以SATWE軟件為例,進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算步驟的討論,對一個典型工程而言,使用結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算分四步較為科學(xué)。
1.完成整體參數(shù)的正確設(shè)定 計算開始以前,設(shè)計人員首先要根據(jù)新規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊對參數(shù)意義的描述,以及工程的實際情況,對軟件初始參數(shù)和特殊構(gòu)件進(jìn)行正確設(shè)置。但有幾個參數(shù)是關(guān)系到整體計算結(jié)果的,必須首先確定其合理取值,才能保證后續(xù)計算結(jié)果的正確性。這些參數(shù)包括振型組合數(shù)、最大地震力作用方向和結(jié)構(gòu)基本周期等,在計算前很難估計,需要經(jīng)過試算才能得到。
(1)振型組合數(shù)是軟件在做抗震計算時考慮振型的數(shù)量。該值取值太小不能正確反映模型應(yīng)當(dāng)考慮的振型數(shù)量,使計算結(jié)果失真;取值太大,不僅浪費時間,還可能使計算結(jié)果發(fā)生畸變!陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》5.1.13-2條規(guī)定,抗震計算時,宜考慮平扭藕聯(lián)計算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),振型數(shù)不宜小于15,對多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓的9倍,且計算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。一般而言,振型數(shù)的多少于結(jié)構(gòu)層數(shù)及結(jié)構(gòu)自由度有關(guān),當(dāng)結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)層剛度突變較大時,振型數(shù)應(yīng)當(dāng)取得多些,如有彈性節(jié)點、多塔樓、轉(zhuǎn)換層等結(jié)構(gòu)形式。振型組合數(shù)是否取值合理,可以看軟件計算書中的x,y向的有效質(zhì)量系數(shù)是否大于0.9。具體操作是,首先根據(jù)工程實際情況及設(shè)計經(jīng)驗預(yù)設(shè)一個振型數(shù)計算后考察有效質(zhì)量系數(shù)是否大于0.9,若小于0.9,可逐步加大振型個數(shù),直到x,y兩個方向的有效質(zhì)量系數(shù)都大于0.9為止。必須指出的是,結(jié)構(gòu)的振型組合數(shù)并不是越大越好,其最大值不能超過結(jié)構(gòu)得總自由度數(shù)。例如對采用剛性板假定得單塔結(jié)構(gòu),考慮扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)作用時,其振型不得超過結(jié)構(gòu)層數(shù)的3倍。如果選取的振型組合數(shù)已經(jīng)增加到結(jié)構(gòu)層數(shù)的3倍,其有效質(zhì)量系數(shù)仍不能滿足要求,也不能再增加振型數(shù),而應(yīng)認(rèn)真分析原因,考慮結(jié)構(gòu)方案是否合理。
(2)最大地震力作用方向是指地震沿著不同方向作用,結(jié)構(gòu)地震反映的大小也各不相同,那么必然存在某各角度使得結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)值最大的最不利地震作用方向。設(shè)計軟件可以自動計算出最大地震力作用方向并在計算書中輸出,設(shè)計人員如發(fā)祥該角度絕對值大于15度,應(yīng)將該數(shù)值回填到軟件的“水平力與整體坐標(biāo)夾角”選項里并重新計算,以體現(xiàn)最不利地震作用方向的影響。
(3)結(jié)構(gòu)基本周期是計算風(fēng)荷載的重要指標(biāo)。設(shè)計人員如果不能事先知道其準(zhǔn)確值,可以保留軟件的缺省值,待計算后從計算書中讀取其值,填入軟件的“結(jié)構(gòu)基本周期”選項,重新計算即可。
上述的計算目的是將這些對全局有控制作用的整體參數(shù)先行計算出來,正確設(shè)置,否則其后的計算結(jié)果與實際差別很大。
2.確定整體結(jié)構(gòu)的合理性 整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性是新規(guī)范特別強(qiáng)調(diào)內(nèi)容。新規(guī)范用于控制結(jié)構(gòu)整體性的主要指標(biāo)主要有:周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛重比、剪重比等。
(1)周期比是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)。主要為控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),減小扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)帶來不利影響(此時要注意:第一、二震型在高層建筑中是不能以扭轉(zhuǎn)為主);它的目的是使抗側(cè)力的構(gòu)件的平面布置更有效更合理,使結(jié)構(gòu)不至出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)。也就是說,周期比不是要求就構(gòu)足夠結(jié)實,而是要求結(jié)構(gòu)承載布局合理。
