刚度偏心较大等,解决办法主要是改进设计,使结构规则,刚度均匀。
4.1.2间最大位移与层高之比(层间位移角)
规范规定:《抗震规范》5.5.1条和《高层规程》4.6.3条规定,“按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比?u/h宜符合以下规定”(略)。
《抗震规范》5.5.1条说明规定,“第一阶段设计,变形验算以弹性层间位移角表示。” 基本概念:层间最大位移与层高之比(简称层间位移角)是控制结构整体刚度和不规则性的主要指标。限制建筑物,特别是高层建筑的层间位移角主要目的有两点:一是保证主体结构基本处于弹性受力状态,避免混凝土受力构件出现裂缝或裂缝超过规范允许的范围;二是保证填充墙和各种管线等非结构构件完好,避免产生明显的损伤。
操作要点:各楼层层间位移角和全楼最大层间位移角都在<结构位移输出文件>(WDIDP.OUT)输出,各楼层层间位移角为Max-Dx/h和Max-Dy/h。如图所示。
注意事项:(1)程序输出层间位移角数值,是否满足规范要求由设计人员判断。 (2)层间位移角和位移比一样,也应在刚性楼板假定下计算。 4.1.3周期比 规范规定:《高层规程》4.3.5条规定,结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。
基本概念:扭转周期与平动周期之比足控制结构扭转效应的重要指标,是结构扭转刚度、扭转惯量分布大小的综合反应。控制周期比的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理,使结构不会出现过大的扭转效应。控制结构周期比的实质是,控制结构的扭转变形要小于结构的平动变形,周期比不是要求结构足够结实,而是要求结构刚度布局合理,以此控制地震作用下结构扭转激励振动效应不成为主振动效应,避免结构扭转破坏。
操作要点:周期比不能在计算书中直接查到,但在<周期、振型、地震力>(WZQ.OUT)文件中给出了计算周期比的原始数据,需要设计人员自行计算,如图 周期比计算方法如下:
(1)划分平动振型和扭转振型。考察各振型是平动系数还是扭转系数占主导地位(最好大于0.8,至少也要大于0.5),区分出各振型是平动振型还是扭转振型。从图示计算书可以看出,在所取得15个振型中,第5~14振型为扭转振型,其余为平动振型。
(2)找出第一平动振型和第一扭转振型。在平动振型和扭转振型找出周期最长的(一阶振型)为第一平动周期T1和第一扭转周期Tt。必要时还应查看该振型的基底剪力是否较大,考查该振型在(结构整体空间振动简图)中,是否能引起结构整体振动,局部振动周期不能作为第一周期。本例题第1和第5周期分别为第一平动周期和第一扭转周期。
(3)周期比计算。将第一扭转周期Tt除以第一平动周期T1即为周期比,考查其值是否小于0.9(或0.85)。本例题周期比为:0。1708/0.5854=02918,满足规范要求。
注意事项:(1)在结构符合刚性楼板假定时,周期比计算应在刚性楼板假定下进行;对于不适宜刚性楼板假定的复杂高层建筑结构,不宜考虑周期比控制。 (2)对于多塔大底盘结构,各个塔楼宜分别计算周期比。
(3)如周期比不满足规范要求,说明该结构扭转效应明显,对抗震不利,应进行调整。 (4)周期比调整原则:
1)结构抗侧力构件的布局均匀对称。
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2)增加结构周边的刚度,方法如下: ? ? ? ?
