《2022年2022年结构软件计算中确定目标参数的方法 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年2022年结构软件计算中确定目标参数的方法 .pdf（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第 1 页结构软件计算中确定目标参数的方法在多层、高层的结构设计中，设计人员首先需要确定建筑结构中的各项指标，这就要求设计人员对所要设计的建筑项目有着清晰深入的了解和分析，尤其是在计算中所需要控制的目标参数。设计人员根据国家规范的具体规定、计算软件对参数定义的要求以及建筑工程的实际特点，对各个目标参数进行正确设置。其中有几个参数关系到整体计算结果，必须预先判断其合理取值，并在后续的计算中确定其准确取值，这样做是为了准确的控制结构的整体性，这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本自振周期等。1振型组合数振型组合数是在做抗震计算时考虑振型的数量。该组合数的取值如果太小，则不能正确反映模
2、型应当考虑的振型数量，使计算结果失效；如果取值太大，有可能使计算结果发生畸变。高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）（简称“高规”）5.1.13-2条规定1，抗震计算时，宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应，振型数不宜小于15，对多塔结构的振型数不应小于塔楼的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的 90。一般来说，振型组合数的多少同结构的层数及自由度有关，当结构层数较多或结构层刚度突变较大时，振型数应当取得多些，例如存在有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。所以振型组合数的选取应使振型参与质量达到总质量的90%，即 x，y向的有效质量系数应大于0.9。具体操作是，首先根据工程实
3、际情况及设计经验预设一个振型数计算后，考察计算后所得的有效质量系数是否大于0.9，若小于0.9，可逐步加大振型个数，直到x、y两个方向的有效质量系数都大于0.9为止。需要注意的是：结构的振型组合数最大值不能超过结构的总自由度数，如果所选振型数大于结构固有的振型总数，则会造成计算出来的地震力异常；对于进行藕联计算的结构，所选振型数应大于9个，多塔结构应更多，其值应取3的倍数；对采用刚性板假定的单塔结构，考虑扭转藕联作用时，其振型不得超过结构层数的 3倍，如果选取的振型组合数已经增加到结构层数的3倍，其有效质量系数仍不能满足要求，也不能再增加振型数，而应认真分析原因，考虑结构方案是否合理。对于主振
4、型的判断：刚度均匀的结构，在考虑扭转藕联计算时，一般说来，前两个或者前几个是主振型；对于刚度不均匀的复杂结构来说，应根据各个振型的基底剪力值判断哪个是X向或 Y向的主振型，同时能了解到每个振型对基底剪力值的作用大小。2地震力、风荷载作用方向地震力、风荷载作用方向是指地震荷载沿着不同方向作用，结构反映的大小也各不相同，其中存在某个角度是使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出，设计人员如发现该角度绝对值大于15度，应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算，以体现最不利地震作用方向的影响；对于有斜交抗侧力构件的结构，
5、当相交角大于 15度时，应分别计算各抗力构件的水平地震力，此处所指交角是指与设计输入时所选坐标系的夹角；对于主体结构中存在有斜向布置的梁、柱时，也要分别计算各抗力构件的水平地震力。3结构基本自振周期结构基本自振周期是结构的基本特征，只和结构的刚度和质量分布有关，该处设置基本周期，是为了计算一些荷载时使用的。因此待振型分析后取第一自振周期就是结构基本周期。结构基本自振周期：设计名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页 -第 2 页程序给出的隐含值是按高层建筑混凝土结构技术规程1的附录 B 的公式 B.0.2 计算的。根据附录E 中的详细说明和计算方法可以随意估算一个，
6、待振型分析后，再更新计算一次。脉动增大系数与结构的基本周期有关(WoT12)，结构的基本周期可采用结构力学方法计算，对于比较规则的结构，也可以采用以下近似方法计算：框架结构T=（0.08-1.00）N 框剪结构、框筒结构T=（0.06-0.08）N 剪力墙结构、筒中筒结构T=（0.05-0.06）N（其中 N 为结构层数）结构设计的难点在于确定整体结构的合理性，即竖向承重构件（柱、剪力墙等）的合理布置。整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调的内容。设计过程中需要控制结构整体性的目标参数主要有：轴压比、剪重比、刚度比、位移比、周期比、刚重比、层间受剪承载力之比、有效质量比等。3.1 轴压比轴压
7、比主要是为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见建筑抗震设计规范（简称“抗规”）6.3.7和6.4.62。3.1.1 柱轴压比表1 柱轴压比注：1 轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值；可不进行地震作用计算的结构，取无地震作用组合的轴力设计值；2 表内限值适用于剪跨比大于2、混凝土强度等级不高于C60的柱；剪跨比不大于2的柱轴压比限值应降低0.05；剪跨比小于 1.5的柱，轴压比限值应专门研究并采取特殊构造措施；3 沿柱全高采用井字复合箍且箍筋肢距不大于200mm、间距不大于 100mm、直径不小于 12mm，或沿柱全高采用复合螺旋箍、螺
