框架结构设计步骤
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混凝土框架结构标准设计一、前言混凝土框架结构是建筑领域中常见的结构形式之一,它具有强度高、稳定性好、耐久性强等优点。
在进行混凝土框架结构设计时,需要遵守一系列标准和规范,以确保结构的稳定性和安全性。
本文将详细介绍混凝土框架结构的标准设计,包括设计要求、设计原则、设计流程等内容,以帮助工程师们更好地进行混凝土框架结构的设计。
二、设计要求1.强度要求:混凝土框架结构的强度应符合国家相关标准的要求,能够承受正常使用和预期荷载下的力学作用。
2.稳定性要求:混凝土框架结构的稳定性应符合国家相关标准的要求,能够在发生地震、风灾等自然灾害时保持稳定。
3.耐久性要求:混凝土框架结构的耐久性应符合国家相关标准的要求,能够在正常使用寿命内不出现严重损伤和腐蚀。
4.经济性要求:混凝土框架结构的设计应在满足强度、稳定性、耐久性等要求的前提下,尽可能地降低造价和材料费用。
5.美观性要求:混凝土框架结构的设计应考虑建筑美学和城市景观的要求,尽可能地满足建筑的审美需求。
三、设计原则1.结构安全性原则:混凝土框架结构设计应始终以保证结构安全性为首要原则,考虑到各种荷载的作用,合理选择结构形式和尺寸,确保结构能够承受正常使用和预期荷载下的力学作用。
2.经济合理性原则:混凝土框架结构的设计应以经济合理为原则,尽可能地减少结构造价和材料费用,同时保证结构的稳定性和安全性。
3.美观实用原则:混凝土框架结构的设计应以美观实用为原则,考虑到建筑美学和城市景观的要求,同时满足建筑的实用需求。
4.可维护性原则:混凝土框架结构的设计应以可维护性为原则,选择易于维护和保养的材料和结构形式,方便后期维护和修缮。
四、设计流程混凝土框架结构的设计流程包括以下步骤:1.确定结构荷载:根据建筑物的使用功能和场所特点,确定结构的荷载类型和大小。
结构荷载包括常规荷载、地震荷载、风荷载、温度荷载、变形荷载等。
2.选择结构形式:根据结构荷载和建筑物的结构特点,选择适合的结构形式,如框架结构、桥式结构、拱形结构等。
框架结构设计的过程和要点1. 结构设计说明主要是设计依据,抗震等级,人防等级,地基情况及承载力,防潮抗渗做法,活荷载值,材料等级,施工中的注意事项,选用详图,通用详图或节点,以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。
如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3等等。
2. 各层的结构布置图,包括:(1).预制板的布置(板的选用、板缝尺寸及配筋)。
标注预制板的块数和类型时, 不要采用对角线的形式。
因为此种方法易造成线的交叉, 宜采用水平线或垂直线的方法, 相同类型的房间直接标房间类型号。
应全楼统一编号,可减少设计工作量,也方便施工人员看图。
板缝尽量为40, 此种板缝可不配筋或加一根筋。
布板时从房间里面往外布板, 尽量采用宽板, 现浇板带留在靠窗处, 现浇板带宽最好≥200(考虑水暖的立管穿板)。
如果构造上要求有整浇层时, 板缝应大于60。
整浇层厚50, 配双向φ6@250, 混凝土C20。
纯框架结构一般不需要加整浇层。
构造柱处不得布预制板。
地下车库由于防火要求不可用预制板。
框架结构不宜使用长向板,否则长向板与框架梁平行相接处易出现裂缝。
建议使用PMCAD的人工布板功能布预制板,自动布板可能不能满足用户的施工图要求,仅能满足定义荷载传递路线的要求。
对楼层净高很敏感、跨度超过6.9米或不符合模数时可采用SP板,SP板120厚可做到7.2米跨。
(2).现浇板的配筋(板上、下钢筋,板厚尺寸)。
板厚一般取120、140、160、180四种尺寸或120、150、180三种尺寸。
尽量用二级钢包括直径φ10(目前供货较少)的二级钢,直径≥12的受力钢筋,除吊钩外,不得采用一级钢。
钢筋宜大直径大间距,但间距不大于200,间距尽量用200。
(一般跨度小于6.6米的板的裂缝均可满足要求)。
跨度小于2米的板上部钢筋不必断开,钢筋也可不画,仅说明钢筋为双向双排φ8@200。
板上下钢筋间距宜相等,直径可不同,但钢筋直径类型也不宜过多。