增大周边柱、剪力墙的截面或数量; 增大周边梁的高度、楼板的厚度;
在楼板外伸段凹槽处设置连接梁或连接板;
加强转角窗周边构件的截面和强度,包括剪力墙、暗柱、窗间墙、楼板等,特别是增设暗梁。
? 减少周边剪力墙洞口。
3)降低结构中部的刚度,方法如下: ? 结构中部剪力墙上开洞; ? 中部核心筒开结构洞再填充。 4.4.4层间刚度比
规范规定:《高层规程》4.1.2条规定,“抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。” 《高层规程》5.1.14条规定,“对竖向不规则的高层建筑结构.包括某楼层抗侧刚度小于其上一层的70%或小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%??其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数”。 《高层规程》附录E.0.2条规定,“当转换层设置在3层及3层以上时,其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%。”
《抗震规范》附录E.2.1条规定,筒体结构“转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2。” 程序实现:刚度比是控制结构竖向不规则和判断薄弱层的重要指标。程序根据规范要求自动计算层间刚度比,自动判定是否因刚度比突变出现薄弱层,自动对薄弱层放大地震剪力。 操作要点:层间刚度比和薄弱层地震剪力放大信息在(结构设计信息)(WMASS.OUT)文件中输出,层间刚度比为Ratx1和Raty1,如图所示。从计算书中可知,本图各楼层的“薄弱层地震剪力放大系数”都是“1”,书名该结构没有薄弱层。
注意事项:(1)程序提供了剪切刚度、剪弯刚度、地震剪力与地震层间位移之比三种刚度比的计算方法,由于计算方法不同,计算结果差异较大,设计人员应正确选用。
(2)转换层数以楼层竖向抗侧力构件不连续形成的薄弱层,不论层间刚度比是多少,都将该楼层设置为薄弱层。 4.1.5层间受剪承载力比
规范规定:《抗震规范》3.4.3条规定,“平面规则而竖向不规则的建筑结构??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%。” 《高层规程》4,4.3条规定,“A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的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层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。” 《高层规程》5.L1-4条规定,“对竖向不规则的高层建筑结构??结构楼层层间抗侧力结构的承载力小于其上一层的80%??其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数”。
程序实现:层间受剪承载力比也是控制结构竖向不规则性和判断薄弱层的重要指标。根据规范要求,程序自动计算层间受剪承载力比。
操作要点:层间受剪承载力在<结构设计信息>(WMASS.OUT)文件中输出,层间受剪承力比
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为Ratio_BuX和Ratio_BuY。程序没有自动判定承载力是否超出限值而出现薄弱层,需要设计人员自行判定。如有薄弱层,应手工设定薄弱层后重新计算,程序自动放大薄弱层的地震剪力,如图所示例题层间受剪承载力比。
注意事项:(1)受剪承载力的计算与混凝土强度、实配钢筋面积等因素有关,在SATWE计算时尚不知实配钢筋面积,因此程序以计算配筋面积代替实配钢筋面积作计算不够真实。 (2)受剪承载力计算以矩形柱代替异型柱和剪力墙作近似计算,结果仅供参考。 4.1.6 剪重比 规范规定:《抗震规范》5.2.5条和《高规》3.3.13条规定,“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 nVEki??Gj
j?i剪力系数,不应小于表5.2.5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的增大系数。”
基本概念:剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范规定剪重比计算,主要是因为在长周期作用下,地震影响系数下降较快,对于基本周期大于3.5s的结构,由此计算出来的水平地震作用下的结构效应有可能太小。而对于长周期结构,地震动态作用下的地面运动速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用,而振型分解反应谱法尚无法对此做出准确的计算。出于安全考虑,规范规定了各楼层水平地震剪力的最小值,该值如不满则要求,说明结构有可能出现比较明显的薄弱部位,须进行调整
操作要点:剪重比在<周期、振型、地震力>(WZQ.OUT)文件中输出,各塔的地震剪力为VX和Vy。如图例题X方向各楼层剪重比和规范要求的最小剪重比。
注意事项:(1)若结构剪重比不满足规范要求,建议先不选择程序自动调整,首先考查剪重比原始值,若与规范要求相差较大,应优化设计方案,改进结构布局、调整结构刚度;当剪重比与规范要求相差不大时,再选择该项自动调整地震剪力,以完全满足规范要求。 (2)正确计算剪重比,必须选取足够的振型个数使有效质量系数大于0.9。 (3)地下室由于受回填土的约束作用,可以不考虑剪重比调整。 4.1.7刚重比 规范规定:《高规》5.4.4条规定,“高层建筑结构的稳定应符合下列规定”(略)。
基本概念:刚重比时结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定的重要只标。高层建筑结构的稳定设计主要是控制在风荷载或水平地震作用下,重力荷载产生的二阶效应(P-△效应)不致过大,导致结构失稳倒塌。结构的刚重比是影响重力二阶效应的主要参数,通过对结构刚重比的控制,满足高层建筑稳定性要求。