8、旋间距不大于100mm、箍筋肢距不大于200mm、直径不小于 12mm，或沿柱全高采用连续复合矩形螺旋箍、螺旋净距不大于80mm、箍筋肢距不大于200mm、直径不小于 10mm、轴压比限值均可增加0.10；上述三种箍筋的配箍特征值均应按增大的轴压比由本节表6.3.12确定；4 在柱的截面中部附加芯柱，其中另加的纵向钢筋的总面积不少于柱截面面积的0.8%，轴压比限值可增加0.05；此项措施与注 3的措施共同采用时，轴压比限值可增加0.15，但箍筋的配箍特征值仍可按抽压比增加0.10 的要求确定；5 类场地上较高的高层建筑框架柱,其轴压比限值应适当加严,柱净高与截面长边尺寸之比小于4时,其轴压比限
9、值按上述相应数值减小0.05。6 柱轴压比不应大于1.05。3.1.2 墙轴压比表2 剪力墙轴压比剪力墙轴压比抗 震 等 级结 构 类 型一二三框架0.70 0.80 0.90 板柱剪框剪框筒筒筒0.75 0.85 0.95 部分框支剪0.65 0.70-名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -第 3 页轴压比一级（9 度）一级（7、8 度）二级N/FCA 0.4 0.5 0.6 注：有抗震设计的短肢剪力墙，其各层轴压比分别为0.5、0.6、0.7。3.2 剪重比剪重比是抗震设计中非常重要的参数,主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性，见“抗规”5.2.5
10、。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。抗震验算时，水平地震剪力标准值应符合下式要求：VEKI Gj式中VEki第 i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力；剪力系数，即剪重比,不应小于表 3规定的楼层最小地震剪力系数值，对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系G
11、j第 j层的重力荷载代表值。对于竖向不规则结构的薄弱层的水平地震剪力系数不小于1.15。表 3 楼层最小剪力系数类别7 度8 度9 度扭转效应明显或基本周期小于 3.5s的结构0.016（0.024）0.032（0.048）0.064 基本周期小于5.0s 的结构0.012（0.018）0.024（0.032）0.040 表 4 剪重比 vFEK/G 地震烈度7度8 度场地类别框架结构0.015 0.03 0.020.04 0.030.05 0.04 0.08 框剪结构0.020 0.04 0.030.05 0.040.06 0.05 0.08 剪力墙结构0.030 0.04 0.040.06
12、 0.040.08 0.07 0.10 若v过小，说明底部剪力过小，此时注意结构位移满足要求，构件截面配筋为构造配筋的“安全”假象，需要对结构构件截面尺寸、周期是否折减进行全面检查；若v过大，说明底部剪力过大，应检查输入信息，看是否输入信息错误，或者剪力墙数量过多，结构太刚。所以要将剪重比控制在适宜的范围内，其计算的位移、内力、配筋才有意义。资料表明，我国的剪重比是相对比较小的。验算剪重比：v0.85（Ts/T）0.9maxTs场地特征周期值T 计算所得结构自振周期max水平地震影响系数名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -第 4 页3.3刚度比刚度比是主要为
13、控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层的重要指标。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。根据建筑抗震设计规范和高层建筑混凝土结构技术规程的要求，软件提供了三种刚度比的计算方式，分别是剪切刚度，剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比。正确认识这三种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关键：1）剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定；2）剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构；3）地震力
14、与层间位移比是执行“抗规”第3.4.2条和“高规”4.3.5条的相关规定，通常绝大多数工程都可以用此法计算刚度比，这也是软件的缺省方式。当存在（表 5）所列举的平面不规则类型或（表 6）所列举的竖向不规则类型时，应符合“抗规”3.4.3 条的有关规定。表5 平面不规则的类型不规则类型定义扭转不规则楼层的最大弹性位移（或层间位移）大于该楼层两端的大弹性水平位移（或层间位移）平均值的 1.2倍。凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%。楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼板的30%，或有较大的楼板错
15、层。表6 竖向不规则的类型不规则类型定义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三层的侧向刚度平均值的80%，除顶层外，局部收进的尺寸大于相邻下一层的25%。竖向抗侧力构件不连续递。竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、绗架等）向下传楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一层的80%。3.4位移比（层间位移比）位移比（层间位移比）是控制结构平面不规则性的重要指标。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。见“抗规”3.4.2。不规则的建筑结构，应按下列要求进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗
16、震构造措施：（1）平面不规则而竖向规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，并应符合下列要求：a)扭转不规则时，应计及扭转影响，且楼层竖向构件最大的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；b)凹凸不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时尚应计及扭转影响。（2）平面规则而竖向不规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数，应按本规范有关规定进行弹塑性变形分析，并应符合下列要求：a)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乘以1.251.5 的增大系数；b
17、)楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -第 5 页（3）平面不规则且竖向不规则的建筑结构，应同时符合（1）、（2）条的要求。应当注意的是：（1）以上要求主要是限制结构平面布置的不规则性；（2）若结构中有不与楼板相连的构件或定义了弹性楼板，那么设计程序输出结果与“高规”要求不同，此时，需要设计人员一句刚性楼板假定条件下的分析结果进行判断；（3）必须在考虑偶然偏心影星，并强制假设在刚性楼板的情况下查验位移比的比值；（4）位移比不是硬性指标，只是计算问题。需要指出的是，新规范中规定的位移比限
18、值是按刚性板假定作出的，可以想象，如果不考虑刚性楼板的假定，那么楼板薄弱的地方位移就偏大些，楼板强的地方位移就偏小些，这些都是局部的变化，而算出来的位移比也是毫无意义的，不能反映除整个结构的扭转情况，所以计算位移比时，应该在刚性楼板假定的条件下进行。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，位移比的大小是判断结构是否规则的重要依据，对选择偶然偏心，单向地震，双向地震下的位移比，设计人员应正确选用。3.5 周期比周期比
19、是控制结构扭转效应的重要指标。主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，其要求见“高规”4.3.5。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，周期比不是要求结构足够结实，而是要求结构承载布局合理。“高规”第4.3.5条对结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比的要求给出了规定。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，设计人员需要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。结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高
20、度高层建筑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 1.5倍；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及“高规”第10章所指的复杂高层建筑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。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期 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、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。设计软件通常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
21、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。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -第 6 页3.6 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
22、稳定性的重要因素，也是影响重力二阶效的主要参数。该值如果不满足要求，则可能引起结构滑移和倾覆，应当引起设计人员的足够重视。根据“高规”5.4.4条（强规）高层建筑结构的稳定应符合下列规定：1）剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构应符合：EJd 1.4H2Gi2）框架结构应符合：Di 10H2Gj/hi 在计算完后，设计人员可查看SATWE 文本文件“结构设计信息输出文件WMASS.OUT”，查看是否满足要求，大量的工程经验说明：只要是高宽比在规范允许的范围内，其整体稳定性总是满足的，但是对于高宽比超限的结构则需要特别注意。3.7 层间受剪承载力之比层间受剪承载力之比是控制结构竖向不规则的重要指
23、标。其限值可参考“抗规”和“高规”的有关规定。除计算分析结构整体性所需要的目标参数外，设计人员还要按照规范的要求对整体结构地震作用进行调整，如最小地震剪力调整、特殊结构地震作用下内力调整、0.2Q0调整、强柱弱梁与强剪弱弯调整等等。以上参数主要是对结构整体合理性进行计算和调整，接下来的设计则主要对结构的构件内力和配筋进行计算，包括梁，柱，剪力墙等构件的截面优化设计，以及施工图设计调整阶段必须满足规范规定的抗震措施要求等等，这就需要设计人员更要认真而全面的分析，决不能麻痹大意！参考文献 1 高层建筑混凝土结构技术规程GJ 3-2002 2 建筑抗震设计规范GB 50011-2001 3 混凝土结构设计规范GB 50010-2002 4 李国胜多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例2002 5 魏利金纵论建筑结构设计新规范与软件SATWE 的合理应用.PKPM 新天地 2005 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 6 页 -