規(guī)范條文:新高規(guī)的4.3.5條規(guī)定,結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1之比,A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9;B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。
設(shè)計軟件通常不直接給出結(jié)構(gòu)的周期比,需要設(shè)計人員根據(jù)計算書中周期值自行判定第一扭轉(zhuǎn)(平動)周期。以下介紹實用周期比計算方法:1)扭轉(zhuǎn)周期與平動周期的判斷:從計算書中找出所有扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5的平動周期,按周期值從大到小排列。同理,將所有平動系數(shù)大于0.5的平動周期值從大到小排列;2)第一周期的判斷:從列隊中選出數(shù)值最大的扭轉(zhuǎn)(平動)周期,查看軟件的“結(jié)構(gòu)整體空間振動簡圖”,看該周期值所對應(yīng)的振型的空間振動是否為整體振動,如果其僅僅引起局部振動,則不能作為第一扭轉(zhuǎn)(平動)周期,要從隊列中取出下一個周期進(jìn)行考察,以此類推,直到選出不僅周期值較大而且其對應(yīng)的振型為結(jié)構(gòu)整體振動的值即為第一扭轉(zhuǎn)(平動)周期;3)周期比計算:將第一扭轉(zhuǎn)周期值除以第一平動周期即可。
對于通常的規(guī)則單塔樓結(jié)構(gòu),如下驗算周期比:
1)根據(jù)各振型的平動系數(shù)大于0.5,還是扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5,區(qū)分出各振型是扭轉(zhuǎn)振型還是平動振型
2)通常周期最長的扭轉(zhuǎn)振型對應(yīng)的就是第一扭轉(zhuǎn)周期Tt,周期最長的平動振型對應(yīng)的就是第一平動周期T1
3)對照“結(jié)構(gòu)整體空間振動簡圖”,考察第一扭轉(zhuǎn)/平動周期是否引起整體振動,如果僅是局部振動,不是第一扭轉(zhuǎn)/平動周期。再考察下一個次長周期。
4)考察第一平動周期的基底剪力比是否為最大
5)計算Tt/T1,看是否超過0.9 (0.85)
周期比控制什么? 如同位移比的控制一樣,周期比側(cè)重控制的是側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之間的一種相對關(guān)系,而非其絕對大小,它的目的是使抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更有效、更合理,使結(jié)構(gòu)不致于出現(xiàn)過大(相對于側(cè)移)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。一句話,周期比控制不是在要求結(jié)構(gòu)足夠結(jié)實,而是在要求結(jié)構(gòu)承載布局的合理性
周期比不滿足要求,如何調(diào)整?如果周期比不滿足規(guī)范的要求,說明該結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯,設(shè)計人員需要增加結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件的剛度,降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度,以增大結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。一般只能通過調(diào)整平面布置來改善這一狀況,這種改變一般是整體性的,局部的小調(diào)整往往收效甚微。周期比不 滿足要求 說明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對于側(cè)移剛度較小,總的調(diào)整原則是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)外圈剛度,削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)筒剛度。
F驗算周期比的目的,主要為控制結(jié)構(gòu)在罕遇大震下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
F多塔結(jié)構(gòu)周期比:對于多塔樓結(jié)構(gòu),不能直接按上面的方法驗算。如果上部沒有連接,應(yīng)該各個塔樓分別計算并分別驗算,如果上部有連接,驗算方法尚不清楚。
F體育場館、空曠結(jié)構(gòu)和特殊的工業(yè)建筑,沒有特殊要求的,一般不需要控制周期比。
F當(dāng)高層建筑樓層開洞口較復(fù)雜,或為錯層結(jié)構(gòu)時,結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生局部振動,此時應(yīng)選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”來計算結(jié)構(gòu)的周期比。以過濾局部振動產(chǎn)生的周期。
