三種剛度比理解與應(yīng)用

1、三種剛度比理解與應(yīng)用一、地震力與地震層間位移比的理解與應(yīng)用1. 標(biāo)準(zhǔn)要求：?抗震標(biāo)準(zhǔn)?第 343條及?高規(guī)?第條均規(guī)定: 對(duì)框架結(jié)構(gòu)，樓層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比1可按1式計(jì)算，本層與其相鄰上層比值不宜小于0.7,與相鄰上部三層側(cè)向剛度平均值的比值不宜小 于0.&Vi 1(1)Vi1 ii 1MM!為第i層、i+1層的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值KN ;i, i1 為第i層、i+1層的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值作用下的層間位移m ；SATWE軟件的結(jié)構(gòu)總信息：相應(yīng)塔側(cè)移剛度的比值為：Ratxl, Ratyl;相應(yīng)側(cè)移剛度和扭轉(zhuǎn)剛度地震剪力與地震層間位移的比：RJX3,RJY3, RJZ3; 當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第2層

2、以上時(shí)，按1式計(jì)算的轉(zhuǎn)換層與其相鄰的側(cè)向 剛度比不應(yīng)小于0.6。 對(duì)于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)，本層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比 2按式計(jì)算，本層與其相鄰上層比值不宜小于0.9;當(dāng)本層層高大于相鄰上層層高的1.5倍時(shí)，該 比值不宜小于1.1;對(duì)結(jié)構(gòu)底部嵌固層，該比值不宜小于 1.5 ?高規(guī)?第5.3.7 條、?抗震標(biāo)準(zhǔn)?第條按照等效剪切剛度考慮 嵌固層。SATWE軟件的結(jié)構(gòu)總信息：相應(yīng)塔側(cè)移剛度的比值為：Ratx2，Raty2；相應(yīng)側(cè)移剛度和扭轉(zhuǎn)剛度：RJX3，RJY3，RJZ3;2. 計(jì)算公式：Ki=Vi/ Aii3. SATWE軟件所采用的計(jì)

3、算方法：高位側(cè)移剛度的簡(jiǎn)化計(jì)算4. 應(yīng)用范圍： 可用于執(zhí)行?抗震標(biāo)準(zhǔn)?第343條及?高規(guī)?第條規(guī)定的工程剛 度比計(jì)算。 可用于判斷地下室頂板能否作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。二、剪切剛度的理解與應(yīng)用1. 標(biāo)準(zhǔn)要求：?高規(guī)?P177頁(yè)，第條規(guī)定：當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在1、2層時(shí)，可近似 采用轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比 ei表示轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛 度的變化，ei宜接近1,非抗震設(shè)計(jì)時(shí)ei不應(yīng)小于0.4,抗震設(shè)計(jì)時(shí)ei不應(yīng)小 于0.5。 ei可按式計(jì)算：eiGi Ah?G2 A2hi其中a1,A2-分別為轉(zhuǎn)換層和轉(zhuǎn)換上層的折算抗剪截面面積，見(jiàn)?高規(guī)?PI77頁(yè)SATWE軟件的結(jié)構(gòu)總信息：相應(yīng)側(cè)移剛度的

4、比值剪切剛度：Ratx, Raty;相應(yīng)側(cè)移剛度和扭轉(zhuǎn)剛度剪切剛度：RJX1，RJY1，RJZ1；?抗震標(biāo)準(zhǔn)?第條、?高規(guī)?第條規(guī)定：當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛?上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度，不宜大于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍；地下室周邊宜有與其頂板相連的抗震墻。其側(cè)向剛度的計(jì)算 方法按照條文說(shuō)明可以采用剪切剛度。計(jì)算公式見(jiàn)?抗震標(biāo)準(zhǔn)?GB50011-2001 2022年版，261頁(yè)及?高規(guī)?第條的條文說(shuō)明，同3式。2. SATWE軟件所提供的計(jì)算方法為?抗震標(biāo)準(zhǔn)?提供的方法。3. 應(yīng)用范圍：可用于執(zhí)行?高規(guī)?第條的轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛度的 剛度比值，以及?高規(guī)?第條、?抗震標(biāo)準(zhǔn)

