內(nèi)力計(jì)算結(jié)果的分析

1、多高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)一、總信息中幾個(gè)重要參數(shù)的確定結(jié)構(gòu)總信息是控制全局的參數(shù)，在應(yīng)用程序時(shí)應(yīng)深刻理解程序中對(duì)有關(guān)參數(shù) 選用的說(shuō)明，且應(yīng)在正確理解參數(shù)的物理概念的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程的實(shí)際情況及 規(guī)范要求經(jīng)分析后確定。周期折減系數(shù)周期折減的目的是為了充分考慮框架結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)的填充墻剛度 對(duì)計(jì)算周期的影響，其大小由結(jié)構(gòu)類型和填充墻數(shù)多少來(lái)決定，見(jiàn)表1。表1 周期折減系數(shù)結(jié)構(gòu)類型填充墻較多填充墻較少結(jié)構(gòu)類型填充墻較多填充墻較少框架結(jié)構(gòu)0.6 0.70.7 0.8剪力墻結(jié)構(gòu)0.9 1.01.0框剪結(jié)構(gòu)0.7 0.80.8 0.9框架一剪力墻結(jié)構(gòu)中，任一層框架承擔(dān)地震力調(diào)整系數(shù)框架一剪力墻

2、結(jié)構(gòu)中，由于剪力墻剛度很大，承擔(dān)了大部分的地震作用剪力， 而框架分擔(dān)的地震作用很少，則在剪力墻開(kāi)裂后很不安全，所以高層建筑混凝 土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第8.1.4 條規(guī)定框架部分承擔(dān)的最小剪力應(yīng)不小于基底剪力的 20%和最大樓層總剪力值的1.5 倍兩者中的較小值。計(jì)算振型個(gè)數(shù)一般計(jì)算振型數(shù)應(yīng)大于9。多塔結(jié)構(gòu)振型數(shù)應(yīng)不小于塔數(shù)的9 倍。但也要注意 一點(diǎn)，此處指定的振型數(shù)不能超過(guò)結(jié)構(gòu)固有振型的總數(shù)。例如，一個(gè)規(guī)則的兩層 結(jié)構(gòu)，采用剛性樓板假定，由于每塊樓板只有三個(gè)有效動(dòng)力自由度，整個(gè)結(jié)構(gòu)只 有6 個(gè)有效動(dòng)力自由度，這樣系統(tǒng)自身只有6 個(gè)特征對(duì)，這時(shí)候就不能指定9 個(gè) 振型，最多只能取6 個(gè)，否則就會(huì)造成地

3、震力計(jì)算異常。梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)考慮梁在豎向荷載作用下的塑性內(nèi)力重分布，通過(guò)調(diào)整使梁端彎矩減少，相 應(yīng)增加跨中彎矩，使梁上下配筋均勻一些，達(dá)到節(jié)約材料，方便施工的目的。一 般情況下，梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)取值范圍為0.81.0。梁跨中彎矩放大系數(shù)對(duì)于內(nèi)力分析中未考慮活荷載不利分布，而僅按滿布計(jì)算時(shí)，當(dāng)活載較大或 結(jié)構(gòu)的層數(shù)不多時(shí)，可通過(guò)此系數(shù)來(lái)加大梁的跨中彎矩。彎矩放大系數(shù)可參照如 下取值：一般高層建筑：1.0?；钶d較大的高層及一般多層建筑：1.11.2?；钶d較大的多層建筑：1.21.3。地震力放大系數(shù)為了提高結(jié)構(gòu)抗震安全度，可通過(guò)此參數(shù)來(lái)放大地震力，其取值范圍一般為1.01.5。連梁剛度折減系數(shù)抗震

4、設(shè)計(jì)的框架一剪力墻或剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁，由于兩端的變位差很大，故 剪力很大，連梁截面設(shè)計(jì)困難，往往出現(xiàn)超筋現(xiàn)象。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，在保證連梁具 有足夠的承受其所屬面積豎向荷載能力的前提下，允許其適當(dāng)開(kāi)裂(降低剛度)而 把內(nèi)力轉(zhuǎn)移到墻體等其他構(gòu)件上。就是在內(nèi)力和位移計(jì)算中，對(duì)連梁剛度進(jìn)行折 減。通常，設(shè)防烈度為6、7 度時(shí)連梁剛度折減系數(shù)取0.7，8、9 度時(shí)取0.50，最 小不宜小于0.50。當(dāng)結(jié)構(gòu)位移由風(fēng)荷載控制時(shí)，連梁剛度折減系數(shù)不宜小于0.8。當(dāng)連梁跨高比大于5 時(shí)，受力機(jī)理類似于框架梁，豎向荷載比水平荷載作用 效應(yīng)明顯，此時(shí)應(yīng)慎重考慮連梁剛度的折減問(wèn)題，以保證連梁在正常使用階段的 裂縫及撓度滿