操作要点:刚重比在<结构设计信息>(WMASS.OUT)文件输出,若该文件显示“能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算”,表示刚重比满足规范要求,否则应修改设计。如图例题所示刚重比计算结果。
注意事项:刚重比不满足规范要求,通常应调整结构的高宽比。 4.1.8框架的倾覆力矩比 规范规定:《抗震规范》6.1.3条规定,“框架-抗震墙结构,在基本振型地震作用下,若框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%,其框架部分的抗震等级应按框架结构确定,最大适用高度可比框架结构适当增加。” 基本概念:框架-剪力墙结构在进行抗震设计时,在基本振型地震作用下,框架部分承受的
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地震倾覆力矩和结构总倾覆力矩的比值MP/M,决定框架的抗震等级、结构最大适用高度和高宽比等。
操作要点:1)若MP/M≤0.5,框架部分的抗震等级及柱轴压比按框架-剪力墙结构中框架结构确定。
2)若0.75≥MP/M>0.5,框架部分的抗震等级及柱轴压比按纯框架结构确定。 3)若MP/M>0.75,结构的最大适用高度可按配置少量剪力墙的框架结构确定。
框架的倾覆力矩比可以在<框架柱倾覆弯矩及0.2Qo调整系数>(WV02Q.OUT)文件中查到,如图本例框架柱地震倾覆弯矩占总弯矩的比值。 4.1.9地震作用调整
整体结构地震作用调整主要指: (1)楼层最小地震剪力调整
《抗震规范》5.2.5条规定了任一楼层水平地震剪力的要求,软件可以自动实现这—调整要求。 (2)框架结构0.2Q0调整
《抗震规范》6.2.13条和《高规》8.1.4规定了结构0.2Q0调整的要求,软件允许按设计人员指定的楼层和系数进行调整。 (3)边榀构件地震作用效应调整 《抗震规范》5.2.3条规定,“规则结构不进行扭转耦连计算时,平行于地震作用方向的两个边榀,其地震作用效应应乘以增大系数。一般情况下,短边可按1.15采用,长边可按l.05采用;当扭转刚度较小时,宜按不小于1.3采用。”
SATWE软件采用空间有限元分析,总考虑扭转耦连计算,不必执行该条规定。
(4)转换梁地震作用下的内力调整 《抗震规范》:3.4.3条和《高规》10.2.6条规定了竖向构件不连续时,转换构件水平地震作用计算内力应乘以增大系数。只要设计人员定义了转换构件,软件可以自动实现调整要求。 (5)框支柱地震作用下的内力调整
《高规》10.2.7条规定了带转换层的高层建筑结构的框支柱承受的地震剪力标准值要求,只要设计人员定义框支柱,软件可以实现相应的调整要求。 (6)板柱—抗震墙结构地震作用调整
《抗震规范》6.6.5条规定了板柱—抗震墙结构的墙和柱各自承担的地震作用,如设置<结构体系>为“板柱—剪力墙结构”,软件自动完成这一调整。 4.1.10设计内力调整 (1)梁设计剪力调整
《抗震规范》6.2.4条和《高规》6.2.5条和7.2.22条规定了抗震设计时,粱端截面组合的剪力设计值要求,软件自动进行相应调整。 (2)柱设计内力调整
《抗震规范》6.2.2条、6.2.3条、6.2.6条、6.2.10条和《高规》4.9.2条规定了抗震设计时,强柱弱梁的概念设计要求,需要对底层柱、角柱和框支柱的组合设计内力值进行调整,对特殊构件定义后软件作相应调整。 (3)剪力墙设计内力调整
《高规》4.9.2条、7.2.10条和10.2.14条规定了抗震设计时,剪力墙底部加强区和非加强区截面组合的设计内力要求,软件自动进行相应调整。
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(4)9度及一级框架结构调整
《抗震规范》6.2.4条和《高规》7.2.22条,规定了9度抗震及一级框架结构设计时,构件内力调整要求,软件自动进行相应调整。 (5)构件的抗震等级
《高规》7.2.1-3条和10.2.5条规定了对某些特殊结构的构件抗震等级提高一级的要求,软件自动进行相应调整。
4.2动画图形
通过三维线框模型、三维实体模型的动态图,显示反映结构的计算分析结果,主要有: ? <9.各荷载工况下结构空间变形简图> ? <12.结构整体空间振动简图>
通过三维动态图形,可以形象直观地查看到建模错误,荷载传导不正确,参数设置不正确,结构设计不合理等,引起的构件病态振动和结构局部振动,这对宏观把握结构分析合理性是十分有益的。如图本题空间振动简图。
4.3 静态图形
通过平面图、立面图、立体图的数据,显示结构计算分析结果,主要有构件编号图、配筋图、轴压比图、各种荷载工况下的内力图等。设计人员除了查阅各项内力计算数值外,特别要注意构件计算结果是否满足规范,如轴压比、剪压比、剪跨比、跨高比、高厚比(剪力墙)及长细比(柱)等,构件配筋参数包括纵筋、箍筋、分布钢筋、配筋率及有无超筋等。如图本例配筋局部简图。
警示:<7.底层柱、墙最大组合内力简图>中数据仅用于上部荷载传导正确性校核,不能用于基础设计,该程序已不再维护,建议不要使用。 4.4 柱双偏压验算方法
如SATWE整体分析时采用单偏压计算,建议应进行双偏压验算。方法是:执行SATWE软件第4项<分析结果图形和文本显示>,选择<14.柱钢筋修改及双偏压验算>,进入柱双偏压验算图形界面,点取【钢筋验算】,显示钢筋验算对话框,如图所示。通过<添加>(或<全部添加>)选项,将左侧<楼层列>中需要验算的楼层号转移到右侧(验算层),点击<确认>,即对选择楼层的全部柱钢筋进行双偏压验算,如钢筋用红色字体显示,表示双偏压验算不满足要求,可以用【修改钢筋】命令将柱钢筋逐步加大,再进行验算,直至柱钢筋标注字体都为白色,全部满足双偏压验算为止。
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