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  • 1 # 使用者6680448581893

    新的建築結構設計規範在結構可靠度、設計計算、配筋構造方面均有重大更新和補充,特別是對抗震及結構的整體性,規則性作出了更高的要求,使結構設計不可能一次完成。如何正確運用設計軟體進行結構設計計算,以滿足新規範的要求,是每個設計人員都非常關心的問題。以SATWE軟體為例,進行結構設計計算步驟的討論,對一個典型工程而言,使用結構軟體進行結構計算分四步較為科學。

    1.完成整體引數的正確設定 計算開始以前,設計人員首先要根據新規範的具體規定和軟體手冊對引數意義的描述,以及工程的實際情況,對軟體初始引數和特殊構件進行正確設定。但有幾個引數是關係到整體計算結果的,必須首先確定其合理取值,才能保證後續計算結果的正確性。這些引數包括振型組合數、最大地震力作用方向和結構基本週期等,在計算前很難估計,需要經過試算才能得到。

    (1)振型組合數是軟體在做抗震計算時考慮振型的數量。該值取值太小不能正確反映模型應當考慮的振型數量,使計算結果失真;取值太大,不僅浪費時間,還可能使計算結果發生畸變。《高層建築混凝土結構技術規程》5.1.13-2條規定,抗震計算時,宜考慮平扭藕聯計算結構的扭轉效應,振型數不宜小於15,對多塔結構的振型數不應小於塔樓的9倍,且計算振型數應使振型參與質量不小於總質量的90%。一般而言,振型數的多少於結構層數及結構自由度有關,當結構層數較多或結構層剛度突變較大時,振型數應當取得多些,如有彈性節點、多塔樓、轉換層等結構形式。振型組合數是否取值合理,可以看軟體計算書中的x,y向的有效質量係數是否大於0.9。具體操作是,首先根據工程實際情況及設計經驗預設一個振型數計算後考察有效質量係數是否大於0.9,若小於0.9,可逐步加大振型個數,直到x,y兩個方向的有效質量係數都大於0.9為止。必須指出的是,結構的振型組合數並不是越大越好,其最大值不能超過結構得總自由度數。例如對採用剛性板假定得單塔結構,考慮扭轉藕聯作用時,其振型不得超過結構層數的3倍。如果選取的振型組合數已經增加到結構層數的3倍,其有效質量係數仍不能滿足要求,也不能再增加振型數,而應認真分析原因,考慮結構方案是否合理。

    (2)最大地震力作用方向是指地震沿著不同方向作用,結構地震反映的大小也各不相同,那麼必然存在某各角度使得結構地震反應值最大的最不利地震作用方向。設計軟體可以自動計算出最大地震力作用方向並在計算書中輸出,設計人員如發祥該角度絕對值大於15度,應將該數值回填到軟體的“水平力與整體座標夾角”選項裡並重新計算,以體現最不利地震作用方向的影響。

    (3)結構基本週期是計算風荷載的重要指標。設計人員如果不能事先知道其準確值,可以保留軟體的預設值,待計算後從計算書中讀取其值,填入軟體的“結構基本週期”選項,重新計算即可。

    上述的計算目的是將這些對全域性有控制作用的整體引數先行計算出來,正確設定,否則其後的計算結果與實際差別很大。

    2.確定整體結構的合理性 整體結構的科學性和合理性是新規範特別強調內容。新規範用於控制結構整體性的主要指標主要有:週期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛重比、剪重比等。

    (1)週期比是控制結構扭轉效應的重要指標。它的目的是使抗側力的構件的平面佈置更有效更合理,使結構不至出現過大的扭轉。也就是說,週期比不是要求就構足夠結實,而是要求結構承載佈局合理。《高規》第4.3.5條對結構扭轉為主的第一自振週期Tt與平動為主的第一自振週期T1之比的要求給出了規定。如果週期比不滿足規範的要求,說明該結構的扭轉效應明顯,設計人員需要增加結構周邊構件的剛度,降低結構中間構件的剛度,以增大結構的整體抗扭剛度。

