设计规范要求在软件中的实现及设计参数的合理取值三教学提纲.ppt

李云贵,设计规范要求在软件中的实现及设计参数的合理确定,内容,1、结构整体性能控制 2、作用效应的计算与调整 3、钢筋混凝土构件设计 4、设计参数的选取,内容,1、层刚度比控制 2、周期比的控制 3、位移比的控制 4、剪重比的控制 5、结构薄弱层验算 6、结构的二阶效应,1、层刚度比控制,新抗震规范附录E2.1规定，筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2 新高规的4.4.2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临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80% 新高规的5.3.7条规定，高层建筑结构计算中，当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍1.1 层刚度比计算方法,高规附录E.0.1建议的方法剪切刚度Ki = （CiGci Aci + Gwi Awi ） / hi 高规附录E.0.2建议的方法剪弯刚度Ki = Fi / i 抗震规范的3.4.2和3.4.3条文说明中建议的计算方法： Ki = Vi / ui 高位转换层刚度比,高位转换层刚度比,1.2 层刚度比算例比较,剪切刚度,高规附录E.0.1建议的方法剪切刚度Ki = （CiGci Aci + Gwi Awi ） / hi 计算简单 不能考虑有支撑的情况 不能考虑剪力墙动口高度的变化,剪弯刚度,产生单位位移所需要的水平力 Ki = Fi / i 计算较繁琐 适用于所有情况 计算模型值得商讨,,抗震规范的3.4.2和3.4.3条文 说明中建议的计算方法,层剪力与层间位移的比值： Ki = Vi / Ui 计算简单 概念简单 剪力和位移的取值得商讨,,j,Vj,,,,1.3 存在的问题,层抗侧移刚度的基本概念？ 层抗侧移刚度计算的力学模型？ 层抗侧移刚度有关的限制指标？,,算法一：剪切刚度 判断地下室嵌固点 一层转换结构的刚度比 上海地区钢筋混凝土结构 算法二：剪弯刚度 多层转换结构的刚度比 算法三：抗震规范算法 一般情况,层刚度比控制 目前的应用,,,,建议方法,2. 周期比的控制,高层规程第4.3.5条，要求：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。

2.1 周期比的验算,验算周期比的目的，主要为控制结构在大震下的扭转效应 周期比，即：第一扭转周期与第一平动周期的比值 程序计算出每个振型的侧振成份和扭振成份，通过平动系数和扭转系数可以明确地区分振型的特征 周期最长的基本扭转振型对应的就是第一扭振周期Tt，周期最长的基本平动振型对应的就是第一侧振周期T1知道了Tt和T1，即可验证其比值是否满足规范,平动因子与扭转因子,,总振动能量,平动能量,扭转能量,平动因子,扭转因子,考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数 振型号 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数 1 1.5742 83.44 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94 2 1.4524 90.89 0.94 ( 0.00+0.94 ) 0.06 3 1.2665 0.45 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00 4 0.5302 90.56 0.03 ( 0.00+0.03 ) 0.97 5 0.4025 103.18 0.97 ( 0.05+0.92 ) 0.03 6 0.3748 14.35 1.00 ( 0.94+0.05 ) 0.00 7 0.3631 138.63 0.50 ( 0.29+0.21 ) 0.50 8 0.3082 93.37 0.05 ( 0.00+0.05 ) 0.95 9 0.2126 92.74 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94,第一振型为扭转,平面规整的剪力墙结构，但第一振型为扭转,平面规整的框剪结构，但第一振型为扭转,15层狭长结构,,周期比计算原则,楼板刚度假定 不符合刚性楼板假定情况：可以不采用楼板刚度假定,周期比控制什么？ 周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而不是绝对大小。

目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧移）的扭转效应 周期比不满足要求，如何调整？ 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，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微 周期比不满足要求，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，调整原则是加强结构外部，或者削弱内部多塔结构周期比：对于多塔楼结构，不能直接按上面的方法验算如果上部没有连接，应该各个塔楼分别计算并分别验算，如果上部有连接，验算方法尚不清楚 体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比 当高层建筑楼层开洞口较复杂，或为错层结构时，结构往往会产生局部振动，此时可以选择“强制刚性楼板假定”来计算结构的周期比以过滤局部振动产生的周期2.2 复杂结构的周期比控制,多塔结构的振型,,,,,,,1,2,3,4,5,高层结构的局部振动,,,调整前,调整后,扭转振动的调整,,,调整前 T1=1.4603，Tt= 1.3568 周期比Tt/T1=0.93,调整后 T1=1.4543，Tt= 1.3108 周期比Tt/T1=0.89,3. 位移比控制,新高规的4.3.5条规定，高层建筑的楼层竖向构件最大水平位移不宜大于该楼层平均值的1.2倍。

层间位移角，A级高度高层建筑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，及复杂高层建筑，不应大于该楼层平均值的1.4倍3.1 最大位移和平均位移计算,最大位移：墙顶、柱顶节点的最大位移； 平均位移：墙顶、柱顶节点的最大位移与最小位移之和除的一半； 最大层间位移：墙、柱层间位移的最大值； 平均层间位移：墙、柱层间位移的最大值与最小值之和的一半3.2 位移比控制原则,计算规则 1：偶然偏心与双向地震作用 高层结构应考虑偶然偏心影响（高规3.3.3条）； 复杂结构应考虑双向地震作用（抗震5.1.1条）； 偶然偏心和双向地震作用分别考虑，不叠加 计算规则 2：楼板刚度假定 抗震规范3.4.3条,凸凹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3.3 复杂结构的位移控制,复杂结构，如坡屋顶层、体育馆、看台、工业建筑等，这些结构或者柱、墙不在同一标高，或者本层根本没有楼板，此时如果采用“强制刚性楼板假定”，结构分析严重失真，位移比也没有意义所以这类结构可以通过位移的“详细输出”或观察结构的变形示意图，来考察结构的扭转效应。

