混凝土結構設計課件

1、13Building Structure設計交流We learn we goSATWE 結構整體計算時設計參數(shù)的合理選取（三）姜學詩/中國建筑設計研究院審圖所1 總信息中各項參數(shù)的合理選?。ㄈ?.8 特殊荷載計算信息溫度荷載在正常使用條件下，由于大氣溫度變化在結構中引起的應力稱為溫度應力。影響結構溫度應力的大氣溫度變化主要是季節(jié)溫度變化和太陽輻射等造成的結構溫差（溫度荷載）。結構的這種溫差一般分為兩類：一類是外圍構件自身內(nèi)外表面的溫差局部溫差；另一類是外圍構件中面和室內(nèi)構件中面的溫差整體溫差。由于建筑物的屋面和外表面通常都會有保溫隔熱措施，局部溫差對結構的影響相對較小，一般不專門考慮。目前國

2、內(nèi)的SATWE，PMSAP 等軟件只考慮整體溫差計算。關于設計溫差，即室內(nèi)外平均溫度之差，工程界多采用建筑物所在地區(qū)夏季30 年一遇的最高日平均溫度和冬季30年一遇的最低日平均溫度與建筑物溫度伸縮縫封縫時的溫度之差。當計算使用階段的溫度應力時，室內(nèi)空氣溫度夏季取空調(diào)設計溫度，冬季取采暖設計溫度，對于不采暖或不采用空調(diào)的地區(qū)，則取室內(nèi)正常溫度。在大氣溫度變化范圍內(nèi)，由于溫度變化引起的材料伸縮是線性的，因此溫度應力引起的結構構件的初始軸力和彎矩可以用普通的線彈性分析方法來計算。但對于鋼筋混凝土結構，應考慮徐變應力松弛特性，根據(jù)文5的建議，可將按彈性計算獲得的溫度內(nèi)力乘以徐變松弛系數(shù)0.3，作為實際

3、溫差內(nèi)力標準值進行結構設計。對于鋼結構，由于不存在徐變應力松弛，溫差內(nèi)力不能折減。在溫度荷載作用下，還必須考慮構件界面裂縫的影響，因此應對梁、柱等鋼筋混凝土構件截面的彈性剛度進行折減，根據(jù)文5的建議，該折減系數(shù)可取0.85；對于鋼結構，其截面彈性剛度不折減。溫度荷載效應與重力荷載效應組合時，重力荷載效應分項系數(shù)取1.25，溫度荷載效應分項系數(shù)一般取1.2，溫度荷載效應組合值系數(shù)一般取0.8。某工程的框架梁A，不計算溫度荷載、計算溫度荷載但不考慮應力松弛系數(shù)和梁柱鋼筋混凝土彈性剛度折減系數(shù)（溫度荷載2）及計算溫度荷載并考慮應力松弛系數(shù)和梁柱鋼筋混凝土彈性剛度折減系數(shù)（溫度荷載1）三種情況下的計算

4、結果，如表1 所示。由表1 可知，計算溫度荷載時，考慮混凝土徐變產(chǎn)生的應力松弛和構件界面裂縫的影響后，梁的配筋計算結果比不計算溫度荷載的要大，但較合理，否則，溫度荷載的配筋結果會大得多，超筋現(xiàn)象嚴重?？蚣芰篈 計算結果比較 表1內(nèi)力及配筋 M-/kN×m M+/kN×m N/kN As-/mm2 As+/mm2不計算溫度荷載 271.0(1) 39.3(1) 0 1944.37 558.83溫度荷載1 271.0(1) 39.3(1) 308.5(3) 2340.52 768.38溫度荷載2 280.2(2) 41.6(2) 1512.0(3) 4500.00 2931.6

5、6注：M-，M+分別表示負、正彎矩包絡；N 軸力設計值；As-，As+分別表示負、正筋；括號內(nèi)的數(shù)字1，2，3 分別表示恒+活+x 向風荷載，恒+活+升溫荷載，恒+活+降溫荷載。采用PMSAP 軟件進行溫度荷載（溫差）計算時，其簡要操作過程如下：1） 在PMSAP 的“溫度荷載”中的溫差工況項內(nèi)輸入相應的溫度荷載（溫差），即輸入最高升溫溫差和最低降溫溫差兩組溫差荷載，如圖1 所示；2） 在相應的節(jié)點處輸入溫度荷載，也可選擇“全樓同溫”（即在全部樓層的相應節(jié)點處都輸入溫度荷載）；3） 在彈性樓板中選擇“全樓設膜”，即定義全部樓層樓板為彈性膜。因為結構在溫度作用下會產(chǎn)生拉力，只有采用彈性樓板假定才