    設計軟體通常不直接給出結構的週期比,需要設計人員根據計算書中週期值自行判定第一扭轉(平動)週期。以下介紹實用週期比計算方法:1)扭轉週期與平動週期的判斷:從計算書中找出所有扭轉系數大於0.5的平動週期,按週期值從大到小排列。同理,將所有平動係數大於0.5的平動週期值從大到小排列;2)第一週期的判斷:從列隊中選出數值最大的扭轉(平動)週期,檢視軟體的“結構整體空間振動簡圖”,看該週期值所對應的振型的空間振動是否為整體振動,如果其僅僅引起區域性振動,則不能作為第一扭轉(平動)週期,要從佇列中取出下一個週期進行考察,以此類推,直到選出不僅週期值較大而且其對應的振型為結構整體振動的值即為第一扭轉(平動)週期;3)週期比計算:將第一扭轉週期值除以第一平動週期即可。

    (2)位移比(層間位移比)是控制結構平面不規則性的重要指標。其限值在《建築抗震設計規範》和《高規》中均有明確的規定,不再贅述。需要指出的是,新規範中規定的位移比限值是按剛性板假定作出的,如果在結構模型中設定了彈性板,則必須在軟體引數設定時選擇“對所有樓層強制採用剛性樓板假定”,以便計算出正確的位移比。在位移比滿足要求後,再去掉“對所有樓層強制採用剛性樓板假定的選擇,以彈性樓板設定進行後續配筋計算。

    此外,位移比的大小是判斷結構是否規則的重要依據,對選擇偶然偏心,單向地震,雙向地震下的位移比,設計人員應正確選用。

    (3)剛度比是控制結構豎向不規則的重要指標。根據《抗震規範》和《高規》的要求,軟體提供了三種剛度比的計算方式,分別是剪下剛度,剪彎剛度和地震力與相應的層間位移比。正確認識這三種剛度比的計算方法和適用範圍是剛度比計算的關鍵:1)剪下剛度主要用於底部大空間為一層的轉換結構及對地下室嵌固條件的判定;2)剪彎剛度主要用於底部大空間為多層的轉換結構;3)地震力與層間位移比是執行《抗震規範》第3.4.2條和《高規》4.3.5條的相關規定,通常絕大多數工程都可以用此法計算剛度比,這也是軟體的預設方式。

    (4)層間受剪承載力之比也是控制結構豎向不規則的重要指標。其限值可參考《抗震規範》和《高規》的有關規定。

    (5)剛重比是結構剛度與重力荷載之比。它是控制結構整體穩定性的重要因素,也是影響重力二階效的主要引數。該值如果不滿足要求,則可能引起結構失穩倒塌,應當引起設計人員的足夠重視。

    (6)剪重比是抗震設計中非常重要的引數。規範之所以規定剪重比,主要是因為長期作用下,地震影響係數下降較快,由此計算出來的水平地震作用下的結構效應可能太小。而對於長週期結構,地震動態作用下的地面加速度和位移可能對結構具有更大的破壞作用,但採用振型分解法時無法對此作出準確的計算。因此,出於安全考慮,規範規定了各樓層水平地震力的最小值,該值如果不滿足要求,則說明結構有可能出現比較明顯的薄弱部位,必須進行調整。

    除以上計算分析以外,設計軟體還會按照規範的要求對整體結構地震作用進行調整,如最小地震剪力調整、特殊結構地震作用下內力調整、0.2Q0調整、強柱弱梁與強剪弱彎調整等等,因程式可以完成這些調整,就不再詳述了。

    3 對單構件作最佳化設計 前幾步主要是對結構整體合理性的計算和調整,這一步則主要進行結構單個構件內力和配筋計算,包括梁,柱,剪力牆軸壓比計算,構件截面最佳化設計等。

    (1)軟體對混凝土梁計算顯示超筋資訊有以下情況:1)當梁的彎矩設計值M大於梁的極限承載彎矩Mu時,提示超筋;2)規範對混凝土受壓區高度限制:

    四級及非抗震:ξ≤ξb

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