新規(guī)范下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算步驟探討_工程管理

1、新規(guī)范下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算步驟探討新的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范在結(jié)構(gòu)牢靠度、設(shè)計(jì)計(jì)算、配筋構(gòu)造方面均有重大更新和補(bǔ)充，特殊是對(duì)抗震及結(jié)構(gòu)的整體性，規(guī)章性作出了更高的要求，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不行能一次完成。如何正確運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，以滿意新規(guī)范的要求，是每個(gè)設(shè)計(jì)人員都特別關(guān)懷的問題。以SATWE軟件為例，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算步驟的爭論，對(duì)一個(gè)典型工程而言，使用結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分四步較為科學(xué)。1.完成整體參數(shù)的正確設(shè)定計(jì)算開頭以前，設(shè)計(jì)人員首先要依據(jù)新規(guī)范的詳細(xì)規(guī)定和軟件手冊(cè)對(duì)參數(shù)意義的描述，以及工程的實(shí)際狀況，對(duì)軟件初始參數(shù)和特別構(gòu)件進(jìn)行正確設(shè)置。但有幾個(gè)參數(shù)是關(guān)系到整體計(jì)算結(jié)果的，必需首先確定其合

2、理取值，才能保證后續(xù)計(jì)算結(jié)果的正確性。這些參數(shù)包括振型組合數(shù)、最大地震力作用方向和結(jié)構(gòu)基本周期等，在計(jì)算前很難估量，需要經(jīng)過試算才能得到。(1)振型組合數(shù)是軟件在做抗震計(jì)算時(shí)考慮振型的數(shù)量。該值取值太小不能正確反映模型應(yīng)當(dāng)考慮的振型數(shù)量，使計(jì)算結(jié)果失真;取值太大，不僅鋪張時(shí)間，還可能使計(jì)算結(jié)果發(fā)生畸變。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程5.1.13-2條規(guī)定，抗震計(jì)算時(shí)，宜考慮平扭藕聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)不宜小于15，對(duì)多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓的9倍，且計(jì)算振型數(shù)應(yīng)使振型參加質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。一般而言，振型數(shù)的多少于結(jié)構(gòu)層數(shù)及結(jié)構(gòu)自由度有關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)層剛度突變較大時(shí)，振型

3、數(shù)應(yīng)當(dāng)取得多些，如有彈性節(jié)點(diǎn)、多塔樓、轉(zhuǎn)換層等結(jié)構(gòu)形式。振型組合數(shù)是否取值合理，可以看軟件計(jì)算書中的x，y向的有效質(zhì)量系數(shù)是否大于0.9.詳細(xì)操作是，首先依據(jù)工程實(shí)際狀況及設(shè)計(jì)閱歷預(yù)設(shè)一個(gè)振型數(shù)計(jì)算后考察有效質(zhì)量系數(shù)是否大于0.9，若小于0.9，可逐步加大振型個(gè)數(shù)，直到x，y兩個(gè)方向的有效質(zhì)量系數(shù)都大于0.9為止。必需指出的是，結(jié)構(gòu)的振型組合數(shù)并不是越大越好，其最大值不能超過結(jié)構(gòu)得總自由度數(shù)。例如對(duì)采納剛性板假定得單塔結(jié)構(gòu)，考慮扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)作用時(shí)，其振型不得超過結(jié)構(gòu)層數(shù)的3倍。假如選取的振型組合數(shù)已經(jīng)增加到結(jié)構(gòu)層數(shù)的3倍，其有效質(zhì)量系數(shù)仍不能滿意要求，也不能再增加振型數(shù)，而應(yīng)仔細(xì)分析緣由，考慮結(jié)構(gòu)

