货架钢结构阻尼比取值问题探讨

• event2022-12-09 16:51:52
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阻尼比是货架钢结构抗震计算中的一个关键参数，取值在0.00~1.00之间。阻尼比取值浮动一个百分点，整个结构的造价就可能浮动十个百分点。

一、阻尼与阻尼比

阻尼就是使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用。风吹树晃，但是风停后树不会一直晃下去，晃动幅度逐渐减小趋零，这就是阻尼的作用。阻尼比在土木、机械、航天等领域是结构动力学的一个重要概念，表示了结构在受激振后振动的衰减形式。阻尼比指阻尼系数与临界阻尼系数之比，表示结构体标准化的阻尼大小，是无单位量纲。

二、影响因素

阻尼比描述结构在振动过程中某种能量耗散，引起结构能量耗散的因素（或称之为影响结构阻尼比的因素）很多，在土木工程中主要有：

1、材料阻尼、这是能量耗散的主要原因。

2、周围介质对振动的阻尼。

3、节点、支座连接处的阻尼。

4、通过支座基础散失一部分能量。

5、结构的工艺性对振动的阻尼。

三、取值

对于多层和高层钢结构房屋，《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010第8.2.2条规定，钢结构抗震计算的阻尼比宜符合下列规定：多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；高度大于50m且小于200m时，可取0.03；高度不小于200m时，宜取0.02。

相对于建筑钢结构，货架钢结构有其特殊性：

1、货架钢结构一般是冷弯薄壁型钢构件组成，构件之间的连接主要是机械式插接与螺栓连接；

2、货架钢结构主要承受的是货物活荷载，货物活荷载与结构本身的自重的比值，要远大于建筑钢结构；

3、货架钢结构的货物物质状态是不定的，货物的装载率是会变化的。

因此，货架钢结构的阻尼比不应完全按照建筑钢结构的规定取值（如GB/T 39830-2021），而是应该通过测试累积经验值。

欧洲货架抗震设计标准《EN 16681:2016 Steel static storage systems-Adjustable pallet racking systems-Principles for seismic design》根据测试结果，规定空载货架的阻尼比应取0.03（空载货架抗震好像没有什么意义）。对于满载货架，EN 16681并没有给出阻尼比取值，而是在一个参数ED3中考虑了阻尼的作用。ED3是考虑地震作用下货架钢结构的耗能现象之后，对参考设计地震反应谱的折减，取0.8。笔者认为，该标准表达的意思应该是，货架结构抗震设计中阻尼比取0.03，但是地震力的计算要进行一定程度的折减（折减反应谱）。

根据John A. Blume等的测试（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.），认为在地震激励下货架钢结构的阻尼比合理的取值为0.05。