框架结构设计的要点和过程1. 结构设计说明 主要是设计依据,抗震等级,人防等级,地基情况及承载力,防潮抗渗做法,活荷载值,材料等级,施工中的注意事项,选用详图,通用详图或节点,以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。
如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3等等。
2. 各层的结构布置图,包括: (1).预制板的布置(板的选用、板缝尺寸及配筋)。
标注预制板的块数和类型时, 不要采用对角线的形式。
因为此种方法易造成线的交叉, 宜采用水平线或垂直线的方法, 相同类型的房间直接标房间类型号。
应全楼统一编号,可减少设计工作量,也方便施工人员看图。
板缝尽量为40, 此种板缝可不配筋或加一根筋。
布板时从房间里面往外布板, 尽量采用宽板, 现浇板带留在靠窗处, 现浇板带宽最好≥200(考虑水暖的立管穿板)。
如果构造上要求有整浇层时, 板缝应大于60。
整浇层厚50, 配双向φ6@250, 混凝土C20。
纯框架结构一般不需要加整浇层。
构造柱处不得布预制板。
地下车库由于防火要求不可用预制板。
框架结构不宜使用长向板,否则长向板与框架梁平行相接处易出现裂缝。
建议使用PMCAD的人工布板功能布预制板,自动布板可能不能满足用户的施工图要求,仅能满足定义荷载传递路线的要求。
对楼层净高很敏感、跨度超过6.9米或不符合模数时可采用SP板,SP板120厚可做到7.2米跨。
(2).现浇板的配筋(板上、下钢筋,板厚尺寸)。
板厚一般取120、140、160、180四种尺寸或120、150、180三种尺寸。
尽量用二级钢包括直径φ10(目前供货较少)的二级钢,直径≥12的受力钢筋,除吊钩外,不得采用一级钢。
钢筋宜大直径大间距,但间距不大于200,间距尽量用200。
(一般跨度小于6.6米的板的裂缝均可满足要求)。
跨度小于2米的板上部钢筋不必断开,钢筋也可不画,仅说明钢筋为双向双排φ8@200。
板上下钢筋间距宜相等,直径可不同,但钢筋直径类型也不宜过多。
框架结构抗震设计流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。
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框架结构的设计步骤一、明确需求。
要设计框架结构呢,第一步肯定得先搞清楚需求呀。
就像你要盖房子,得知道这房子是用来住人呀,还是做仓库啥的。
是要盖个小别墅,还是高楼大厦呢?这需求不同,那框架结构的设计方向可就差远喽。
得和客户或者相关人员好好聊一聊,把功能需求、空间要求、预算之类的都摸个透。
二、确定结构体系。
知道需求了,就该琢磨用啥样的结构体系啦。
这就好比给房子选骨架呢。
是用纯框架结构呀,还是框架 - 剪力墙结构呢?这里面学问可大了。
要考虑建筑的高度、抗震要求、使用功能等好多因素。
如果是比较矮的建筑,纯框架可能就够啦,简单又实用。
要是高楼呢,可能就得加上剪力墙来增加稳定性,就像给房子的骨架加上一些加固的支撑一样。
三、初步布局。
好啦,结构体系定了,就可以开始初步布局啦。
这就像给房子的框架搭个大概的样子。
柱子放哪儿呢?梁又该怎么连呢?要根据建筑的平面形状、功能分区来安排。
比如说客厅的地方,柱子不能太影响空间的使用,要巧妙地布局,让空间看起来既宽敞又合理。
而且柱子和梁的布置也要考虑传力的合理性,就像接力赛一样,力要能顺利地从板传到梁,再传到柱子,最后到基础。
四、荷载计算。
接下来就是算荷载啦。
这就像知道房子要承受多少重量一样。
这里面有恒载,就是房子本身的重量,像楼板、墙这些的重量。
还有活载,就是人呀、家具呀这些可能变动的重量。
这可得算仔细喽,要是算少了,房子可能就会有危险;算多了呢,又可能会造成浪费。
就像给人做饭,不能做太多也不能做太少。
五、内力分析。
荷载算好了,就该分析内力啦。
这内力就像是房子框架内部的力量分配。
哪些地方受力大,哪些地方受力小,得搞清楚。
这时候就可以用一些计算软件或者手算的方法来分析。
就像给房子做个体检,看看它的骨架哪里压力大,哪里压力小,这样才能合理地设计构件的尺寸呢。
六、构件设计。
内力分析完了,就到构件设计啦。
根据内力的大小来确定柱子、梁、板的尺寸和配筋。
柱子要足够粗,梁要足够结实,板也要能承受住上面的重量。
