阻尼比是貨架鋼結構抗震計算中的一個關鍵參數,取值在0.00~1.00之間。阻尼比取值浮動一個百分點,整個結構的造價就可能浮動十個百分點。
一、阻尼與阻尼比
阻尼就是使自由振動衰減的各種摩擦和其他阻礙作用。風吹樹晃,但是風停后樹不會一直晃下去,晃動幅度逐漸減小趨零,這就是阻尼的作用。阻尼比在土木、機械、航天等領域是結構動力學的一個重要概念,表示了結構在受激振后振動的衰減形式。阻尼比指阻尼系數與臨界阻尼系數之比,表示結構體標準化的阻尼大小,是無單位量綱。
二、影響因素
阻尼比描述結構在振動過程中某種能量耗散,引起結構能量耗散的因素(或稱之為影響結構阻尼比的因素)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、周圍介質對振動的阻尼。
3、節點、支座連接處的阻尼。
4、通過支座基礎散失一部分能量。
5、結構的工藝性對振動的阻尼。
三、取值
對于多層和高層鋼結構房屋,《建筑抗震設計規范》GB 50011-2010第8.2.2條規定,鋼結構抗震計算的阻尼比宜符合下列規定:多遇地震下的計算,高度不大于50m時可取0.04;高度大于50m且小于200m時,可取0.03;高度不小于200m時,宜取0.02。
相對于建筑鋼結構,貨架鋼結構有其特殊性:
1、貨架鋼結構一般是冷彎薄壁型鋼構件組成,構件之間的連接主要是機械式插接與螺栓連接;
2、貨架鋼結構主要承受的是貨物活荷載,貨物活荷載與結構本身的自重的比值,要遠大于建筑鋼結構;
3、貨架鋼結構的貨物物質狀態是不定的,貨物的裝載率是會變化的。
因此,貨架鋼結構的阻尼比不應完全按照建筑鋼結構的規定取值(如GB/T 39830-2021),而是應該通過測試累積經驗值。
歐洲貨架抗震設計標準《EN 16681:2016 Steel static storage systems-Adjustable pallet racking systems-Principles for seismic design》根據測試結果,規定空載貨架的阻尼比應取0.03(空載貨架抗震好像沒有什么意義)。對于滿載貨架,EN 16681并沒有給出阻尼比取值,而是在一個參數ED3中考慮了阻尼的作用。ED3是考慮地震作用下貨架鋼結構的耗能現象之后,對參考設計地震反應譜的折減,取0.8。筆者認為,該標準表達的意思應該是,貨架結構抗震設計中阻尼比取0.03,但是地震力的計算要進行一定程度的折減(折減反應譜)。
根據John A. Blume等的測試(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.),認為在地震激勵下貨架鋼結構的阻尼比合理的取值為0.05。
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