5、?第條規(guī)定的工程的嵌 固端剛度比的計(jì)算。三、剪彎剛度的理解與應(yīng)用1. 標(biāo)準(zhǔn)要求：?高規(guī)?P178第條規(guī)定：當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第2層以上時(shí)，尚宜按 圖E所示的計(jì)算模型按公式4計(jì)算轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛 度比e2。 e2宜接近1 ,非抗震設(shè)計(jì)時(shí)e2不應(yīng)小于0.5,抗震設(shè)計(jì)時(shí)e2不應(yīng)大于 小于0.8。2已1 H2其中：Hi -轉(zhuǎn)換層及其下部結(jié)構(gòu)計(jì)算模型1的高度;i -轉(zhuǎn)換層及其下部結(jié)構(gòu)計(jì)算模型1的頂部在單位水平力作用下的側(cè)向位移；H2 -轉(zhuǎn)換層上部假設(shè)干層結(jié)構(gòu)計(jì)算模型2的高度，其值應(yīng)等于或接近 計(jì)算模型1的高度H1，且不大于H1；& -轉(zhuǎn)換層上部假設(shè)干層結(jié)構(gòu)計(jì)算模型 2的頂部在單位

6、水平力作用下的側(cè)向位移計(jì)廿槿電1一一蒔痰層忑、疣娃栢一一圖E:轉(zhuǎn)換層上、下等效側(cè)向剛度計(jì)算模型SATWE軟件的結(jié)構(gòu)總信息：相應(yīng)側(cè)移剛度的比值剪彎剛度：高位轉(zhuǎn)換時(shí)轉(zhuǎn)換層下部與上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比；相應(yīng)側(cè)移剛度和扭轉(zhuǎn)剛度剪彎剛度：RJX2, RJY2, RJZ2;但SATWE軟件并未提供轉(zhuǎn)換層下部側(cè)向位移 Ai與上部側(cè)向位移需要通過(guò)各層剪彎剛度轉(zhuǎn)換而來(lái)，具體計(jì)算方法如下：1K2 當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第2層以上時(shí)，按1式計(jì)算的轉(zhuǎn)換層與其相鄰的側(cè)向剛 度比不應(yīng)小于0.6。(1)SATWE軟件的結(jié)構(gòu)總信息：相應(yīng)塔側(cè)移剛度的比值為：Ratxl, Ratyl;相應(yīng)側(cè)移剛度和扭轉(zhuǎn)剛度地震剪力與地震層間位移的比：

7、RJX3,RJY3, RJZ3；2. SATWE軟件所采用的計(jì)算方法：高位側(cè)移剛度的簡(jiǎn)化計(jì)算3. 應(yīng)用范圍：可用于執(zhí)行?高規(guī)?第 條規(guī)定的工程的剛度比的計(jì)算四、?上海規(guī)程?對(duì)剛度比的規(guī)定?上海規(guī)程?中關(guān)于剛度比的適用范圍與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的主要不同之處在于：1. ?上海規(guī)程?第條規(guī)定：地下室作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地下室 的樓層側(cè)向剛度不宜小于上部樓層剛度的 1.5倍。2. ?上海規(guī)程?已將三種剛度比統(tǒng)一為采用剪切剛度比計(jì)算。五、工程算例:1. 工程概況：某工程為框支剪力墻結(jié)構(gòu)，共 25層包括二層地下室，地上第四層為框支轉(zhuǎn)換層。結(jié)構(gòu)三維軸測(cè)圖、第四層及第五層平面圖如圖1所示圖略。該工程的地震設(shè)防烈度為

8、7度，設(shè)計(jì)根本加速度為0.15g.2. 負(fù)211層X(jué)向剛度比的計(jì)算結(jié)果：表1為SATWE軟件計(jì)算的三種剛度，第一段為地震剪力與地震層間位移比 的算法，第二段為剪切剛度，第三段為剪彎剛度。SATWE計(jì)算剛度層數(shù)層高地震剪力與地震層間位移比剪切剛度剪彎剛度RJX3 (X106)Ratx1Ratx2薄弱層RJX1(X107)Ratx薄弱層RJX2(X07)轉(zhuǎn)換層側(cè) 向位移(X07)薄弱層-24.875.5992.91242.4162否11.5951.0000否20.977否-14.537.0825.82114.5275否12.3681.0667否23.354否14.59.10051.96811.53

9、07否5.65801.0000否8.27840.5197否24.56.60571.75671.0000否5.65761.0000否8.0260否34.55.36571.49731.1981否5.65761.0000否8.0656否45.44.14671.16191.3903否4.71470.8333是6.6503是53.94.58851.38221.4093否6.58851.3974否7.47340.7225否63.04.70281.59371.2769否8.59231.3041否8.5324否73.04.09231.52931.2444否8.59231.0000否8.4538否83.03.6

10、5391.48301.2229否8.59231.0000否8.5137否93.03.31981.44361.2051否8.59231.0000否8.5134否103.03.06081.40811.1895否8.59231.0000否8.4538否113.02.85911.37531.1749否8.59231.0000否8.5137否注：1.其中RJX是結(jié)構(gòu)總體坐標(biāo)系中塔的側(cè)移剛度；Ratxl為本層塔側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度70%的比值或上三層平均剛度 80%的比值中的較小者。2. SATWE軟件在進(jìn)行地震剪力與地震層間位移比的計(jì)算時(shí)地下室信息中的回填 土對(duì)地下室約束相對(duì)剛度比里的值填03