框架结构设计的过程和要点主要是设计依据,抗震等级,人防等级,地基情况及承载力,防潮抗渗做法,活荷载值,材料等级,施工中的注意事项,选用详图,通用详图或节点,以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。
如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3等等。
关键字:框架结构设计1.结构设计说明主要是设计依据,抗震等级,人防等级,地基情况及承载力,防潮抗渗做法,活荷载值,材料等级,施工中的注意事项,选用详图,通用详图或节点,以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。
如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3等等。
2.各层的结构布置图,包括:(1)预制板的布置(板的选用、板缝尺寸及配筋)标注预制板的块数和类型时,不要采用对角线的形式。
因为此种方法易造成线的交叉,宜采用水平线或垂直线的方法,相同类型的房间直接标房间类型号。
应全楼统一编号,可减少设计工作量,也方便施工人员看图。
板缝尽量为40,此种板缝可不配筋或加一根筋。
布板时从房间里面往外布板,尽量采用宽板,现浇板带留在靠窗处,现浇板带宽最好≥200(考虑水暖的立管穿板)如果构造上要求有整浇层时,板缝应大于60.整浇层厚50,配双向φ6250,混凝土C20.纯框架结构一般不需要加整浇层。
构造柱处不得布预制板。
地下车库由于防火要求不可用预制板。
框架结构不宜使用长向板,否则长向板与框架梁平行相接处易出现裂缝。
建议使用PMCAD的人工布板功能布预制板,自动布板可能不能满足用户的施工图要求,仅能满足定义荷载传递路线的要求。
对楼层净高很敏感、跨度超过6.9米或不符合模数时可采用SP板,SP板120厚可做到7.2米跨。
(2)现浇板的配筋(板上、下钢筋,板厚尺寸)板厚一般取120、140、160、180四种尺寸或120、150、180三种尺寸。
尽量用二级钢包括直径φ10(目前供货较少)的二级钢,直径≥12的受力钢筋,除吊钩外,不得采用一级钢。
钢筋宜大直径大间距,但间距不大于200,间距尽量用200. (一般跨度小于6.6米的板的裂缝均可满足要求)跨度小于2米的板上部钢筋不必断开,钢筋也可不画,仅说明钢筋为双向双排φ8200.板上下钢筋间距宜相等,直径可不同,但钢筋直径类型也不宜过多。
框架结构设计思路一、什么是框架结构设计1.1 框架的定义1.2 框架结构的意义二、框架结构设计原则2.1 单一责任原则2.2 开闭原则2.3 依赖倒置原则2.4 接口隔离原则2.5 迪米特法则三、框架结构设计步骤3.1 确定系统架构目标3.2 分析需求和问题3.3 划分功能模块3.4 设计模块之间的关系3.5 定义数据结构和接口3.6 确定流程设计和业务逻辑3.7 设计模块的组织结构3.8 制定开发规范和标准四、典型框架结构设计方法4.1 分层结构4.2 MVC模式4.3 插件化结构4.4 微服务架构五、框架结构设计的实践与总结5.1 优点5.2 风险与挑战5.3 实践案例分析5.4 总结和展望一、什么是框架结构设计1.1 框架的定义框架是指在某个特定领域中,提供了解决一类问题的基本结构、规范和工具的体系。
它是一种能够被复用的软件架构模板,用于解决特定领域的常见问题。
1.2 框架结构的意义框架结构的设计是软件开发过程中至关重要的一环。
好的框架结构设计可以提高开发效率、降低维护成本,同时能够保证系统的稳定性和可扩展性。
二、框架结构设计原则在进行框架结构设计时,需要遵循一些基本的设计原则,以确保框架的质量和稳定性。
2.1 单一责任原则单一责任原则要求一个类只负责一项职责,避免将多个职责耦合在一个类中。
2.2 开闭原则开闭原则要求软件实体(类、模块、函数等)对扩展开放,对修改关闭。
即应该通过扩展来实现系统的新功能,而不是直接修改已有代码。
2.3 依赖倒置原则依赖倒置原则要求高层模块不依赖于底层模块,而是通过抽象来实现对底层模块的依赖。
这样可以降低模块之间的耦合度,提高系统的灵活性和可维护性。
2.4 接口隔离原则接口隔离原则要求尽量使用多个专门的接口,而不是使用单一的总接口。
客户端应该仅依赖于其实际使用的接口。