6、能計算出拉力。如果不想考慮在溫度荷載作用下樓板對結構構件的作用，則可以將樓板刪除；4） 同時考慮溫度荷載組合值系數(shù)0.8 和徐變應力松弛系數(shù)0.3，在PMSAP 的溫度荷載組合系數(shù)中輸入0.8×0.3=0.24，見圖2。圖1 溫差工況中輸入溫差值 圖2 溫度荷載參數(shù)界面關于溫度荷載計算，宜優(yōu)先采用PMSAP 軟件，原因是SATWE 軟件暫無桿件截面彈性剛度折減功能。PMSAP 與SATWE 共用模型，計算方便、結果直觀，可直接用于工程設計。結構的溫度荷載等非荷載作用分析計算可參考文2和文5。1.9 結構類別（結構類型）常用的鋼筋混凝土結構類型分為框架結構、框架-剪力墻結構、框架-核心

7、筒結構、筒中筒結構、剪力墻結構、短肢剪力墻結構、板柱-剪力墻結構、異形柱結構、異形柱框架-剪力墻結構、鋼-混凝土混合結構及復雜高層結構（帶轉換層的結構、帶加強層的結構、錯層結構、多塔樓結構、連體結構）等。14設計交流Building StructureWe learn we go結構工程師應正確填寫結構類型，因為抗震設計時，在同一抗震設防烈度下，同一高度的不同類型結構，其抗震等級通常都不相同。不同抗震等級的結構，有不同的抗震內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，錯填結構類型有可能使結構內(nèi)力調(diào)整出錯，影響結構安全。關于異形柱結構，由于SATWE 軟件未能完全執(zhí)行行業(yè)標準混凝土異形柱結構技術規(guī)程（JGJ1492006）（

8、簡稱異形柱規(guī)程）的規(guī)定，對程序的一些參數(shù)應做必要的修改。如當存在薄弱層時，應人工指定；由于異形柱規(guī)程第條規(guī)定，異形柱結構的薄弱層的剪力增大系數(shù)為1.2，而SATWE 軟件內(nèi)定的薄弱層地震剪力增大系數(shù)為1.15 ， 故應通過輸入“ 全樓地震力放大系數(shù)” 1.04（1.20/1.15=1.04）來使薄弱層的地震剪力調(diào)整符合規(guī)程要求。對計算的輸出結果文件也應做必要的人工復核，如異形柱的最大、最小配筋率，軸壓比等。另外，還應注意異形柱規(guī)程對異形柱結構的位移比控制、樓層受剪承載力控制均比一般結構要嚴。異形柱規(guī)程的節(jié)點構造設計也有不同的要求，有條件時可采用天津大學編寫的計算異形柱結構節(jié)點的子程序。1.10

9、 裙房層數(shù)和轉換層所在層號（1） 裙房是相對于塔樓而言的，它是塔樓結構（多塔結構或單塔結構）的組成部分。塔樓、裙房和地下室構成復雜的高層建筑結構（單塔樓結構是多塔樓結構的特例）。帶裙房和地下室的多塔樓結構在進行分析與設計計算時，除周期比和位移比指標采用“離散模型”（即將各塔樓及其相連的部分裙房和地下室離散開分別計算）控制外，還必須采用“整體模型”（即將各塔樓連同整個裙房和地下室作為一個結構整體進行計算）計算內(nèi)力和配筋，并對離散模型的內(nèi)力和配筋計算結果進行校核。采用整體模型進行結構內(nèi)力和配筋計算，也便于基礎軟件接力運行。SATWE 軟件規(guī)定，裙房層數(shù)應包括地下室層數(shù)（包括人防地下室層數(shù)）。例如，

10、建筑物在±0.000 以下有2 層地下室，在±0.000 以上有3 層裙房，則在總信息的參數(shù)“裙房層數(shù)”項內(nèi)應填5。正確填寫裙房層數(shù)的優(yōu)點是：1） 程序可以較準確地計算塔樓結構質心與底盤（裙房）結構質心的距離，便于結構工程師判斷該質心距離是否大于底盤相應邊長的20%。當單塔或多塔與大底盤的質心偏心距大于底盤相應邊長的20%時，僅此一項不規(guī)則，根據(jù)建設部建質2006 220 號通知發(fā)布的超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點的規(guī)定，該單塔或多塔結構便屬于應進行抗震設防專項審查的超限高層建筑工程。2） 正確輸入裙房層數(shù)后，程序能夠自動按照高層建筑混凝土結構技術規(guī)程（JGJ32

