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纵论建筑结构设计新规范与软件SATWE的合理应用

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(3)梁弯矩放大系数Bm:当不计算活载或不考虑活载不利布置时,可通过此参数调正梁在恒、活载作用下的跨中正弯矩,一般取1.1—1.2.在选用时注意:如果活载考虑不利布置时则此系数取1.0.(4)连梁刚度折减系数BLz:主要是指那些与剪力墙一端或两端平行连接的梁,由于梁两端往往变位差很大,剪力就会很大,所以很可能出现超筋。这就要求连梁在进入塑性状态后,允许其卸载给剪力墙,而剪力墙的承载力往往较大,因此这样的内力重分布是可以的。一般取0.55—0.7.注意:如连梁的跨高比大于等于5时,建议按梁输入,因此时梁往往是受弯为主,刚度不应折减。

(5)梁扭矩折减系数Tb:是针对新规范的梁抗扭设计而设的,由于目前梁在整体结构中的扭转问题研究的还不多,楼板对梁平面外究竟有多大约束作用,还不十分清楚,所以程序给出的范围较大0.4—1.0,建议取0.4.注意:程序规定对于不与刚性楼板相连的梁及弧梁不起作用。

10、关于顶部小塔楼放大系数:(1)对于顶部带有小塔楼的结构,在动力分析中,可能会出现鞭梢效应,即二次共振,这对很不利。实际计算过程中。如果参与振型选的足够多时,则可不再调整顶部小塔楼的地震力。如果参与振型选的不够多时,则可按下列要求调整顶部小塔楼的地震力:计算模型 振型个数放大系数非耦联 3 <=NMODE <6 3.0非耦联 6<= NMODE<= 9 1.5耦联 9<= NMODE <12 3.0耦联 12<=NMODE<=16 1.5(2)对于顶层带有空旷大房间或为轻钢结构的房屋,不宜视为突出屋面的小塔楼,并采用底部剪力法乘以憎大系数的方法计算地震作用效应,而应视为结构体系的一部分,用振型分解法计算。

11、关于质量偶然偏心:国外多数抗震规范认为,需要考虑由于施工、使用等因素所引起的质量偶然偏心或地震地面运动扭转分量的不利影响。我国新规范也考虑了这一因素。

(1)《高规》3.3.3条要求:计算单向地震作用时应考虑质量偶然偏心的影响,每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可取建筑物总长的5%;而《抗规》5.2.3条要求规则结构不进型扭转耦联计算时,平行于地震作用方向的两个边榀,其地震作用效应乘以增大系数。新程序按《高规》执行,主要是因为:考虑耦联对任何结构都适用;依靠程序自行确定边榀框架也较困难。

(2)对于不规则结构必须选此项,主要用来判断结构平面的规则性,见《高规》4.3.5条。特别注意此时,必须对所有楼层强制采用“刚性假定”,执行这一开关后,所计算的地震力、杆件内力均不能用,仅仅用来判断楼层的最大水平位移与层间位移比值。

注意:对一个不规则结构,带弹性板的结构应计算两遍。一是强制楼板“刚性假定”控制位移,二是按真实情况计算地震力、杆件内力。

12、关于双向地震的扭转效应:(1)《抗规》5.1.1条及《高规》3.3.2条要求:质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响,现在程序是按主方向的弯矩、剪力和轴力按0.85开平方。即:S2XY=SX2 (0.85SY)2.S2YX=SY2 (0.85SX)2.(2)当计算双向水平地震作用下的扭转影响时,程序允许同时考虑质量偶然偏心及双向地震作用,此时仅对无偏心的地震作用效应进行双向水平地震作用计算。当然两者也可不同时考虑。

(3)《高规》3.3.3条要求:“计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响力”;而条文说明:“当计算双向地震作用时,可不考虑质量偶然偏心的影响”。

13、关于楼层刚计算方法的选取:程序给出了三种计算方法,三种计算方法可能给出差别较大的刚度比,所以设计应根据工程的实际情况做出正确选择,可按下列原则选取:(1)剪切刚度:即《高规》附录E.0.1建议的方法。对于底层大空间层数为——层时,可近似采用转换层上、下结构的等效剪切刚度比表示转换层上、下结构的刚度变化。此时可近似只考虑剪切变形的影响,适用于多层(砌体、底框),不带转换层的剪力墙结构也宜选用此项。

(2)剪弯刚度:即《高规》附录E.0.2建议的方法(是按有限元法,通过加单位力计算的)。对于底层大空间层数大于——层时,可近似采用转换层上、下结构的等效剪切刚度比表示转换层上、下层的刚度变化,此时同时考虑结构剪切变形和弯曲变形的影响,适用于带斜撑的钢结构、不带转换层的框架——剪力墙结构也宜选用此项。

(3)地震剪力与地震层间位移比值:即《抗规》建议的方法。,适用于其它多层结构。

注意:1:上述三种方法计算刚度的含义是不同的,差异较大。如果仅有一个标准层的简单框架结构,按方法1、2计算各层的刚度都相同,按方法3计算各层的刚度不相同。

2:对于高位转换层(8度三层、7度五层以上),建议人工按《高规》附录E.0.2分别建两个模型计算。


14、关于P—△效应:重力二阶效应一般称为P—△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的竖向轴线分量,这个分量将增大水平位移量,同时也会增大相应的内力,这在本质上是一种几何非线性效应。设计者可根据需要选择考虑或不考虑P—△效应。注意:(1)这里考虑的是针对结构原始刚度计算的P—△效应,与《混规》7.3.12条考刚度折减的要求是完全不同的。