對于比較正常的工程設(shè)計,其不考慮折減的計算自振周期大概在下列范圍 中。
框架結(jié)構(gòu): T1=(0.12.--0.15)n
框架--剪力墻和框架--筒體結(jié)構(gòu): T1=(0.06--0.12)n
剪力墻結(jié)構(gòu)和筒中結(jié)構(gòu): T1=(0.04--0.06)n (式中 n為建筑層數(shù))
第二及第三周期近似為:
T2=(1/3--1/5)T1
T3=(1/5--1/7)T1
如果計算結(jié)果偏離上述數(shù)值太遠(yuǎn),應(yīng)考慮工程中截面是否太大、太小,剪力墻數(shù)量是否合理,應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。反之,如果截面尺寸、結(jié)構(gòu)布置都正確,無特殊情況而 偏離太遠(yuǎn),則應(yīng)檢查輸入數(shù)據(jù)是否有錯誤。以上判斷是根據(jù)平移振動振型分解方法來提出的,考慮扭轉(zhuǎn)耦連振動時,情況復(fù)雜很多,首先應(yīng)挑出與平移振動對應(yīng)振型 來進(jìn)行上述比教,至于扭轉(zhuǎn)周期的合理數(shù)值,由于經(jīng)驗不足尚難提出合理的數(shù)值。
振型曲線 在正常的計算下,對于比較均勻的結(jié)構(gòu),振型曲線應(yīng)是比較連續(xù)光滑的曲線附圖一),不應(yīng)有大進(jìn)大出,大的凸凹曲折。
第一振型無零點;第二振型在(0.7-0.8)H處;第三振型分別在(0.4-0.5)及(0.8-0.9)H處。
(2)位移比(層間位移比)是控制結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性的重要指標(biāo)。主要為控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性,以免形成扭轉(zhuǎn),對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響; 見抗規(guī)3.4.2
規(guī)范條文:新高規(guī)的4.3.5條規(guī)定,樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移角,A、B級高度高層建筑均不宜大于該樓層平均值的1.2倍;且A級高度高層建筑不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍,B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑,不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。
程序處理:針對此條,程序中對每一層都計算并輸出最大水平位移、最大層間位移角、平均水平位移、平均層間位移角及相應(yīng)的比值,用戶可以一目了然地判斷是否滿足規(guī)范。需要指出的是,新規(guī)范中規(guī)定的位移比限值是按剛性板假定作出的,位移比的限值:是根據(jù)剛性樓板假定的條件下確定的,其平均位移的計算方法,也基于“剛性樓板假定”。如果在結(jié)構(gòu)模型中設(shè)定了彈性板,則必須在軟件參數(shù)設(shè)置時選擇“對所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定”,以便計算出正確的位移比。在位移比滿足要求后,再去掉“對所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定的選擇,以彈性樓板設(shè)定進(jìn)行后續(xù)配筋計算。此外,位移比的大小是判斷結(jié)構(gòu)是否規(guī)則的重要依據(jù),對選擇偶然偏心,單向地震,雙向地震下的位移比,設(shè)計人員應(yīng)正確選用。
F 控制位移比的計算模型: 按照規(guī)范要求的定義,位移比表示為“最大位移/平均位移”,而平均位移表示為“(最大位移+最小位移)/2”,其中的關(guān)鍵是“最小位移”,當(dāng)樓層中產(chǎn)生0 位移節(jié)點,則最小位移一定為0,從而造成平均位移為最大位移的一半,位移比為2。則失去了位移比這個結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的參考意義,所以計算位移比時,如果樓層 中產(chǎn)生“彈性節(jié)點”,應(yīng)選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”。
規(guī)范要求:高規(guī)4.3.5條,應(yīng)在質(zhì)量偶然偏心的條件下,考察結(jié)構(gòu)樓層位移比的情況。
層間位移角:程序采用“最大柱(墻)間位移角”作為樓層的層間位移角,此時可以“不考慮偶然偏心”的計算條件。
復(fù)雜結(jié)構(gòu),如坡屋頂層、體育館、看臺、工業(yè)建筑等,這些結(jié)構(gòu)或者柱、墻不在同一標(biāo)高,或者本層根本沒有樓板,此時如果采用“強(qiáng)制剛性樓板假定”,結(jié)構(gòu)分析嚴(yán) 重失真,位移比也沒有意義。所以這類結(jié)構(gòu)可以通過位移的“詳細(xì)輸出”或觀察結(jié)構(gòu)的變形示意圖,來考察結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
