结构设计中各种比的定义及调整方法
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混凝土配合比资料混凝土是现代建筑中不可或缺的材料之一,而混凝土配合比则是决定混凝土性能和质量的关键因素。
合理的混凝土配合比能够确保混凝土具有良好的工作性能、强度、耐久性和经济性。
接下来,让我们详细了解一下混凝土配合比的相关知识。
一、混凝土配合比的定义和重要性混凝土配合比是指混凝土中各组成材料(水泥、砂、石、水、外加剂等)之间的比例关系。
它直接影响混凝土的各项性能指标,如强度、坍落度、凝结时间、抗渗性、抗冻性等。
一个科学合理的配合比不仅能够保证混凝土工程的质量,还能节约原材料,降低成本,提高施工效率。
二、混凝土配合比设计的基本原则1、满足结构设计的强度要求混凝土的强度是其最重要的性能指标之一,配合比设计应首先满足结构设计所规定的强度等级。
2、满足施工和易性要求混凝土在施工过程中应具有良好的流动性、可塑性和稳定性,以便于浇筑、振捣和成型。
3、满足耐久性要求混凝土应具有良好的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等耐久性性能,以保证混凝土结构在使用过程中的长期稳定性。
4、节约原材料,降低成本在满足混凝土性能要求的前提下,应尽量选择价格低廉、质量稳定的原材料,并通过优化配合比来降低成本。
三、混凝土配合比设计的基本步骤1、初步计算配合比(1)确定混凝土的配制强度根据设计要求的混凝土强度等级和强度标准差,计算出混凝土的配制强度。
(2)确定水胶比根据水泥的强度等级和混凝土的配制强度,通过经验公式计算出初步的水胶比。
(3)确定用水量根据混凝土的坍落度要求和骨料的最大粒径,参考相关规范和经验数据确定用水量。
(4)计算胶凝材料用量根据水胶比和用水量,计算出胶凝材料(水泥和矿物掺合料)的用量。
(5)确定砂率根据骨料的种类、粒径和水胶比,参考相关规范和经验数据确定砂率。
(6)计算砂、石用量根据砂率和胶凝材料用量,计算出砂、石的用量。
2、试配和调整配合比按照初步计算的配合比进行试拌,测定混凝土的坍落度、表观密度等性能指标,并根据测试结果对配合比进行调整。
第1篇一、引言在建筑工程施工过程中,混凝土作为主要的建筑材料,其质量直接影响到工程的安全、耐久性和使用寿命。
混凝土配合比是决定混凝土质量的关键因素之一,合理的配合比设计能够保证混凝土的强度、耐久性、工作性和经济性。
本文将从混凝土配合比的定义、重要性、设计原则、实施要点等方面进行详细阐述。
二、混凝土配合比的定义混凝土配合比是指混凝土中水泥、砂、石、外加剂、水等各组成材料之间的质量比例关系。
通过合理配置各组成材料,使混凝土达到预定的性能要求。
三、混凝土配合比的重要性1. 影响混凝土强度:混凝土强度是衡量混凝土质量的重要指标,合理的配合比能够保证混凝土达到设计要求的强度。
2. 影响混凝土耐久性:耐久性是指混凝土在长期使用过程中抵抗各种环境因素侵蚀的能力。
合理的配合比能够提高混凝土的耐久性,延长使用寿命。
3. 影响混凝土工作性:工作性是指混凝土在施工过程中易于搅拌、运输、浇筑和振捣的性能。
合理的配合比能够提高混凝土的工作性,保证施工质量。
4. 影响经济效益:合理的配合比能够降低混凝土的成本,提高经济效益。
四、混凝土配合比设计原则1. 满足设计要求:根据工程设计要求,确定混凝土的强度、耐久性、工作性等性能指标。
2. 优化材料选择:根据材料性能、价格、供应情况等因素,选择合适的原材料。
3. 优化配合比:通过实验确定水泥、砂、石、外加剂、水等各组成材料的质量比例关系。
4. 经济合理:在满足设计要求的前提下,尽量降低混凝土的成本。
5. 可操作性强:配合比设计应便于施工操作,提高施工效率。
五、混凝土配合比实施要点1. 原材料质量控制:严格控制水泥、砂、石、外加剂、水等原材料的质量,确保混凝土质量。
2. 混凝土搅拌:按照设计配合比进行搅拌,保证各组成材料充分混合。
3. 混凝土运输:在运输过程中,避免混凝土产生分层、离析现象。
4. 混凝土浇筑:按照设计要求进行浇筑,保证混凝土密实。
5. 混凝土养护:按照设计要求进行养护,保证混凝土强度和耐久性。
1.什么是轴压比轴压比:主要为控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见抗规6.3.7和6.4.6。
u=N/A*fc,u—轴压比,对非抗震地区,u=0.9N—柱轴力设计值A—柱截面面积fc—砼抗压强度设计值2.什么是周期比?剪重比?位移比?楼层最小剪力系数?新的建筑结构设计规范在结构可靠度、设计计算、配筋构造方面均有重大更新和补充,特别是对抗震及结构的整体性,规则性作出了更高的要求,使结构设计不可能一次完成。
如何正确运用设计软件进行结构设计计算,以满足新规范的要求,是每个设计人员都非常关心的问题。
以SATWE软件为例,进行结构设计计算步骤的讨论,对一个典型工程而言,使用结构软件进行结构计算分四步较为科学。