2.5 迪米特法则迪米特法则要求模块之间的通信要尽量通过少数几个接口进行。
模块之间应该是松耦合的,不直接依赖于具体的实现细节。
PKPM进行多层框架结构设计的主要步骤利用PKPM进行多层框架结构设计的主要步骤XX一、执行PMCAD主菜单1,输入结构的整体模型(一)根据建筑平、立、剖面图输入轴线1、结构标准层轴线输入1)结构图中尺寸是指中心线尺寸,而非建筑平面图中的外轮廓尺寸2)根据上一层建筑平面的布置,在本层结构平面图中适当增设次梁3)只有楼层板、梁、柱等构件布置完全一样(位置、截面、材料),并且层高相同时,才能归并为一个结构标准层XX2、网格生成轴线命名XX(二)估算(主、次)梁、板、柱等构件截面尺寸,并进行构件定义XX1、梁1)抗震规范第6.3.6条规定:b 200XX2)主梁:h = (1/8~1/12)l ,b=(1/3~1/2)h3)次梁:h =(1/12~1/16) l,b=(1/3~1/2)h2、框架柱:XX1)抗震规范第6.3.1条规定:矩形柱bc、hc 300,圆形柱d3502)控制柱的轴压比XX柱的轴压比限值,抗震等级为一到四级时,分别为0.7~1。
0柱轴力放大系数,考虑柱受弯曲影响, =1.2~1.4XX楼面竖向荷载单位面积的折算值, =13~15kN/m2XX柱计算截面以上的楼层数XX柱的负荷面积3、板楼板厚:h = l/40 ~ l/45(单向板) 且h 60mmh= l /50~l /45 (双向板)且h80mm(三)选择**标准层进行梁、柱构件布置,楼层定义XX1、构件布置,柱只能布置在节点上,主梁只能布置在轴线上。
XX2、偏心,主要考虑外轮廓平齐。
3、本层修改,删除不需要的梁、柱等。
XX4、本层信息,给出本标准层板厚、材料等级、层高。
5、截面显示,查看本标准层梁、柱构件的布置及截面尺寸、偏心是否正确.6、换标准层,进行下一标准层的构件布置,尽量用复制网格,以保证上下层节点对齐。
XX(四)定义**层楼、屋面恒、活荷载,荷载定义1、荷载标准层,是指上下相邻且荷载布置完全相同的层。
2、此处定义的荷载是指楼、屋面统一的恒、活荷载,个别房间荷载不同的留在PM主菜单3局部修改XX(五)根据建筑方案,将**结构标准层和荷载标准层进行组装,结构整体模型,楼层组装XX1、楼层的组装就遵循自下而上的原则。
框架结构设计步骤及要点1. 结构设计说明主要是设计依据,抗震等级,人防等级,地基情况及承载力,防潮抗渗做法,活荷载值,材料等级,施工中的注意事项,选用详图,通用详图或节点,以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。
如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3等等。
2. 各层的结构布置图,包括:(1).预制板的布置(板的选用、板缝尺寸及配筋)。
标注预制板的块数和类型时, 不要采用对角线的形式。
因为此种方法易造成线的交叉, 宜采用水平线或垂直线的方法, 相同类型的房间直接标房间类型号。
应全楼统一编号,可减少设计工作量,也方便施工人员看图。
板缝尽量为40, 此种板缝可不配筋或加一根筋。
布板时从房间里面往外布板, 尽量采用宽板, 现浇板带留在靠窗处, 现浇板带宽最好≥200(考虑水暖的立管穿板)。
如果构造上要求有整浇层时, 板缝应大于60。
整浇层厚50, 配双向φ6@250, 混凝土C20。
纯框架结构一般不需要加整浇层。
构造柱处不得布预制板。
地下车库由于防火要求不可用预制板。
框架结构不宜使用长向板,否则长向板与框架梁平行相接处易出现裂缝。
建议使用PMCAD的人工布板功能布预制板,自动布板可能不能满足用户的施工图要求,仅能满足定义荷载传递路线的要求。
(2).现浇板的配筋(板上、下钢筋,板厚尺寸)。
板厚一般取120、140、160、180四种尺寸或120、150、180三种尺寸。
尽量用二级钢包括直径φ10(目前供货较少)的二级钢,直径≥12的受力钢筋,除吊钩外,不得采用一级钢。
钢筋宜大直径大间距,但间距不大于200,间距尽量用200。
(一般跨度小于6.6米的板的裂缝均可满足要求)。
跨度小于2米的板上部钢筋不必断开,钢筋也可不画,仅说明钢筋为双向双排钢筋多少上下钢筋间距宜相等,直径可不同,但钢筋直径类型也不宜过多。