對于錯層結(jié)構(gòu)或帶有夾層的結(jié)構(gòu),這類結(jié)構(gòu)總是伴有大量的越層柱,當(dāng)選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”后,越層柱將受到樓層的約束,如果越層柱很多,計算失真。
總之,結(jié)構(gòu)位移特征的計算模型之合理性,應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際出發(fā),對復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)采用多種手段。
(3)剛度比是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。(在WMASS.out中)主要為控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性,以免豎向剛度突變,形成薄弱層,根據(jù)《抗震規(guī)范》和《高規(guī)》的要求:
見抗規(guī)3.4.2
新抗震規(guī)范附錄E2.1規(guī)定,筒體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下層的側(cè)向剛度比不宜大于2。
新高規(guī)的4.4.3條規(guī)定,抗震設(shè)計的高層建筑結(jié)構(gòu),其樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%。
新高規(guī)的5.3.7條規(guī)定,高層建筑結(jié)構(gòu)計算中,當(dāng)?shù)叵率业捻敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固端時,地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍。
新高規(guī)的10.2.6條規(guī)定,底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,應(yīng)符合高規(guī)附錄D的規(guī)定。
FE.0.1底部大空間為一層的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu),可近似采用轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)等效剛度比γ表示轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛度的變化,非抗震設(shè)計時γ不應(yīng)大于3,抗震設(shè)計時不應(yīng)大于2。
FE.0.2底部為2~5層大空間的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu),其轉(zhuǎn)換層下部框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度與相同或相近高度的上部剪力墻結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比γe宜接近1,非抗震設(shè)計時不應(yīng)大于2,抗震設(shè)計時不應(yīng)大于1.3。
軟件提供了三種剛度比的計算方式,分別是剪切剛度,剪彎剛度和地震力與相應(yīng)的層間位移比。正確認(rèn)識這三種剛度比的計算方法和適用范圍是剛度比計算的關(guān)鍵:1)剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及對地下室嵌固條件的判定;2)剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu);3)地震力與層間位移比是執(zhí)行《抗震規(guī)范》第3.4.2條和《高規(guī)》4.3.5條的相關(guān)規(guī)定,絕大多數(shù)工程都可以用此法計算剛度比,這也是軟件的缺省方式。
層剛度比的計算方法:
F高規(guī)附錄E.0.1建議的方法——剪切剛度
Ki = Gi Ai / hi
F高規(guī)附錄E.0.2建議的方法——剪彎剛度
Ki = Fi / Δi
F抗震規(guī)范的3.4.2和3.4.3條文說明中建議的計算方法:
Ki = Vi / Δui
層剛度比的控制方法:
新規(guī)范要求結(jié)構(gòu)各層之間的剛度比,并根據(jù)剛度比對地震力進(jìn)行放大,所以剛度比的合理計算很重要。
新規(guī)范對結(jié)構(gòu)的層剛度有明確的要求,在判斷樓層是否為薄弱層、地下室是否能作為嵌固端、轉(zhuǎn)換層剛度是否滿足要求等等,都要求有層剛度作為依據(jù),所以層剛度計算的準(zhǔn)確性就比較重要。程序提供了三種計算方法:
Ø1。樓層剪切剛度
Ø2。單層加單位力的樓層剪彎剛度
Ø3。樓層平均剪力與平均層間位移比值的層剛度
三種計算方法有差異是正常的,可以根據(jù)需要選擇。
Ø只要計算地震作用,一般應(yīng)選擇第 3 種層剛度算法
Ø不計算地震作用,對于多層結(jié)構(gòu)可以選擇剪切層剛度算法,高層結(jié)構(gòu)可以選擇剪彎層剛度
Ø不計算地震作用,對于有斜支撐的鋼結(jié)構(gòu)可以選擇剪彎層剛度算法
轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)按照“高規(guī)”要求計算轉(zhuǎn)換層上下幾層的層剛度比,一般取轉(zhuǎn)換層上下等高的層數(shù)計算。
層剛度作為該層是否為薄弱層的重要指標(biāo)之一,對結(jié)構(gòu)的薄弱層,規(guī)范要求其地震剪力放大1.15,這里程序?qū)⒂捎脩糇孕锌刂啤?