11、. 在SATWE軟件中沒(méi)有單獨(dú)定義薄弱層層數(shù)及相應(yīng)的層號(hào)；4. 本算例主要用于說(shuō)明三種剛度比在SATWE軟件中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，對(duì)結(jié)構(gòu)方案的合理性不做討論。3. 計(jì)算結(jié)果分析 按不同方法計(jì)算剛度比，其薄弱層的判斷結(jié)果不同。 設(shè)計(jì)人員在SATWE軟件的調(diào)整信息中應(yīng)指定轉(zhuǎn)換層第四層薄弱層層 號(hào)。指定薄弱層層號(hào)并不影響程序?qū)ζ渌∪鯇拥淖詣?dòng)判斷。 當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在3層及3層以上時(shí)，?高規(guī)?還規(guī)定其樓層側(cè)向剛度比不應(yīng)小于相鄰上部樓層的60%。這一項(xiàng)SATWE軟件并沒(méi)有直接輸出結(jié)果，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)程序輸出的每層剛度單獨(dú)計(jì)算。例如本工程計(jì)算結(jié)果如下：RJX34RJX354.1467 1064.5885 1060

12、.9037 0.6滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。 地下室頂板能否作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端的判斷:a采用地震剪力與地震層間位移比hiRJX31137.082 SO：/.5 A" 1.5h 1RJX3i h 9.1005 10 4.5地下室頂板能夠作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端b采用剪切剛度比e1GA h2 RXL.也空啤出 2.186 2G2A h1RJX11 h 1 5.6580 107 4.5地下室頂板能夠作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端 SATWE軟件計(jì)算剪彎剛度時(shí)，H1的取值范圍包括地下室的高度，H2那么 取等于小于H1的高度。這對(duì)于希望H1的值取自0.00以上的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，或 者將地下室去掉，重新計(jì)算剪彎剛度，或者

13、根據(jù)程序輸出的剪彎剛度，人工計(jì)算 剛度比。以本工程為例，H1從0.00算起，采用剛度串模型，計(jì)算結(jié)果如下：轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)為4層不含地下室，轉(zhuǎn)換層下部起止層號(hào)為14，H1=18.9m，轉(zhuǎn)換層上部起止層號(hào)為 510，H2=18.9m。1n 1n 111111070.5197 11K1i 1 Kii 1 RJX28.27848.02608.06566.650311111n 1n 17.47348.53248.45388.51371070.7225 1072K2i 1 Kii 1 RJX2118.5134 8.45387那么剪彎剛度比e2 -總鑑需詈1.390滿足要求。六、關(guān)于三種剛度比性質(zhì)的探討1.

14、 地震剪力與地震層間位移比：是一種與外力有關(guān)的計(jì)算方法。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Au不僅包括了地震力產(chǎn)生的位移，還包括了用于該樓層的傾覆力矩Mi產(chǎn)生的位移和由于下一層的樓層轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的本層剛體轉(zhuǎn)動(dòng)位移。2. 剪切剛度：其計(jì)算方法主要是剪切面積與相應(yīng)層高的比，其大小跟結(jié)構(gòu) 豎向構(gòu)件的剪切面積和層高密切相關(guān)。但剪切剛度沒(méi)有考慮帶支撐的結(jié)構(gòu)體系和 剪力墻洞口高度變化時(shí)所產(chǎn)生的影響。3. 剪彎剛度：實(shí)際上就是單位力作用下的層間位移角，其剛度比也就是層間位移角之比。它能同時(shí)考慮剪切變形和彎曲變形的影響，但沒(méi)有考慮上下層對(duì)本層的約束。三種剛度的性質(zhì)完全不同，它們之間并沒(méi)有什么必然的聯(lián)系，也正因?yàn)槿绱耍?標(biāo)準(zhǔn)賦予了它們不同的適用范圍。七、地下室嵌固端其它要求1. ?建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)文件審查常見(jiàn)問(wèn)題分析? P94頁(yè)“當(dāng)滿足以下要求 時(shí)，地下室頂板仍可作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位：1地下室頂板與室外地面的高 差小于地下室層高的1/3,且不大于1.0m “。2. ?建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)及疑難問(wèn)題分析? P126 “2假設(shè)由于地下室大局部 頂板標(biāo)高降低較多、開(kāi)大洞、地下室頂板標(biāo)高與室外地坪的高差大于本層層高的 1/3或地下1層為車(chē)庫(kù)墻體較少等