1.完成整体参数的正确设定计算开始以前,设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述,以及工程的实际情况,对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。
但有几个参数是关系到整体计算结果的,必须首先确定其合理取值,才能保证后续计算结果的正确性。
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周期等,在计算前很难估计,需要经过试算才能得到。
(1)振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。
该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量,使计算结果失真;取值太大,不仅浪费时间,还可能使计算结果发生畸变。
《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2条规定,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%。
一般而言,振型数的多少于结构层数及结构自由度有关,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,如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。
振型组合数是否取值合理,可以看软件计算书中的x,y向的有效质量系数是否大于0.9。
具体操作是,首先根据工程实际情况及设计经验预设一个振型数计算后考察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。
位移比高规 3.4.5:为减少扭转对结构布置的影响,在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下,竖向构件的水平位移和层间位移,A级高度不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层的1.5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级高度建筑不应大于0.9。
说明:过大的扭转效应会导致结构的严重破坏,对结构的扭转效应主要从以下两个方面加以限制:1、限制结构平面布置的不规则,避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。
扭转位移比计算时,楼层位移可取“规定水平地震力”计算,“规定水平地震力”一般可采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力,并考虑偶然偏心。
水平作用力的换算原则为每一楼面处的水平作用力取该楼面上、下两个楼层的地震剪力差的绝对值。
2、限制结构的抗扭刚度不能太弱。
当扭转方向因子大于0.5时,则该振型可认为是扭转为主的振型。
(周期比计算时,可直接计算结构的固有自振特性,不必附加偶然偏心)周期比位移比调整方法:1、程序调整:SATWE程序不能实现。
2、结构调整:只能通过调整改变结构平面布置,减小结构刚心与质心的偏心距;调整方法如下:1)由于位移比是在刚性楼板假定下计算的,结构最大水平位移与层间位移往往出现在结构的边角部位;因此应注意调整结构外围对应位置抗侧力构件的刚度,减小结构刚心与质心的偏心距。
同时在设计中,应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。
2)对于位移比不满足规范要求的楼层,也可利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中,快速找到位移最大的节点,加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度。
节点号在“SA TWE位移输出文件”中查找。
也可找出位移最小的节点削弱其刚度,直到位移比满足要求。
周期比比调整方法:一旦出现周期比不满足要求的情况,一般只能通过调整平面布置来改善这一状况,这种改变一般是整体性的,局部的小调整往往收效甚微。
1、轴压比:结构形式和抗震等级是直接影响轴压比限值的主要因素。
在剪力墙的轴压比计算中,轴力取重力荷载代表设计值,与柱子的不一样。
主要为限制结构的轴压比,保证结构的延性要求,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见抗规6.3.6和6.4.2,.高规6.4.2和7.2.13及相应的条文说明
轴压比不满足要求,结构的延性要求无法保证;轴压比过小,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少相应墙、柱的截面面积