4、方案是否合理。(2)最大地震力作用方向是指地震沿著不同方向作用，結(jié)構(gòu)地震反映的大小也各不相同，那么必定存在某各角度使得結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)值最大的最不利地震作用方向。設(shè)計(jì)軟件可以自動(dòng)計(jì)算出最大地震力作用方向并在計(jì)算書中輸出，設(shè)計(jì)人員如發(fā)祥該角度肯定值大于15度，應(yīng)將該數(shù)值回填到軟件的“水平力與整體坐標(biāo)夾角”選項(xiàng)里并重新計(jì)算，以體現(xiàn)最不利地震作用方向的影響。(3)結(jié)構(gòu)基本周期是計(jì)算風(fēng)荷載的重要指標(biāo)。設(shè)計(jì)人員假如不能事先知道其精確值，可以保留軟件的缺省值，待計(jì)算后從計(jì)算書中讀取其值，填入軟件的“結(jié)構(gòu)基本周期”選項(xiàng)，重新計(jì)算即可。上述的計(jì)算目的是將這些對(duì)全局有掌握作用的整體參數(shù)先行計(jì)算出來，正確設(shè)置，否則其

5、后的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際差別很大。2.確定整體結(jié)構(gòu)的合理性整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性是新規(guī)范特殊強(qiáng)調(diào)內(nèi)容。新規(guī)范用于掌握結(jié)構(gòu)整體性的主要指標(biāo)主要有：周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛重比、剪重比等。(1)周期比是掌握結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)。它的目的是使抗側(cè)力的構(gòu)件的平面布置更有效更合理，使結(jié)構(gòu)不至消失過大的扭轉(zhuǎn)。也就是說，周期比不是要求就構(gòu)足夠牢固，而是要求結(jié)構(gòu)承載布局合理。高規(guī)第4.3.5條對(duì)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比的要求給出了規(guī)定。假如周期比不滿意規(guī)范的要求，說明該結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，設(shè)計(jì)人員需要增加結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件的剛度，降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度，以增

6、大結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。設(shè)計(jì)軟件通常不直接給出結(jié)構(gòu)的周期比，需要設(shè)計(jì)人員依據(jù)計(jì)算書中周期值自行判定第一扭轉(zhuǎn)(平動(dòng))周期。以下介紹有用周期比計(jì)算方法：1)扭轉(zhuǎn)周期與平動(dòng)周期的推斷：從計(jì)算書中找出全部扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5的平動(dòng)周期，按周期值從大到小排列。同理，將全部平動(dòng)系數(shù)大于0.5的平動(dòng)周期值從大到小排列;2)第一周期的推斷：從列隊(duì)中選出數(shù)值最大的扭轉(zhuǎn)(平動(dòng))周期，查看軟件的“結(jié)構(gòu)整體空間振動(dòng)簡圖”，看該周期值所對(duì)應(yīng)的振型的空間振動(dòng)是否為整體振動(dòng)，假如其僅僅引起局部振動(dòng)，則不能作為第一扭轉(zhuǎn)(平動(dòng))周期，要從隊(duì)列中取出下一個(gè)周期進(jìn)行考察，以此類推，直到選出不僅周期值較大而且其對(duì)應(yīng)的振型為結(jié)構(gòu)整體振動(dòng)的

7、值即為第一扭轉(zhuǎn)(平動(dòng))周期;3)周期比計(jì)算：將第一扭轉(zhuǎn)周期值除以第一平動(dòng)周期即可。(2)位移比(層間位移 比)是掌握結(jié)構(gòu)平面不規(guī)章性的重要指標(biāo)。其限值在建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和高規(guī)中均有明確的規(guī)定，不再贅述。需要指出的是，新規(guī)范中規(guī)定的位移比限值是按剛性板假定作出的，假如在結(jié)構(gòu)模型中設(shè)定了彈性板，則必需在軟件參數(shù)設(shè)置時(shí)選擇“對(duì)全部樓層強(qiáng)制采納剛性樓板假定”，以便計(jì)算出正確的位移比。在位移比滿意要求后，再去掉“對(duì)全部樓層強(qiáng)制采納剛性樓板假定的選擇，以彈性樓板設(shè)定進(jìn)行后續(xù)配筋計(jì)算。此外，位移比的大小是推斷結(jié)構(gòu)是否規(guī)章的重要依據(jù)，對(duì)選擇偶然偏心，單向地震，雙向地震下的位移比，設(shè)計(jì)人員應(yīng)正確選用。(3)剛度

