的一個(gè)重要概念，表示了結(jié)構(gòu)在受激振后振動(dòng)的衰減形式。阻尼比指阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比，表示結(jié)構(gòu)體標(biāo)準(zhǔn)化的阻尼大小，是無(wú)單位量綱。

二、影響因素

阻尼比描述結(jié)構(gòu)在振動(dòng)過(guò)程中某種能量耗散，引起結(jié)構(gòu)能量耗散的因素（或稱之為影響結(jié)構(gòu)阻尼比的因素）很多，在土木工程中主要有：

1、材料阻尼、這是能量耗散的主要原因。

2、周圍介質(zhì)對(duì)振動(dòng)的阻尼。

3、節(jié)點(diǎn)、支座連接處的阻尼。

4、通過(guò)支座基礎(chǔ)散失一部分能量。

5、結(jié)構(gòu)的工藝性對(duì)振動(dòng)的阻尼。

三、取值

對(duì)于多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011-2010第8.2.2條規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的阻尼比宜符合下列規(guī)定：多遇地震下的計(jì)算，高度不大于50m時(shí)可取0.04；高度大于50m且小于200m時(shí)，可取0.03；高度不小于200m時(shí)，宜取0.02。

相對(duì)于建筑鋼結(jié)構(gòu)，貨架鋼結(jié)構(gòu)有其特殊性：

1、貨架鋼結(jié)構(gòu)一般是冷彎薄壁型鋼構(gòu)件組成，構(gòu)件之間的連接主要是機(jī)械式插接與螺栓連接；

2、貨架鋼結(jié)構(gòu)主要承受的是貨物活荷載，貨物活荷載與結(jié)構(gòu)本身的自重的比值，要遠(yuǎn)大于建筑鋼結(jié)構(gòu)；

3、貨架鋼結(jié)構(gòu)的貨物物質(zhì)狀態(tài)是不定的，貨物的裝載率是會(huì)變化的。

因此，貨架鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比不應(yīng)完全按照建筑鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)定取值（如GB/T 39830-2021），而是應(yīng)該通過(guò)測(cè)試?yán)鄯e經(jīng)驗(yàn)值。

歐洲貨架抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《EN 16681:2016 Steel static storage systems-Adjustable pallet racking systems-Principles for seismic design》根據(jù)測(cè)試結(jié)果，規(guī)定空載貨架的阻尼比應(yīng)取0.03（空載貨架抗震好像沒(méi)有什么意義）。對(duì)于滿載貨架，EN 16681并沒(méi)有給出阻尼比取值，而是在一個(gè)參數(shù)ED3中考慮了阻尼的作用。ED3是考慮地震作用下貨架鋼結(jié)構(gòu)的耗能現(xiàn)象之后，對(duì)參考設(shè)計(jì)地震反應(yīng)譜的折減，取0.8。筆者認(rèn)為，該標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)的意思應(yīng)該是，貨架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中阻尼比取0.03，但是地震力的計(jì)算要進(jìn)行一定程度的折減（折減反應(yīng)譜）。

根據(jù)John A. Blume等的測(cè)試（John A. Blume & Associates. 1973. Seismic Investigation of Steel Industrial Storage Racks. Report prepared for the Rack Manufacturer’s Institute, San Francisco, CA, 43 p.），認(rèn)為在地震激勵(lì)下貨架鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比合理的取值為0.05。