(2)只有高层钢结构和不满足《高规》5.4.1条的高层混凝土结构才需要考虑P—△效应对应水平力作用下结构内力和位移的不利影响。

(3)计算完后设计可打开SATWE文本文件“结构设计信息输出文件WMASS.OUT文件”,查看是否满足要求。。

(4)高厚比超限的钢筋混凝土的设计者应特别注意。

15、关于上部结构嵌固端的选取:《高规》5.2.7条规定:当地下室顶板作为上部结构的嵌固层时,地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍,而规范中设计内力调整系数所对应的底层即指嵌固层楼板。因此,正确选取嵌固层就成为结构整体计算是否正确的关键。但是目前程序还不能自动判断嵌固层位置,这就需要设计者人工干预。SATWE提供了两种考虑基础回填土对结构约束作用的方法:(1)方法一:输入基础回填土对结构约束的相对刚度,即输入基础回填土对结构约束刚度与地下室抗侧移侧移刚度的比值,若取该参数为0,则认为基础回填土对结构没有约束作用,即结构在基础底板处嵌固。若取该参数为5,则认为结构的地下室部分基本没有位移,即相当于认为结构在地下室顶板处嵌固。

(2)方法二:指定地下室水平嵌固层数。如对一个有M层地下室的结构,可指定m(m<=M)层地下室没有水平位移。

(3)首先按实有地下室层数进行第一次计算,先假设回填土对地下室抗侧移侧移刚度的比值为3,然后打开SATWE文本文件“结构设计信息输出文件 WMASS.OUT文件”,查看地下结构与地上一层抗侧移侧移刚度的比值,如果。地下结构与地上一层抗侧移侧移刚度的比值>=2.0,则可认为结构在地下室顶板处嵌固。如果。地下结构与地上一层抗侧移侧移刚度的比值<2.0,则可认为地上结构不能完全嵌固在地下室顶板处,此时建议将嵌固下移至基础底板处。

注意:1:结构的侧刚是结构自身固有的特性,不会因地下室层数的变化而变化。

2:当地下室顶板不能作为嵌固上部结构时,单纯将地下室结构加入到上部结构进行计算,即认为嵌固层位置在地下顶板以下或更低,则可能造成结构内力与位移计算结果不符合实际,有时甚至导致薄弱层位置变化等,因此在设计时应将两种计算结果进行比较,取最不利结果作为设计依据。

3:设计时应注意无论计算是否考虑地下室外回填土对结构的约束作用,地下室外墙在计算时均未考虑土压力的作用。[和用户手册有矛盾,请测试]

关于阻尼比:不同的结构有不同的阻尼比,设计者应区别对待:钢筋混凝土结构:0.05小于12层纲结构:0.03大于12层纲结构:0.035纲结构:0.05)

按GB50011-2001 8.2.2应该是小于12层纲结构:0.035大于12层纲结构:0.02罕遇地震下的纲结构:0.05

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四、地震作用的调整

1.最小地震剪力调整《抗规》5.2.5条规定,抗震验算时,结构任一楼层的水平地震的剪重比不应小于表5.2.5给出的最小地震剪力系数,此条程序自动调整,无须人工干预。但建议设计者注意查看SATWE文本文件“周期、地震力及振型输出文件WZQ.OUT”,目的是从中可判断薄弱层所在楼层。

2.0.2V.的调整系数对于框架剪力墙结构,一般剪力墙的刚度很大,剪力墙吸引了大量的地震力,而框架所承担的地震力很小。对于框架部分,如果按这样的地震力进行设计,在剪力墙开裂后会很不安全,所以需要让框架部分承担至少20%的基底剪力和按框架剪力墙分析的框架部分各楼层地震剪力中最大值1.5倍二者的较小值,以增加框架的安全度,但在考虑调整时还须注意以下几点:a.对柱少剪力墙多的框架剪力墙结构,让框架梁柱承担20%的基底剪力会使放大系数过大,以致梁柱无法设计。所以20%的调整一般只用于主体结构,一旦结构内收则不应往上调整。

b.若考虑调整后框架梁柱内力增加过大,可调整文件中的放大系数,程序将按WV02Q.OUT中的系数调整。

c.0.20调整的放大系数只针对框架梁柱的弯矩及剪力,不调整轴力。

d.对于侧向刚度沿竖向分布不均匀的框架—剪力墙结构,如多塔结构或大底盘结构,已不在《抗规》6.2.13条规定的范围内,对这类结构进地调整时需特别注意。

e.程序对框剪结构,依据规范要求进行0.2V0调整,设计者可以指定调整楼层范围,同时,也可人工干预调整系数。

3.竖向不规则结构地震作用效应调整《抗规》3.4.3条及《高规》5.1.14条规定:楼层侧向刚度小于上层的70%或其上三层平均值的80%左时,其薄弱层地震剪力应乘以 1.15的增大系数。设计者应注意:此条要求设计者必须指出薄弱层所在楼层,然后程序将根据设计者指定的薄弱层层号,将这些楼层地震作用的内力乘以 1.15的增大系数。

4.特殊构件地震力调整系数(1)。转换梁在地震作用下的内力调整:《高规》10.2.23条规定:转换梁在特一级、一级、二级抗震设计时,基地震作用下的内力分别放大1.8、1.5、1.25倍。设计时注意:设计必须在特殊构件定义时人工定义了转换梁,则程序会自动对其进行调整。


(2)。框支柱在地震作用下的内力调整:《高规》10.2.7条规定也要调整,设计时注意:设计必须在特殊构件定义时人工定义了框支柱,则程序会自动对其进行调整。由于调整系数往往很大,为了避免异常情况,程序给出一个控制开关,设计者可决是否对与框支柱相连的框架梁的弯矩剪力进行调整。

(3)。另外对于“不调幅的梁”、“铰接梁”、“滑动支座梁”、“刚性梁”、“铰接件”、“铰接支撑”、“弹性楼板”、“临空墙”等均需人工定义。

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