當(dāng)采用第3種層剛度的計算方式時,如果結(jié)構(gòu)平面中的洞口較多,這樣會造成樓層平均位移的計算誤差增加,此時應(yīng)選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”來計算層剛度。選擇剪切、剪彎層剛度時,程序默認(rèn)樓層為剛性樓板。
層剛度比即結(jié)構(gòu)必須要有層的概念,但是,對于一些復(fù)雜結(jié)構(gòu),如坡屋頂層、體育館、看臺、工業(yè)建筑等,這些結(jié)構(gòu)或者柱、墻不在同一標(biāo)高,或者本層根本沒有樓板,所以在設(shè)計時,可以不考慮這類結(jié)構(gòu)所計算的層剛度特性。
對于大底盤多塔結(jié)構(gòu),或上聯(lián)多塔結(jié)構(gòu),在多塔和單塔交接層之間的層剛度比是沒有意義的。如大底盤處因為離塔較遠(yuǎn)的構(gòu)件,對該塔的層剛度沒有貢獻(xiàn),所以遇到多塔結(jié)構(gòu)時,層剛度的計算應(yīng)該把底盤切開,只能保留與該塔2到3跨的底盤結(jié)構(gòu)。
將各層位移連成位移曲線,應(yīng)具有以下特征:
剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線具有懸臂彎曲梁的特怔,位移越往上增大越快,成外彎形曲線
框架結(jié)構(gòu)具有剪切梁的特怔,越往上增長越慢,成內(nèi)收形曲線
框架--剪力墻和框架--筒體結(jié)構(gòu)處于兩者之間,為反S形曲線,接近一直線
在剛度較均勻的情況下,位移曲線應(yīng)圓曲光滑,無突然的凸凹變化和折點。
(4)層間受剪承載力之比也是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。其限值可參考《抗震規(guī)范》和《高規(guī)》的有關(guān)規(guī)定。
(5)剛重比是結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比。高規(guī)(5.4.4)它是主要為控制結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性,以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移和傾覆的重要因素,也是影響重力二階效的主要參數(shù)。該值如果不滿足要求,則可能引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌,應(yīng)當(dāng)引起設(shè)計人員的足夠重視。
1、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu):
剛重比大于等于14,符合穩(wěn)定要求;剛重比大于等于2.7,不考慮重力二階效應(yīng)。
2、框架結(jié)構(gòu)
剛重比大于等于10,符合穩(wěn)定要求;剛重比大于等于20,不考慮重力二階效應(yīng)。
(6)剪重比是抗震設(shè)計中非常重要的參數(shù)。主要為控制各樓層最小地震剪力,確保結(jié)構(gòu)安全性;規(guī)范之所以規(guī)定剪重比,主要是因為長期作用下,地震影響系數(shù)下降較快,由此計算出來的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太小。而對于長周期結(jié)構(gòu),地震動態(tài)作用下的地面加速度和位移可能對結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用,但采用振型分解法時無法對此作出準(zhǔn)確的計算。因此,出于安全考慮,規(guī)范規(guī)定了各樓層水平地震力的最小值,該值如果不滿足要求,則說明結(jié)構(gòu)有可能出現(xiàn)比較明顯的薄弱部位,必須進(jìn)行調(diào)整。
