SATWE软件高层计算结果输出信息判读

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang_250
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  摘要:建筑结构设计规范在结构可靠度、设计计算、配筋构造方面均有重大更新和补充,特别是对抗震及结构的整体性,规则性作出了更高的要求。现以SATWE软件计算结果为例,对计算结果中相关参数汇总,根据建筑结构设计规范中有关条文及相关说明,进行结构设计计算结果合理性判断,以确定结构的科学性和合理性。
  关键词:建筑结构设计;SATWE软件;计算;信息判读
  Abstract: building structure design codes in the structure, design calculation, reinforcement structure reliability has a major update and supplement, especially for the earthquake and the integrity of the structure and regularity made a higher demand. Now in SATWE software calculation results, for example, the results of related parameters, according to relevant provisions in the building structure design codes and related specifications, structural design and calculation result rationality judgment, to determine the scientificity and rationality of the structure.
  Keywords: building structure design; SATWE software; Calculation; Information interpretation.
  中圖分类号:TU318
   文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
  规范用于控制结构整体性的主要指标主要有:周期比、位移比、刚度比、刚重比、剪重比、层间受剪承载力之比,倾覆力距比,层间位移角限值,轴压比,有效质量系数。
  一、周期比
  是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理,使结构不至出现过大的扭转。也就是说,周期比不是要求就构足够结实,而是要求结构承载布局合理。
  《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010 )3.4.5条关于周期比的规定:结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9,B级高度高层建筑、超过A级高度及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。
  如果周期比不满足规范的要求,说明该结构的扭转效应明显,一般只能通过调整平面布置来改善。这种改善一般是整体性的,局部小调整往往收效甚微。总的调整原则是要加强结构外圈,或者削弱内筒。增加结构周边构件的刚度,降低结构中间构件的刚度,以增大结构的整体抗扭刚度。
  设计软件不直接给出结构的周期比,需要设计人员根据计算书中周期值自行判定第一扭转(平动)周期。以下介绍实用周期比计算方法:1)扭转周期与平动周期的判断:从计算书中找出所有扭转系数大于0.5的平动周期,按周期值从大到小排列。同理,将所有平动系数大于0.5的平动周期值从大到小排列;2)第一周期的判断:从列队中选出数值最大的扭转(平动)周期,查看软件的“结构整体空间振动简图”,看该周期值所对应的振型的空间振动是否为整体振动,如果其仅仅引起局部振动,则不能作为第一扭转(平动)周期,要从队列中取出下一个周期进行考察,以此类推,直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值即为第一扭转(平动)周期;3)周期比计算:将第一扭转周期值除以第一平动周期即可。
  二、位移比(层间位移比)
  位移比的大小是判断结构是否规则的重要依据,取值为楼层最大杆件位移与平均杆件位移比值。位移比是控制结构的扭转效应的参数。主要为控制结构平面规则性,以免形成扭转,对结构产生不利影响。
  《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)3.4.4.1.1)条关于层间位移比的规定:扭转不规则时,应计入扭转影响,且楼层竖向构件最大的最大弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍,当最大层间位移远小于规范限值时,可适当放宽.
  《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)3.4.5条关于层间位移比的规定:结构平面布置应减少扭转影响,在考虑偶然偏心的规定水平地震力作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移角,A级高度高层建筑均不宜大于楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.5倍;B级高度高层建筑、超过A级高度及本规程第10章所指的复杂高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.4倍。
  需要指出的是,规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的,如果在结构模型中设定了弹性板,则必须在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”,以便计算出正确的位移比。在位移比满足要求后,再去掉“对所有楼层强制采用刚性楼板假定的选择,以弹性楼板设定进行后续配筋计算。
  此外,验算位移比需要考虑偶然偏心,验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心,位移比超过1.2,需要考虑双向地震。
  三、刚度比
  刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标主要为控制结构竖向规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层。
  《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)规范附录E2.1规定,转换层结构上下层的侧向刚度比不宜大于2。
  《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)3.5.2条规定,抗震设计时,高层建筑相邻楼层的侧向刚度变化应符合下列规定:
  1 对框架结构,楼层与其相邻的上层的侧向刚度比γ1可按下式计算,且本层与相邻上层的比值不宜小于0.7,与相邻上部三层刚度平均值的比值不宜小于0.8
  2 对框架-剪力墙、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架核心筒结构、筒中筒结构, 楼层与其相邻的上层的侧向刚度比γ2可按下式计算,且本层与相邻上层的比值不宜小于0.9,当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时,该比值不宜小于1.1;对结构底部嵌固层,该比值不宜小于1.5.
  《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)5.3.7条规定,高层建筑结构整体计算中,当地下室的顶板作为上部结构嵌固部位时,地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2.
  《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)附录E转换层上,下结构侧向刚度规定:
  E.0.1:当转换层设置在1,2层时,可近似采用转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比γe1表示转换层上、下层结构刚度的变化, γe1宜接近1,非抗震设计时γ不应小于0.4,抗震设计时不应小于0.5.
  E.0.2:当转换层设置在2层时,转换层与其相邻上层的侧向刚度比不应小于0.6.
  E.0.3:底部大空间层数2层以上时,转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度比γe2宜接近1,非抗震设计时γe2不应小于0.5,抗震设计时e2不应小于0.8。
  上述所有这些刚度比的控制,都涉及到楼层刚度的计算方法。
  相关计算公式: γ1 (3.5.2-1); γ2(3.5.2-2); γe1(E.0.1-1); γe2(E.0.3)
  对刚度比规范要求对地震剪力相应调整:
  《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)3.4.4.2条规定,平面规则而竖向不规则的建筑,刚度小的楼层的地震剪力应乘以不小于1.15的增大系数;
  《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)3.4.4条规定,竖向不规则的建筑结构,竖向抗侧力构件不连续时,该构件传递给水平转换构件的地震内力应根据烈度高低和水平转换构建的类型、受力情况、几何尺寸等,乘以1.25-2.0的增大系数;
  针对这些条文,程序通过自动计算楼层刚度比, 来决定是否采用1.15的楼层剪力增大系数;并且允许用户强制指定薄弱层位置,对用户指定的薄弱层也采用1.15的楼层剪力增大系数(参数补充输入)
  ,还可以通过用户指定转换梁、框支柱来实现转换构件的地震内力放
  大。(特殊构件补充定义)
  四、刚重比
  刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性的重要因素,也是影响重力二阶效的主要参数。重力二阶效应一般称为P-DELT效应,在建筑结构分析中指的是竖向荷载的侧移效应。当结构发生水平位移时,竖向荷载就会出现垂直于变形后的结构竖向轴线的分量,这个分量将加大水平位移量,同时也会加大相应的内力,这在本质上是一种几何非线性效应。
  该值如果不满足要求,则可能引起结构失稳倒塌。
  《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)(5.4.1)条规定:当高层建筑结构满足下列规定时,弹性计算分析时可不考虑重力二阶效应的不利影响。
  1 剪力墙结构,框架-剪力墙结构,筒体结构:
  n
   EJd≥2.7H²∑Gi (5.4.1-1)
   J=i
  2 剪力墻结构,框架-剪力墙结构,筒体结构:
   n
   Di≥20∑Gi/hi (i=1,2,….,n)(5.4.1-2)
   J=i
  (5.4.2)条规定:高层建筑结构如果不满足本规程第 5.4.1条的规定时,结构弹性计算时应考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。考虑P-DELT效应后,结构周期一般会变得稍长,这是符合实际情况的。
  (5.4.4)条(强制条文):高层建筑结构的整体稳定性应符合下列规定:
  1 剪力墙结构,框架-剪力墙结构,筒体结构应符合下式要求:
  n
   EJd≥1.4H²∑Gi (5.4.4-1)
   J=i
  2 框架结构应符合下式要求:
   n
   Di≥10∑Gi/hi (i=1,2,….,n) (5.4.4-2)
   J=i
  高宽比不超过5的高层建筑结构,其整体稳定性是满足要求的,不必验算,当建筑物的高宽比小于5时,一般都能满足抗倾覆验算,但当设防烈度为9度,则不一定。
  