轴压比不满足时的调整方法:
增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
2、剪重比:主要为限制各楼层的最小水平地震剪力,确保周期较长结构的安全,见抗规5.2.5,高规4.3.12及相应的条文说明。
这个要求如同最小配筋率的要求,算出来的水平地震剪力如果达不到规范的最低要求,就要人为提高,并按这个最低要求完成后续的计算。
剪重比不满足时的调整方法:
1、程序调整:在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”后,SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数
直接乘以该层及以上重力重力荷载代表值之和,用以调整该楼层地震剪力,以满足剪重比要求。
2、人工调整:如果还需人工干预,可按下列三种情况进行调整:
1)当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时,说明结构过柔,宜适当加大墙,柱截面,提高刚度。
2)当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时,说明结构过刚,宜适当减小墙、柱截面,降低刚度以取得合适的经济技术指标。
3)当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时,可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放人系数”中输入大于l的系数增人地震作用,以满足剪重比要求。
3、侧向刚度比:主要为限制结构竖向布置的不则性,避免结构刚度沿竖向突变,形成薄弱层,见抗规3.4.3,高规3.5.2及相应的条文说明;对于形成的薄弱层则
按高规3.5.8予以加强。
刚度比小满足时的调整力法:。
1、程序调整:如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求,SATWE自动将该楼层定义为薄弱层,并按高规3.5.8将该楼层地震剪力放大1.25倍。
2、人工调整:如果还需人工干预,可按以下方法调整:
1)适当降低本层层高,或适当提高上部相关楼层的层高。
2)适当加强本层墙、柱和梁的刚度,或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度。
位移比:主要为限制结构平面布置的不规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。
见抗规3.4.3 ,高规3.4.5及相应的条文说明。
位移比不满足时的调整方法:
1、程序调整:SA TWE程序不能实现。
2、人工调整:只能通过人工调整改变结构平面布置,减小结构刚心与形心的偏心距;调整方法如下:
1)由于位移比是在刚性楼板假定下计算的,最大位移比往往出现在结构的四角部位;因此应注意调整结构外围对应位置抗侧力构件的刚度;同时
在设计中,应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。
2)利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点,加强该节点
对应的墙、柱等构件的刚度;也可找出位移最小的节点削弱其刚度;直到位移比满足要求。
4、周期比: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,要求见高规4.3.5。
主要为限制结构的抗扭刚度不能太弱,使结构具有必要的抗扭刚度,减小扭转对结构产生的不利影响,见高规3.4.5及相应的条文说明。
周期比不满
足要求,说明结构的抗扭刚度相对于侧移刚度较小,扭转效应过大,结构抗侧力构件布置不合理。
周期比不满足时的调整方法:
1、程序调整:SATWE程序不能实现。
2、人工调整:只能通过人工调整改变结构布置,提高结构的抗扭刚度;总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度,适当削弱结构中间墙、柱
的刚度;利用结构刚度与周期的反比关系,合理布置抗侧力构件,加强需要减小周期方向(包括平动方向和扭转方向)的刚度,或削弱需要增大
周期方向的刚度。
当结构的第一或第二振型为扭转时可按以下方法调整:
1)SAWTE程序中的振型是以其周期的长短排序的。
2)结构的第一、第二振型宜为平动,扭转周期宜出现在第三振型及以后。
结构在两个主轴方向的动力特性(周期和振型)宜相近。
3)当第一振型为扭转时,说明结构的抗扭刚度相对于其两个主轴(第二振型转角方向和第三振型转角方向,一般都靠近X轴和Y轴)的抗侧移刚
度过小,此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度,并适当削弱结构内部的刚度。