8、比是掌握結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)章的重要指標(biāo)。依據(jù)抗震規(guī)范和高規(guī)的要求，軟件供應(yīng)了三種剛度比的計(jì)算方式，分別是剪切剛度，剪彎剛度和地震力與相應(yīng)的層間位移比。正確熟悉這三種剛度比的計(jì)算方法和適用范圍是剛度比計(jì)算的關(guān)鍵：1)剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及對(duì)地下室嵌固條件的判定;2)剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu);3)地震力與層間位移比是執(zhí)行抗震規(guī)范第3.4.2條和高規(guī)4.3.5條的相關(guān)規(guī)定，通常絕大多數(shù)工程都可以用此法計(jì)算剛度比，這也是軟件的缺省方式。(4)層間受剪承載力之比也是掌握結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)章的重要指標(biāo)。其限值可參考抗震規(guī)范和高規(guī)的有關(guān)規(guī)定。(5)剛重比是結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比。

9、它是掌握結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要因素，也是影響重力二階效的主要參數(shù)。該值假如不滿意要求，則可能引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌，應(yīng)當(dāng)引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視。(6)剪重比是抗震設(shè)計(jì)中特別重要的參數(shù)。規(guī)范之所以規(guī)定剪重比，主要是由于長期作用下，地震影響系數(shù)下降較快，由此計(jì)算出來的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太小。而對(duì)于長周期結(jié)構(gòu)，地震驚態(tài)作用下的地面加速度和位移可能對(duì)結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用，但采納振型分解法時(shí)無法對(duì)此作出精確的計(jì)算。因此，出于平安考慮，規(guī)范規(guī)定了各樓層水平地震力的最小值，該值假如不滿意要求，則說明結(jié)構(gòu)有可能消失比較明顯的薄弱部位，必需進(jìn)行調(diào)整。除以上計(jì)算分析以外，設(shè)計(jì)軟件還會(huì)根據(jù)規(guī)范的要求對(duì)整體結(jié)構(gòu)地

10、震作用進(jìn)行調(diào)整，如最小地震剪力調(diào)整、特別結(jié)構(gòu)地震作用下內(nèi)力調(diào)整、0.2Q0調(diào)整、強(qiáng)柱弱梁與強(qiáng)剪弱彎調(diào)整等等，因程序可以完成這些調(diào)整，就不再詳述了。3對(duì)單構(gòu)件作優(yōu)化設(shè)計(jì)前幾步主要是對(duì)結(jié)構(gòu)整體合理性的計(jì)算和調(diào)整，這一步則主要進(jìn)行結(jié)構(gòu)單個(gè)構(gòu)件內(nèi)力和配筋計(jì)算，包括梁，柱，剪力墻軸壓比計(jì)算，構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計(jì)等。(1)軟件對(duì)混凝土梁計(jì)算顯示超筋信息有以下狀況：1)當(dāng)梁的彎矩設(shè)計(jì)值M大于梁的極限承載彎矩Mu時(shí)，提示超筋;2)規(guī)范對(duì)混凝土受壓區(qū)高度限制：四級(jí)及非抗震：b二、三級(jí)：0.35(計(jì)算時(shí)取AS=0.3AS)一級(jí)：0.25(計(jì)算時(shí)取AS=0.5AS)當(dāng)不滿意以上要求時(shí)，程序提示超筋;3)抗震規(guī)范要求梁端

11、縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%，當(dāng)大于此值時(shí)，提示超筋;4)混凝土梁斜截面計(jì)算要滿意最小截面的要求，如不滿意則提示超筋。(2)剪力墻超筋分三種狀況：1)剪力墻暗柱超筋：軟件給出的暗柱最大配筋率是根據(jù)4%掌握的，而各規(guī)范均要求剪力墻主筋的配筋面積以邊緣構(gòu)件方式給出，沒有最大配筋率。所以程序給出的剪力墻超筋是警告信息，設(shè)計(jì)人員可以酌情考慮;2)剪力墻水平筋超筋則說明該結(jié)構(gòu)抗剪不夠，應(yīng)予以調(diào)整;3)剪力墻連梁超筋大多數(shù)狀況下是在水平地震力作用下抗剪不夠。規(guī)范中規(guī)定允許對(duì)剪力墻連梁剛度進(jìn)行折減，折減后的剪力墻連梁在地震作用下基本上都會(huì)消失塑性變形，即連梁開裂。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪力墻連梁設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮

12、其配筋是否滿意正常狀態(tài)下極限承載力的要求。(3)柱軸壓比計(jì)算：柱軸壓比的計(jì)算在高規(guī)和抗震規(guī)范中的規(guī)定并不完全一樣，抗震規(guī)范第6.3.7條規(guī)定，計(jì)算軸壓比的柱軸力設(shè)計(jì)值既包括地震組合，也包括非地震組合，而高規(guī)第6.4.2條規(guī)定，計(jì)算軸壓比的柱軸力設(shè)計(jì)值僅考慮地震作用組合下的柱軸力。軟件在計(jì)算柱軸壓比時(shí)，當(dāng)工程考慮地震作用，程序僅取地震作用組合下的的柱軸力設(shè)計(jì)值計(jì)算;當(dāng)該工程不考慮地震作用時(shí)，程序才取非地震作用組合下的柱軸力設(shè)計(jì)值計(jì)算。因此設(shè)計(jì)人員會(huì)發(fā)覺，對(duì)于同一個(gè)工程，計(jì)算地震力和不計(jì)算地震力其柱軸壓比結(jié)果會(huì)不一樣。(4)剪力墻軸壓比計(jì)算：為了掌握在地震力作用下結(jié)構(gòu)的延性，新的高規(guī)和抗震規(guī)范對(duì)剪

13、力墻均提出了軸壓比的計(jì)算要求。需要指 出的是，軟件在計(jì)算斷指剪力墻軸壓比時(shí)，是按單向計(jì)算的，這與高規(guī)中規(guī)定的短肢剪力墻軸壓比按雙向計(jì)算有所不同，設(shè)計(jì)人員可以酌情考慮。(5)構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計(jì)：計(jì)算結(jié)構(gòu)不超筋，并不表示構(gòu)件初始設(shè)置的截面和外形合理，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)行構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)，使構(gòu)件在保證受力要求的德條件下截面的大小和外形合理，并節(jié)約材料。但需要留意的是，在進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以保證整體結(jié)構(gòu)合理性為前提，由于構(gòu)件截面的大小直接影響到結(jié)構(gòu)的剛度，從而對(duì)整體結(jié)構(gòu)的周期、位移、地震力等一系列參數(shù)產(chǎn)生影響，不行盲目減小構(gòu)件截面尺寸，使結(jié)構(gòu)整體平安性降低。4.滿意規(guī)范抗震措施的要求在施工圖設(shè)計(jì)階段，還必需滿意規(guī)范規(guī)定的抗震措施要求?；炷烈?guī)范、高規(guī)和抗震規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造提出了特別詳盡的規(guī)定，這些措施是許多震害調(diào)查和抗震設(shè)計(jì)閱歷的總結(jié)，也是保證結(jié)構(gòu)平安的最終一道防線，設(shè)計(jì)人員不行麻痹大意。(1)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行施工圖配筋計(jì)算時(shí)，要求輸入合理的歸并系數(shù)、支座方式、鋼筋選筋庫等，如一次計(jì)算結(jié)果不滿足，要進(jìn)行多次試算和調(diào)整。(2)生成施工圖以前，要仔細(xì)輸入出圖參數(shù)，如梁柱鋼筋最小直徑、框架頂角處配筋方式、梁挑耳形式、柱縱筋搭接方式，箍筋形式，鋼筋放大系數(shù)等，以便生成符合需要的施工圖。軟件可以依據(jù)允許裂縫寬度自動(dòng)選筋，還可以考慮支座寬度對(duì)裂縫寬度的影