顶层及考虑抗裂时板上筋可不断,或50%连通,较大处附加钢筋,拉通筋均应按受拉搭接钢筋。
板配筋相同时,仅标出板号即可。
砼框架结构设计手算步骤一.确定结构方案与结构布置1.结构选型是否选用框架结构应先进行比较。
根据何广乾的模糊评判法,砼结构8~18层首选框剪结构,住宅、旅馆则首选剪力墙。
对于不需要电梯的多层采用框架较多。
2.平面布置注意L,l,l’,B 的关系。
3.竖向布置注意高宽比、最大高度(分A、B 两大类,B类计算和构造有更严格的要求),力求规则,侧向刚度沿竖向均匀变化。
4.三缝的设置按规范要求设置,尽量做到免缝或三缝合一。
5.基础选型对于高层不宜选用独立基础。
但根据国勤兄的经验,对于小高层当地基承载力标准值300kpa以上时可以考虑用独基。
6.楼屋盖选型高层最好选用现浇楼盖1)梁板式最多的一种形式。
有时门厅,会议厅可布置成井式楼盖,其平面长宽比不宜大于1.5,井式梁间距为2.5~3.3m,且周边梁的刚度强度应加强。
采用扁梁高度宜为1/15~1/18跨度,宽度不超过柱宽50,最好不超过柱宽。
2)密肋梁方形柱网或接近方形,跨度大且梁高受限时常采用。
肋梁间距1~1.5m,肋高为跨度的1/30~1/20,肋宽150~200mm。
3)无梁楼盖地震区不宜单独使用,如使用应注意可靠的抗震措施,如增加剪力墙或支撑。
4)无粘结预应力现浇楼板一般跨度大于6m,板厚减薄降低层高,在高层中应用有一定技术经济优势。
在地震区应注意防止钢筋端头锚固失效。
5)其他二.初步确定梁柱截面尺寸及材料强度等级1.柱截面初定分抗震和非抗震两种情况。
对于非抗震,按照轴心受压初定截面。
对于抗震,Ac=N/(a*fc) N=B*F*Ge*n B=1.3(边柱),1.2(等跨中柱),1.25(不等跨中柱)Ge=12~15kN/m2 a 为轴压比fc 为砼抗压强度设计值 F 为每层从属面积n 为层数。
框架柱上下截面高度不同时,每次缩小100~150为宜。
为方便尺寸标注修改,边柱一般以墙中心线为轴线收缩,中柱两边收缩。
柱截面与标号的变化宜错开。
2.梁截面初定梁高为跨度的1/8~1/14,梁宽通常为1/2~1/3梁高。
其余见前述。
对于宽扁梁首先应注意满足挠度要求,否则存在梁板协调变形的复杂内力分析问题。
梁净跨与截面高度之比不宜小于4。
框架梁宽不宜小于1/2柱宽,且不小于250mm。
框架梁的截面中心线宜与柱中心线重合,当必须偏置时,同一平面内的梁柱中心线间的偏心距不宜大于柱截面在该方向的1/4。
3.砼强度等级一级现浇不低于C30,其余不低于C20。
三.重力荷载计算1.屋面及楼面永久荷载标准值分别计算各层2.屋面及楼面可变荷载标准值3.梁柱墙门窗重力计算4.重力荷载代表值=自重标准值+可变荷载组合值+上下各半层墙柱等重量可变荷载组合值系数:雪、屋面积灰为0.5,屋面活荷载不计,按实际考虑的各楼面活荷载为1。
将各层代表值集中于各层楼面处。
四.框架侧移刚度计算计算梁柱线刚度,计算各层D 值,判断是否规则框架。
分别计算框架纵横两个方向。
五.计算自振周期T1=(0.6或0.7)X1.7Xsqrt(Ut)Ut___假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移。
0.6或0.7为考虑填充墙的折减系数。
对于带屋面局部突出的房屋,Ut 应取主体结构顶点位移,而不是突出层位移。
此时将突出层重力荷载折算到主体结构的顶层。
Ge=Gn+1(1+1.5h1/H)+G n+2(1+1.5(h1+h2)/H)分别计算纵横框架。
六.风荷载作用下弹性位移验算对于框架结构应将所得的分布风荷载按静力等效的原则化为楼面处的集中荷载,以便于内力计算。
由水平集中风荷载计算内力及位移(D值法),检查是否满足层间位移及顶点位移要求。
如不满足,应返回修改梁柱截面尺寸强度等级。
应分别计算纵横向框架内力位移。
七.多遇地震作用下弹性位移验算40m 以下采用底部剪力法等计算水平地震作用,T1>1.4Tg时考虑顶部附加地震作用。
计算各质点水平地震作用。
水平地震作用下位移验算。
检查是否满足弹性位移限制,如不满足应返回修改梁柱截面尺寸强度等级。
D值法分别计算纵横向框架内力位移。
八.竖向荷载作用下框架内力计算活荷载不利布置。
当活荷载与恒载之比不大于1时可按满布考虑,跨中弯矩乘1.1~1.2系数予以调整。