見抗規(guī)5.2.5 、高規(guī)3.3.13
剪重比也就是地震剪力系數(shù),由《抗規(guī)》(GB50011-2001)對5.2.5條的條文說明知,“對于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時顯或基本周期小于3.5S的結(jié)構(gòu),剪力系 數(shù)取0.2amax”,由此可據(jù)《抗規(guī)》表5.1.4-1推算出各地震列度下的剪力系數(shù):9度為0.2*0.32=0.064,8度為 0.2*0.16(0.24)=0.032(0.048),7度為0.2*0.08(0.12)=0.016(0.024),6度為 0.2*0.04=0.008。在計算時應(yīng)注意《抗規(guī)》5.2.5條,對于6度區(qū)可不要求該剪力系數(shù),可詳讀該條的條文說明。即6度區(qū)按0.8%較好,這樣對結(jié)構(gòu)來說是更安全的(類似于最小配筋率的概念)。
剪重比主要是考慮基本周期大于3s的長周期結(jié)構(gòu)。地震對于此類結(jié)構(gòu)的破壞相比短周期的結(jié) 構(gòu)有更大影響,但規(guī)范用的振型分解反應(yīng)普法無法作出估計;而且對于此類長周期結(jié)構(gòu)計算所得的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能偏小,這可能就是規(guī)范設(shè)定最小剪 重比的原因。另外不要忘了對豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層的水平剪力應(yīng)增大1.15倍,即樓層最小剪力系數(shù)不小于《高規(guī)》表3.3.13(即上表)中相應(yīng)數(shù)值的 1.15倍。在抗震規(guī)范的抗震截面驗算的條文說明中,明確指出,剪重比是一個調(diào)整系數(shù),即這不是一個指標(biāo),計算結(jié)果出來后,若剪重比大于規(guī)定的最小值,計算結(jié)果不作調(diào)整,若小于,將地震剪力調(diào)大,使剪重比達(dá)到規(guī)定的最小值.類似框剪結(jié)構(gòu)的0.2Qo,在satwe的結(jié)果文件Wmass.out,給出這一調(diào) 整的信息,多看看這一信息,對剪重比的理解會更深刻.
注意剪重比和剪壓比是兩個截然不同的概念,不可混淆。剪重比是對整個結(jié)構(gòu)體系一個宏觀概 念,而剪壓比是針對單個構(gòu)件的一個控制指標(biāo)(類似于剪跨比)。一般的轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸是由剪壓比計算確定,以避免脆性破壞和具有合適的含箍率.剪壓比計算 公式:μv=Vmax/fcbho.其中Vmax為轉(zhuǎn)換梁支座截面處最大組合剪力設(shè)計值,fc為轉(zhuǎn)換梁混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計值,fc為轉(zhuǎn)換梁的寬度,ho為 轉(zhuǎn)換梁截面的有效高度.
