【摘要】隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,建筑結(jié)構(gòu)設計的計算程序也日益完善,從而使設計人員對電算的依賴程度也越來越重,而很多新人更是對電算只知其然而不知其所以然,這就會使得結(jié)構(gòu)設計存在不合理的可能。本文將就多高層混凝土結(jié)構(gòu)抗震方面的電算參數(shù)輸入和結(jié)果輸出進行一個簡單的歸納。
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)抗震;參數(shù)輸入;結(jié)果分析
1、抗震相關(guān)的參數(shù)輸入
以目下相對主流的計算程序SATWE和YJK為例,羅列一些容易被忽視的點,常規(guī)的一些參數(shù)這里不再探討。
(1)抗震等級的輸入:分為砼框架抗震等級、剪力墻抗震等級、鋼框架抗震等級、抗震構(gòu)造措施的抗震等級,這個參數(shù)必須正確填寫,主要為按照規(guī)范做“強剪弱彎”、“強柱弱梁”的內(nèi)力調(diào)整,已達到抗震中最重要的指標“延性”。這里要注意的是當建筑存在局部抗震等級不統(tǒng)一的情況時,需要在特殊構(gòu)件定義中對相應位置的抗震等級進行單獨定義;抗震構(gòu)造措施如有規(guī)范規(guī)定的如“《抗規(guī)》3.3.3條”時,此時應根據(jù)實際情況提高。
(2)按《抗規(guī)》6.1.3-3降低嵌固端以下抗震構(gòu)造措施的抗震等級:本參數(shù)為實現(xiàn)抗規(guī)的要求而設置,《抗規(guī)》規(guī)定,地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端時,地下一層抗震等級應與上部結(jié)構(gòu)相同,地下一層以下的抗震構(gòu)造措施的抗震等級可逐層降低一級,但不能小于四級。 這里重點說明下抗震措施的抗震等級,和抗震構(gòu)造措施的抗震等級的區(qū)別??拐鸫胧┮话憧煞譃閮?nèi)力計算和抗震構(gòu)造措施(即抗震措施包括抗震構(gòu)造措施),內(nèi)力計算則是平時采用程序進行的地震作用計算及強剪弱彎等的調(diào)整,這些都是需要通過數(shù)值計算來實現(xiàn)的,而抗震構(gòu)造措施是不需要計算的,即平時的軸壓比控制和配筋率控制等。故此參數(shù)一般建議勾選。
(3)考慮偶然偏心、考慮雙向地震作用:這個參數(shù)存在的疑問是,經(jīng)常有人不知道什么時候該點選哪項。根據(jù)《高規(guī)》12頁第3.3.3條“計算單向地震作用時應考慮偶然偏心的影響”而雙向地震作用則是根據(jù)《抗規(guī)》第26頁第5.1.1條3款(強條):“質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu),應計入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響”,一般工程中認為在計算結(jié)果中位移比大于1.2時屬于明顯不對稱,此時應勾選,但新版PKPM說明中解釋到,軟件能夠自動在偶然偏心和雙向地震中取大值,因此在實際計算時,均勾選亦可。
(4)計算振型個數(shù):理論中振型數(shù)應取為結(jié)構(gòu)層數(shù)的3倍,主要考慮某些結(jié)構(gòu)的高階振型對結(jié)構(gòu)的影響。但實際計算中,規(guī)范規(guī)定在質(zhì)量參與系數(shù)不小于90%時,則可認為振型數(shù)量合適,故一般工程中,滿足質(zhì)量參與系數(shù)不小于90%的前提下,多層可按照層數(shù)取值,高層一般可取15或18個,從而提高計算效率。
(5)周期折減系數(shù):《高規(guī)》4.3.17條中給出了各種結(jié)構(gòu)形式的周期折減系數(shù)的取值范圍,但是具體到實際計算中應該取多少呢?這個參數(shù)主要為考慮結(jié)構(gòu)中的填充墻對結(jié)構(gòu)剛度的影響,在結(jié)構(gòu)計算時,模型中只是建立了其中的梁、板、柱、墻,但實際情況下,結(jié)構(gòu)中還會填入砌體填充墻,這些填充墻會增加結(jié)構(gòu)的實際剛度,但模型中卻沒有考慮,因此實際周期會比計算周期小,因此軟件采用此折減系數(shù)來近似考慮非結(jié)構(gòu)填充墻的影響。在這個理論基礎上就可以根據(jù)實際工程中填充墻的多少來確定此參數(shù)的取值了。