11、002）（簡稱高規(guī)）的規(guī)定正確判斷結構底部加強區(qū)所在的位置。（2） 根據(jù)建筑抗震設計規(guī)范（GB500112001）和高規(guī)的規(guī)定，在建筑結構的底部，當上部樓層的部分豎向構件（剪力墻、框架柱、支撐）不能直接連續(xù)貫通落地時，應設置結構轉換層，在結構轉換層布置轉換結構構件。根據(jù)建筑功能的要求，轉換層可以設置在地面（通常指室內(nèi)±0.000 地面）以上的層1，2 或3 等。高規(guī)規(guī)定：8 度抗震設防時轉換層的設置位置不宜超過地面以上第3 層；7度抗震設防時不宜超過地面以上第5 層；6 度抗震設防時其層數(shù)可適當增加。建筑物轉換層所在地面以上的位置超過高規(guī)規(guī)定時，在抗震設防地區(qū)，應對該建筑物進行抗震設

12、防專項審查。根據(jù)SATWE 軟件的規(guī)定，當建筑物有地下室時，轉換層所在層號也應從地下室算起。例如，建筑物有2 層地下室，轉換層位于地面以上第2 層，則在總信息參數(shù)項內(nèi)“轉換層所在層號”應填4。正確填寫轉換層所在層號，有助于程序按照規(guī)范的要求，對相關構件進行正確的內(nèi)力調(diào)整。1.11 墻元細分最大控制長度和墻元側向節(jié)點信息（1） 剪力墻是多高層建筑結構（特別是高層建筑結構）的主要抗側力構件，既承受水平荷載的作用，又承受豎向荷載的作用。SATWE 軟件采用在殼元的基礎上凝聚而成的墻元來模擬剪力墻，并通過采用數(shù)學歸納與專家系統(tǒng)相結合的方法，實現(xiàn)了墻元的自動細分。墻內(nèi)部節(jié)點的自由度被凝聚消去，墻上下節(jié)點

13、為出口節(jié)點，墻左右的中間節(jié)點的自由度可由用戶參數(shù)設置來決定是內(nèi)部節(jié)點還是出口節(jié)點。剪力墻單元劃分質量對剪力墻計算結果的精度與準確性影響較大。單元形狀以矩形為好，單元尺寸取較小值為好，墻元左右的中間節(jié)點按出口節(jié)點計算比按內(nèi)部節(jié)點計算效果好。對于尺寸較大的剪力墻，在作墻元細分形成一系列小殼元時，為確保分析精度，要求小殼元的長邊尺寸不得大于給定的“墻元細分最大控制長度”Dmax，程序限定，1.0mDmax5.0m，隱含值為Dmax=2.0m。Dmax 對分析精度略有影響，但不敏感。對于一般工程，可取隱含值Dmax=2.0m，對于部分框支剪力墻結構，Dmax 可取得略小些，如取Dmax=1.5m 或1

14、.0m。（2） 墻元側向節(jié)點信息是墻元剛度矩陣凝聚計算時的一個控制參數(shù)。SATWE 軟件在自動劃分剪力墻的單元時，應保證上下層之間剪力墻單元節(jié)點必須對應連接，即剪力墻兩端節(jié)點和剪力墻上下邊的殼單元節(jié)點要對應相連，但對墻元兩側的中間節(jié)點，可由用戶選擇是否連接。SATWE 中的“墻元側向節(jié)點信息”控制著是否連接。若選“出口節(jié)點”，則把墻元左右兩側邊上的中間節(jié)點均作為出口節(jié)點（圖3），墻元的變形協(xié)調(diào)性好，分析結果符合剪力墻的實際，但計算量較大；若選“內(nèi)部節(jié)點”，則把墻元左右兩側邊上的中間3Building Structure設計交流We learn we go節(jié)點作為內(nèi)部節(jié)點（圖3）而被凝聚掉，這時，帶洞口的墻元兩側邊中部的節(jié)點為變形不協(xié)調(diào)點；后者的處理方法是對剪力墻的一種簡化模擬，其精度略遜于前者的，但效率較高，計算工作量比前者少。對于一般工程，若無特殊要求，均可采用內(nèi)部節(jié)點?！俺隹诠?jié)點” “內(nèi)部節(jié)點”圖3 SATWE 軟件中“墻元側向節(jié)點信息”參 考 文 獻1 多層及高層建筑結構空間有限元分析