对于错层结构或带有夹层的结构，这类结构总是伴有大量的越层柱，当选择“强制刚性楼板假定”后，越层柱将受到楼层的约束，如果越层柱很多，计算失真带有坡屋面、不等高柱的结构第3层结构,此时位移比意义不大位移比异常,,4. 剪重比控制,抗震规范第5.2.5条明确要求了楼层剪重比 控制剪重比，是要求结构能过承担足够的地震作用，设计时不能小于规范的要求 若结构的剪重比是小于规范要求， 首先应研究设计方案是否合理，改进结构布置、增加结构刚度，使计算的剪重比能自然满足规范要求 其次才考虑调整地震力，剪重比调整系数将直接乘在该层构件的地震内力上八层钢框架：存在大量越层柱和弹性节点，这种情况 往往需要很多振型才能使有效质量系数满足要求 原因：振型整体性差，局部振动明显,8层结构：算了30个振型有效质量系数仍不够,,,算了60个振型有效质量系数够了,,,,输出分塔的剪重比,5.结构的薄弱层,受剪承载力突变 高规的4.4.3、5.1.14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%。

抗震设计的高层建筑结构，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的增大系数刚度突变 高规的4.4.2、5.1.14条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度小于其上一层的70%或小于其上相临三层侧向刚度平均值的80%，或某楼层竖向抗侧力构件不连续，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 高规附录E.0.2条规定，当底部带转换层高层建筑结构的转换层设置在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E2.1规定，筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2按楼层刚度比判断薄弱层,,按楼层承载力比判断薄弱层,楼层抗剪承载力和屈服系数,,,按楼层承载力比判断薄弱层,楼层弹塑性层间位移角,,按楼层弹塑性层间位移角判断薄弱层,楼层抗剪承载力的简化计算,矩形截面柱抗剪承载力计算： 对其它截面柱，都简化成矩形截面来计算其抗剪承载能力 剪力墙对每段墙肢，按矩形截面计算其抗剪承载能力,钢截面按不同的截面形式，分别计算Mpc，即钢截面的全塑性抵抗弯矩，然后再求其抗剪承载能力 抗剪承载力的计算，体现了规范“强剪弱弯”的设计思想，即构件应首先弯曲屈服、破坏，而不能剪切破坏。

剪切破坏属于脆性破坏，应避免 结构的极限承载能力，对复杂工程、重要工程，应进行弹塑性分析来全面的评估，如：弹塑性静力分析、弹塑性动力分析等楼层抗剪承载力的简化计算，只与竖向构件的尺寸、配筋有关，与它们的连接关系无关 目前软件只是采用了计算配筋面积，没有采用实际配筋面积，这是有较大出入的 当楼层承载力的比值不满足规范要求时，应强制定义该层为“薄弱层”，以提高设计地震作用结构二阶效应的基本定义与特点 重力二阶效应 构件挠曲二阶效应 重力二阶效应（ 效应）计算 构件挠曲二阶效应（ 效应）计算,6、结构的二阶效应,,,,重力二阶效应： 由于结构的水平变形而引起的重力附加效应，结构在水平力（风荷载或水平地震力）作用下发生水平变形后，重力荷载因该水平变形而引起附加效应，结构发生的水平侧移绝对值越大，效应越显著，若结构的水平变形过大，可能因重力二阶效应而导致结构失稳 构件挠曲二阶效应： 由于构件在轴向压力作用下，自身发生挠曲引起的附加效应，通常指轴向压力在产生了挠曲变形的构件中引起的附加弯矩，附加弯矩与构件的挠曲形态有关，一般中间大，两端部小6.1重力二阶效应和构件挠曲二阶效应,,,,重力二阶效应,准确计算 严格的讲，应考虑材料的非线性和裂缝、构件的曲率和层间侧移、荷载的持续作用、混凝土的收缩和徐变，以及与地积基础的相互作用等因素。

近似计算 等效几何刚度的有限元法 等效水平力的有限元迭代法 折减弹性抗弯刚度的有限元法 结构位移和构件内力增大系数法,6.2 重力二阶效应的计算,,,,(1)等效几何刚度的有限元法,结构的初始平衡方程,增加了重力二阶效应后的结构平衡方程,等效几何刚度矩阵,考虑重力二阶效应的结构平衡方程,新规范版的SATWE、TAT、PMSAP等软件都采用了等效几何刚度的有限元法，目前的ETABS软件也提供这种方法 采用这种方法考虑效应影响，与不考虑效应的分析结果相比，结构的周期、位移和构件的内力都有所不同 这是一种近似方法，没有考虑在不同的荷载组合中取值不同的差异软件的实现,(2)等效水平力的有限元迭代法,这种方法的基本思路是：根据楼层重力荷载，以及楼层在水平荷载作用下产生的层间位移，计算出考虑效应的近似等效水平荷载向量，然后，对结构的有限元方程进行迭代求解，直到迭代结果收敛，得到最终的位移和相应的构件内力 这种计算方法计算效率不如等效几何刚度的有限元法，因为要对每一个水平荷载作用工况。