4)当第二振型为扭转时,说明结构沿两个主轴方向的抗侧移刚度相差较大,结构的抗扭刚度相对其中一主轴(第一振型转角方向)的抗侧移刚度
是合理的;但相对于另一主轴(第三振型转角方向)的抗侧移刚度则过小,此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度,并适当加
强结构外围(主要是沿第一振型转角方向)的刚度。
5)在进行上述调整的同时,应注意使周期比满足规范的要求。
6)当第一振型为扭转时,周期比肯定不满足规范的要求;当第二振型为扭转时,周期比较难满足规范的要求。
5、刚重比:主要为控制结构的稳定性,以免结构产生滑移和倾覆,要求见高规。
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不致过大,避免结构的失稳倒塌,见高规5.4.1和5.4.4及相应的条文说明。
刚重比不满足要求,说明结构的刚度相对于重力荷载过小;但刚重比过分大,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。
刚重比小满足时的调整方法:
1、程序调整:SA TWE程序不能实现。
2、人工调整:只能通过人工调整增强竖向构件,加强墙、柱等竖向构件的刚度。
6、层间受剪承载力比:主要为限制结构竖向布置的不规则性,避免楼层抗侧力结构的受剪
承载能力沿竖向突变,形成薄弱层,见抗规3.4.3,高规3.5.3及相应的条文说明;
对于形成的薄弱层应按高规3.5.8将该楼层地震剪力放大1.25倍。
层间受剪承载力比不满足时的调整方法:
1、程序调整:在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号,将该楼层强制定义为薄弱层,SATWE按高规3.5.8将该楼层
地震剪力放大1.25倍。
2、人工调整:如果还需人工干预,可适当提高本层构件强度(如增大柱箍筋和墙水平分布筋、提高混凝上强度或加大截面)以提高本层墙、柱等抗
侧力构件的抗剪承载力,或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力。
如果结构竖向较规则,第一次试算时可只建一个结构标准层,待结构的周期比、位移比、剪重比、刚度比等满足之后再添加其它标准层;这样可
以减少建模过程中的重复修改,加快建模速度。
上述几个参数的调整涉及构件截面、刚度及平面位置的改变,在调整过程中可能相互关联,应注意不要顾此失彼。
上述调整方法针对的是一般的高层结构,对于复杂的高层结构还需要更多的经验和专业知识才能解决问题。
7、层间位移角:主要为限制结构在正常使用状态,水平荷载作用下水平位移过大,使人产生不舒适感。
见高规3.7相关要求。
1、程序调整:SATWE程序不能实现。
2、人工调整:只能通过人工调整改变结构平面布置,整体增大抗侧刚度,或者调整抗侧构件布置,方法如下:
当抗侧构件较少时,可整体增大抗侧刚度,增加墙柱或者增大框架梁和连梁高度。
当抗侧构件较多时,可调整抗侧构件布置,增加外围抗侧刚度,减少中部抗侧刚度。
6、剪跨比:梁的剪跨比,剪力的位置a与h0的比值。
剪跨比影响了剪应力和正应力之间的相对关系,因此也决定了主应力的大小和方向,也影响着梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式;同时也反映在受剪承载力的公式上。
柱的剪跨比:,若反弯点在柱子层高范围内,可取柱子的剪跨比小于2时,需要全长加密,见混凝土规范11.4.12、11.4.17。
7、剪压比(梁柱截面上的名义剪应力V/bh0与混凝土轴心抗压强度设计值的比值):梁塑性铰区的截面剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响,当剪压比大于0.15的时候,梁的强度和刚度有明显的退化现象,此时再增加箍筋用量,也不能发挥作用,因此对梁柱的截面尺寸有所要求。
8、轴压比:轴压比是指有地震作用组合的柱组合轴压力设计值与柱的全截面面积和砼轴心受压抗压强度设计值乘积的比值,是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。
轴压比限值的依据是理论分析和试验研究并参照国外的类似条件确定的,其基准值是对称配筋柱大小偏心受压状态的轴压比分界值。
9、跨高比:梁的跨高比(梁的净跨与梁截面高度的比值)对梁的抗震性能有明显的影响。
梁(非剪力墙的连梁)的跨高比小于5和深梁都按照深受弯构件进行计算的。
10、延性比:延性比即为弹塑性位移增大系数。
延性是指材料、构件、结构在初始强度没有明显退化的情况下的非弹性变形能力。
延性比主要分为三个层面,即截面的延性比、构件的延性比和结构的延性比。
结构的延性比多指框架或者剪力墙等结构的水平荷载-顶层水平位移(P-delta)、水平荷载-层间位移等曲线。
结构的屈服位移有等能量方法、几何做图法等。