關(guān)于有沒有上限的問題,首先要明白在地震作用下影響建筑水平地震剪力的內(nèi)在原因是什么,這個明白了此問題也就了解了這 個原因就是結(jié)構(gòu)剛度,結(jié)構(gòu)剛度越大產(chǎn)生的剪力就越大,有些建筑不滿足剪重比要求多是因為建筑過柔的緣故。結(jié)構(gòu)剛度的大小可參考層間位移比,只要這個比值合適就不用擔(dān)心建重比太大的問題
層間位移比在框剪結(jié)構(gòu)中,按經(jīng)驗取值為規(guī)范的2倍.根據(jù)李國勝編著的一本書,6度時可取7度時相應(yīng)的1/2剪重比過大過小都需要檢查。過大,說明底部剪力過大,應(yīng)檢查輸入信息,是否填入信息有誤,或者剪力墻數(shù)量過多,結(jié)構(gòu)太剛。不論剪力重力比過大過小,都要找出原 因,將其控制在適宜的范圍內(nèi),其計算的位移,內(nèi)力,配筋才有義。
轉(zhuǎn)剪重比不滿足時的調(diào)整方法:
1)程序調(diào)整:在SATWE的“調(diào)整信息”中勾選“按抗震規(guī)范5.2.5調(diào)整各樓層地震內(nèi)力”后,SATWE按抗規(guī)5.2.5自動將樓層最小地震剪力系數(shù)直接乘以該層及以上重力荷載代表值之和,用以調(diào)整該樓層地震剪力,以滿足剪重比要求。
2)人工調(diào)整:如果還需人工干預(yù),可按下列三種情況進(jìn)行調(diào)整:
a)當(dāng)?shù)卣鸺袅ζ《鴮娱g側(cè)移角又偏大時,說明結(jié)構(gòu)過柔,宜適當(dāng)加大墻、柱截面,提高剛度;
b)當(dāng)?shù)卣鸺袅ζ蠖鴮娱g側(cè)移角又偏小時,說明結(jié)構(gòu)過剛,宜適當(dāng)減小墻、柱截面,降低剛度以取得合適的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo);
c)當(dāng)?shù)卣鸺袅ζ《鴮娱g側(cè)移角又恰當(dāng)時,可在SATWE的“調(diào)整信息”中的“全樓地震作用放大系數(shù)”中輸入大于1的系數(shù)增大地震作用,以滿足剪重比要求。
除以上計算分析以外,設(shè)計軟件還會按照規(guī)范的要求對整體結(jié)構(gòu)地震作用進(jìn)行調(diào)整,如最小地震剪力調(diào)整、特殊結(jié)構(gòu)地震作用下內(nèi)力調(diào)整、0.2Q0調(diào)整、強(qiáng)柱弱梁與強(qiáng)剪弱彎調(diào)整等等。
(7)有效質(zhì)量比:主要為控制結(jié)構(gòu)的地震力是否全計算出來。 選擇足夠多的振型數(shù),保證有效質(zhì)量大于90%!陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》5.1.13-2條規(guī)定,抗震計算時,宜考慮平扭藕聯(lián)計算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),振型數(shù)不宜小于15,對多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓的9倍,且計算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。
3 對單構(gòu)件作優(yōu)化設(shè)計 前幾步主要是對結(jié)構(gòu)整體合理性的計算和調(diào)整,這一步則主要進(jìn)行結(jié)構(gòu)單個構(gòu)件內(nèi)力和配筋計算,包括梁,柱,剪力墻軸壓比計算,構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計等。
(1)軟件對混凝土梁計算顯示超筋信息有以下情況:1)當(dāng)梁的彎矩設(shè)計值M大于梁的極限承載彎矩Mu時,提示超筋;2)規(guī)范對混凝土受壓區(qū)高度限制:
四級及非抗震:ξ≤ξb
二、三級:ξ≤0.35( 計算時取AS ’=0.3 AS )
一級: ξ≤0.25( 計算時取AS ’=0.5 AS )
當(dāng)ξ不滿足以上要求時,程序提示超筋;3)《抗震規(guī)范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%,當(dāng)大于此值時,提示超筋;4)混凝土梁斜截面計算要滿足最小截面的要求,如不滿足則提示超筋。