2、抗震相關(guān)的結(jié)果輸出
這部分主要談一談計算結(jié)果中與抗震相關(guān)的幾個數(shù)據(jù),側(cè)重在控制和調(diào)整。這里首先要明確一個前提:驗算位移比需要考慮偶然偏心作用,驗算層間位移角則不需要考慮偶然偏心;驗算位移比應選擇強制剛性樓板假定,但當凸凹不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時,應采用符合樓板平面內(nèi)實際剛度變化的計算模型,當平面不對稱時尚應計及扭轉(zhuǎn)影響。
(1)軸壓比:主要為控制結(jié)構(gòu)的延性,根據(jù)不同的抗震等級,《高規(guī)》和《抗規(guī)》中對墻肢和柱均有相應限值要求。此項數(shù)據(jù)沒有太多的調(diào)整辦法,若不滿足增大截面或者提高混凝土強度等級即可。當工程限制條件比較苛刻的時候可根據(jù)規(guī)范注釋及條文說明適當放寬。
(2)剪重比:一個容易被忽視的數(shù)據(jù)?!犊挂?guī)》5.2.5條規(guī)定了樓層最小地震剪力系數(shù),目的就是為了控制樓層最小地震剪力,保證結(jié)構(gòu)的安全。這個剪力系數(shù)就是電算結(jié)果中的剪重比,當有樓層的剪重比不滿足規(guī)范要求時,則需要改變結(jié)構(gòu)布置或調(diào)整結(jié)構(gòu)總剪力和各層的水平地震剪力使之滿足要求?,F(xiàn)在的軟件是可以自動調(diào)整此項數(shù)據(jù),但調(diào)整的辦法是乘以增大系數(shù),并不會自動去調(diào)正結(jié)構(gòu)布置,所以我們需要考慮我們的結(jié)構(gòu)布置是否合理,若剪重比過小,說明底部剪力過小,此時應注意結(jié)構(gòu)位移滿足要求,構(gòu)件截面配筋為構(gòu)造配筋的“安全”假象,要對構(gòu)件截面尺寸、周期是否折減進行全面檢查,找出原因;剪重比過大,說明底部剪力過大,應檢查輸入信息,是否有誤,或剪力墻數(shù)量過多,結(jié)構(gòu)太剛。
(3)周期和周期比:周期的大小與結(jié)構(gòu)在地震中的反應有密切關(guān)系。通過分析周期的大小是否在經(jīng)驗公式的范圍內(nèi),可判斷出結(jié)構(gòu)的剛度是否合適。如果有異常,需要檢查結(jié)構(gòu)截面尺寸、布置和輸入數(shù)據(jù)。尤其需要注意的是結(jié)構(gòu)自振周期應與場地土的卓越周期錯開,避免共振造成災害。至于周期比需要注意的是此項數(shù)據(jù)多層建筑是不需要考慮的,僅需滿足《抗規(guī)》避免第一周期扭轉(zhuǎn)即可,在高層建筑中當周期比超限時,一般主要是結(jié)構(gòu)抗扭剛度不足,需調(diào)整結(jié)構(gòu)方案加大抗扭剛度。
(4)層間位移角和位移比:位移角是用來限制結(jié)構(gòu)的水平位移,確保結(jié)構(gòu)具備足夠的剛度,避免產(chǎn)生過大的位移。當位移角不滿足時可以從豎向構(gòu)件及梁截面、中梁剛度放大系數(shù)、周期折減系數(shù)、連梁剛度折減系數(shù)等方面進行調(diào)整。位移比則是用來限制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應的,《高規(guī)》3.4.5條文說明中有位移比限值可達1.6的條件,這一點大家可以加以利用。
結(jié)語:
結(jié)構(gòu)工程師應在保證計算參數(shù)輸入正確、合理的前提下,從結(jié)構(gòu)整體和局部兩個方面在建筑結(jié)構(gòu)設計按上述內(nèi)容進行分析、判斷,使施工圖設計達到最優(yōu)的設計效果。
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作者簡介:
邳磊,華東建筑設計研究院有限公司大連分公司,遼寧大連。