常用弯矩分配法计算纵横向框架内力。
对计算出的内力进行弯矩调幅。
九.内力组合60m及9 度以下几种组合方式1.1.2恒+1.4活2.1.2恒+0.9*1.4(活+风)3.1.35恒+1.0活4.1.2恒+1.3地震水平力通常 1.2恒+1.4风不起控制作用十.竖向荷载作用下楼屋盖设计十一. 梁柱截面配筋节点构造框架柱首先验算轴压比,剪跨比,如不满足要求应调整截面和等级。
柱端弯矩设计值的调整(梁柱节点,柱脚弯矩节点调整),以符合强柱弱梁;柱端剪力值调整以符合强剪弱弯;角柱地震作用效应调整以抗扭转引起角柱内力增大。
梁抗弯截面设计取抗震和非抗震弯矩大值进行配筋。
注意跨中弯矩不小于1/2(按简直梁计算的跨中弯矩)。
梁的斜截面设计注意验算截面尺寸是否符合要求。
十二. 基础设计十三. 罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算7 度区竖向不规则,3,4类场地考虑。
7~9度楼层屈服强度系数小于0.5时的框架结构应进行薄弱层的抗震变形验算。
其余见规程。
12 层以下有简化计算方法。
如不满足变位角限值,应重新调整梁柱截面配筋。
所谓竖向不规则即为下层刚度小于上层相邻的70%,承载力小于上层80%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。
必须指出的是,结构的振型组合数并不是越大越好,其最大值不能超过结构得总自由度数。
例如对采用刚性板假定得单塔结构,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。
(2)最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用,结构地震反映的大小也各不相同,那么必然存在某各角度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,设计人员如发祥该角度绝对值大于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。
(3)结构基本周期是计算风荷载的重要指标。
设计人员如果不能事先知道其准确值,可以保留软件的缺省值,待计算后从计算书中读取其值,填入软件的“结构基本周期”选项,重新计算即可。
上述的计算目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来,正确设置,否则其后的计算结果与实际差别很大。
2.确定整体结构的合理性整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。
新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有:周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。
(1)周期比是控制结构扭转效应的重要指标。
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,周期比不是要求就构足够结实,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。
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。
(2)位移比(层间位移比)是控制结构平面不规则性的重要指标。
其限值在《建筑抗震设计规范》和《高规》中均有明确的规定,不再赘述。
需要指出的是,新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的,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)刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。
根据《抗震规范》和《高规》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)地震力与层间位移比是执行《抗震规范》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。