(2)剪力墻超筋分三種情況:1)剪力墻暗柱超筋:軟件給出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的,而各規(guī)范均要求剪力墻主筋的配筋面積以邊緣構(gòu)件方式給出,沒有最大配筋率。所以程序給出的剪力墻超筋是警告信息,設(shè)計人員可以酌情考慮;2)剪力墻水平筋超筋則說明該結(jié)構(gòu)抗剪不夠,應(yīng)予以調(diào)整;3)剪力墻連梁超筋大多數(shù)情況下是在水平地震力作用下抗剪不夠。規(guī)范中規(guī)定允許對剪力墻連梁剛度進(jìn)行折減,折減后的剪力墻連梁在地震作用下基本上都會出現(xiàn)塑性變形,即連梁開裂。設(shè)計人員在進(jìn)行剪力墻連梁設(shè)計時,還應(yīng)考慮其配筋是否滿足正常狀態(tài)下極限承載力的要求。
(3)柱軸壓比計算:柱軸壓比的計算在《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》中的規(guī)定并不完全一樣,《抗震規(guī)范》第6.3.7條規(guī)定,計算軸壓比的柱軸力設(shè)計值既包括地震組合,也包括非地震組合,而《高規(guī)》第6.4.2條規(guī)定,計算軸壓比的柱軸力設(shè)計值僅考慮地震作用組合下的柱軸力。軟件在計算柱軸壓比時,當(dāng)工程考慮地震作用,程序僅取地震作用組合下的的柱軸力設(shè)計值計算;當(dāng)該工程不考慮地震作用時,程序才取非地震作用組合下的柱軸力設(shè)計值計算。因此設(shè)計人員會發(fā)現(xiàn),對于同一個工程,計算地震力和不計算地震力其柱軸壓比結(jié)果會不一樣。
(4)剪力墻軸壓比計算:為了控制在地震力作用下結(jié)構(gòu)的延性,新的《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對剪力墻均提出了軸壓比的計算要求。需要指出的是,軟件在計算斷指剪力墻軸壓比時,是按單向計算的,這與《高規(guī)》中規(guī)定的短肢剪力墻軸壓比按雙向計算有所不同,設(shè)計人員可以酌情考慮。
(5)構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計:計算結(jié)構(gòu)不超筋,并不表示構(gòu)件初始設(shè)置的截面和形狀合理,設(shè)計人員還應(yīng)進(jìn)行構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計,使構(gòu)件在保證受力要求的德條件下截面的大小和形狀合理,并節(jié)省材料。但需要注意的是,在進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計時,應(yīng)以保證整體結(jié)構(gòu)合理性為前提,因為構(gòu)件截面的大小直接影響到結(jié)構(gòu)的剛度,從而對整體結(jié)構(gòu)的周期、位移、地震力等一系列參數(shù)產(chǎn)生影響,不可盲目減小構(gòu)件截面尺寸,使結(jié)構(gòu)整體安全性降低。
4. 滿足規(guī)范抗震措施的要求 在施工圖設(shè)計階段,還必須滿足規(guī)范規(guī)定的抗震措施要求!痘炷烈(guī)范》、《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對結(jié)構(gòu)的構(gòu)造提出了非常詳盡的規(guī)定,這些措施是很多震害調(diào)查和抗震設(shè)計經(jīng)驗的總結(jié),也是保證結(jié)構(gòu)安全的最后一道防線,設(shè)計人員不可麻痹大意。
(1)設(shè)計軟件進(jìn)行施工圖配筋計算時,要求輸入合理的歸并系數(shù)、支座方式、鋼筋選筋庫等,如一次計算結(jié)果不滿意,要進(jìn)行多次試算和調(diào)整。
(2)生成施工圖以前,要認(rèn)真輸入出圖參數(shù),如梁柱鋼筋最小直徑、框架頂角處配筋方式、梁挑耳形式、柱縱筋搭接方式,箍筋形式,鋼筋放大系數(shù)等,以便生成符合需要的施工圖。軟件可以根據(jù)允許裂縫寬度自動選筋,還可以考慮支座寬度對裂縫寬度的影響。
(3)施工圖生成以后,設(shè)計人員還應(yīng)仔細(xì)驗證各特殊或薄弱部位構(gòu)件的最小縱筋直徑、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密區(qū)長度、鋼筋搭接錨固長度、配筋方式等是否滿足規(guī)范規(guī)定的抗震措施要求。規(guī)范這一部分的要求往往是以黑體字寫出,屬于強(qiáng)制執(zhí)行條文,萬萬不可以掉以輕心。
(4)最后設(shè)計人員還應(yīng)根據(jù)工程的實際情況,對計算機(jī)生成的配筋結(jié)果作合理性審核,如鋼筋排數(shù)、直徑、架構(gòu)等,如不符合工程需要或不便于施工,還要做最后的調(diào)整計算。