  五、剪重比
  剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范之所以规定剪重比,主要是因为长期作用下,地震影响系数下降较快,由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构,地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用,但采用振型分解法时无法对此作出准确的计算。因此,出于安全考虑,规范规定了各楼层水平地震力的最小值,该值如果不满足要求,则说明结构有可能出现比较明显的薄弱部位,必须进行调整。
  《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)4.3.12条;《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)5.2.5条(强制条文):抗震验算时,结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求:
  n
   VEki≥λ∑Gi (3.3.13)
   J=1
  
   楼层最小地震剪力系数值
  
  
  注: 1基本周期介于3.5s和0.5s之间的结构,应允许线性插入取值;
  7,8度时括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区
  程序对算出的“楼层最小地震剪力系数”如果不满足规范的要求,将给出是否调整地震剪力的选择。根据规范组的解释,如果不满足,就应调整结构方案,直到达到规范的值为止,而不能简单的调大地震力。
  六、层间受剪承载力之比
  《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)3.5.3条:A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%,不应小于其上一层受剪承载力的65%,B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。注:楼层层间抗侧力结构受剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上,该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和。
  七、倾覆力距比
  1)短肢剪力墙结构
  《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)7.1.8条相关规定:抗震设计时,高层建筑结构不应采用全部采用为短肢剪力墙。B级高度高层建筑以及抗震设防烈度为9度的A级高度高层建筑,不宜布置短肢剪力墙,不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构.当采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构时,应符合下列规定:
  1 在规定的水平地震作用下,短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不宜大于结构总底部地震倾覆力距的50%
  2 房屋适用高度应比本规程规定的剪力墙结构的最大适用高度适当降低,7度8度(0.2)和8度(0.3)时分别不应大于100M 、80M和60M.
  2)框架-剪力墙结构
  《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第6.1.9条:底层框架部分承担的地震倾覆力矩,不应大于结构总地震倾覆力矩的50%.
  《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)第8.1.3条规定,
  抗震设计的框架-剪力墙结构,应根据在规定的水平力作用下,结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值,确定相应的设计方法.
  八、层间位移角限值
  《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)5.5.1条:
  表5.5.1弹性层间位移角限值
  
  
  《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)5.5.5条:
  表5.5.1弹塑性层间位移角限值
  
  
  九、轴压比
  主要为控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求
  《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)6.3.6条规定:
  表6.3.7 柱轴压比限值
  
  
  《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)6.4.5条;《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)7.2.13条规定:一级和二级抗震墙,底部加强部位在重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比,一级(9度)时不宜大于0.4,一级(7,8度)时不宜大于0.5,二,三级不宜大于0.6。
  《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)7.1.2.4条规定,抗震设计时,各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下的轴力设计值的轴压比,抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.45、0.50、0.55;一字形截面短肢剪力墙的轴压比限值应相应降低0.1。
  十、有效质量系数
  要密切关注有效质量系数是否达到了要求。若不够,则地震作用计算也就失去了意义。 粗略估计,振型数不应小于15,多塔结构的振型数不应小于塔楼数的9倍,采用刚性楼板假定,平动<=计算层数,藕连<=计算层数X3。
  参考文献
  [1]高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3—2010,中国建筑工业出版社出版,2011年6月第一版;
  [2]建筑抗震设计规范GB 50011—2010,中国建筑工业出版社出版,2010年8月第一版;
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