5、足使用要求。梁剛度增大系數(shù) 在一般程序輸入中，梁是按矩形尺寸輸入并計(jì)算剛度的。對(duì)于現(xiàn)澆樓板，在 采用剛性樓板假定時(shí)，樓板作為梁的翼緣，是梁的一部分。在分析中可用此系數(shù) 來(lái)考慮樓板對(duì)梁剛度的貢獻(xiàn)，梁剛度增大系數(shù)取1.02.0。其中可將現(xiàn)澆樓面的 邊框梁取1.5，中間框架梁取2.0。對(duì)于有整澆面層的裝配整體式樓蓋可適當(dāng)減小。 當(dāng)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中考慮了樓板對(duì)梁的作用后，梁?jiǎn)卧?jì)算中不應(yīng)再考慮剛度增大 系數(shù)。梁扭矩折減系數(shù) 高層建筑樓面梁受樓板的約束，當(dāng)結(jié)構(gòu)計(jì)算未考慮這個(gè)約束作用時(shí)，梁的扭 轉(zhuǎn)變形和扭矩計(jì)算值偏大，與實(shí)際受力不符。故在截面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)梁扭矩予以適 當(dāng)折減。計(jì)算分析表明，梁的扭矩折減系數(shù)與樓

6、蓋的約束作用和梁的位置密切相 關(guān)。邊梁和中梁有區(qū)別，有次梁和無(wú)次梁也不一樣。因此，應(yīng)根據(jù)具體情況確定 樓面梁的扭矩折減系數(shù)。若電算程序中只有一個(gè)扭矩折減系數(shù)時(shí)，一般可取0.4。10. 活載折減系數(shù) 活載折減系數(shù)參數(shù)均可按荷載規(guī)范規(guī)定進(jìn)行取值。一般情況下不應(yīng)對(duì)參數(shù)進(jìn) 行修改。二、內(nèi)力計(jì)算結(jié)果的分析、判斷 目前，采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行多高層建筑結(jié)構(gòu)分析幾乎已成為設(shè)計(jì)人員的一種必然選擇，由于軟件開(kāi)發(fā)版本很多，這也給設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造了多個(gè)可選擇的設(shè)計(jì)平 臺(tái)，但是，計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)不是萬(wàn)能的，它提供的計(jì)算結(jié)果是否合理、可靠就 需要設(shè)計(jì)人員來(lái)作出準(zhǔn)確判斷。1. 合理性判斷周期：周期大小與剛度的平方根成反比，與結(jié)構(gòu)

7、質(zhì)量的平方根成正比，因此， 計(jì)算出來(lái)的結(jié)構(gòu)自振周期宏觀地反映了結(jié)構(gòu)的幾何特性和剛度性質(zhì)。周期的大小 與結(jié)構(gòu)在地震中的反應(yīng)有密切的關(guān)系。最基本的是不能與場(chǎng)地上的卓越周期一 致，否則會(huì)產(chǎn)生共振。在正常情況下，如果結(jié)構(gòu)比較普通，截面尺寸選擇符合常規(guī)要求，則結(jié)構(gòu)基本周 期大體在以下范圍：框架結(jié)構(gòu)：T = (0.120.15)N框-剪結(jié)構(gòu)、框-筒結(jié)構(gòu)：T = (0.080.12)N剪力墻結(jié)構(gòu)：T1 = (0.040.08)N筒中筒結(jié)構(gòu)：T1 = (0.060.10)NT2 = (1/ 51/3) T T3 = (1/ 71斤式中：T1 基本自振周期，T2、T3 第二、第三周期，N結(jié)構(gòu)計(jì)算層數(shù)。 周期過(guò)長(zhǎng)

8、或過(guò)短，可能有以下四種原因：結(jié)構(gòu)方案本身很不合理，剛度過(guò)大或過(guò)??；二是可能輸入數(shù)據(jù)有誤，包括幾 何數(shù)據(jù)，荷載信息等。質(zhì)量(荷載)偏大，周期偏長(zhǎng)，質(zhì)量過(guò)小，則周期偏短；三 是可能選用程序不適合本工程的設(shè)計(jì)。地震力：底部總剪力應(yīng)在合理范圍內(nèi)。耦連計(jì)算時(shí)，底層的剪重比也應(yīng)在合 理的范圍內(nèi)。對(duì)第一周期小于3.5s的結(jié)構(gòu)，一般為：7度、II類上時(shí)e/W=1.6% 2.8%； 8度、II類上時(shí)0/W=3.2%5%。底部剪力過(guò)小，除了首先檢查結(jié)構(gòu)布置 和截面尺寸是否使剛度過(guò)小外，還應(yīng)檢查是否考慮周期折減系數(shù)屮T。如果程序 中沒(méi)有進(jìn)行周期折減，可使框架、框剪結(jié)構(gòu)周期偏長(zhǎng)，造成地震力偏小，偏于 不安全。在地震力

9、偏小的情況下，會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)位移滿足要求，構(gòu)件配筋為構(gòu)造配 筋的不合理情況。所以，只有底部剪力在合理范圍內(nèi)，檢查內(nèi)力，配筋才有意義。振型：一般情況下，正常計(jì)算結(jié)果的振型曲線應(yīng)當(dāng)是連續(xù)的、光滑的曲線， 不應(yīng)出現(xiàn)突然的轉(zhuǎn)折點(diǎn)或不規(guī)則的凹凸。在有剛度大的突變處及頂部有高塔的特 殊情況下，可能在轉(zhuǎn)變處出現(xiàn)明顯的突變點(diǎn)，如圖1 所示。(a) 第一振型(a) 第一振型第二振型(c)第三振型圖 1 振型曲線位移：結(jié)構(gòu)的層間位移角需滿足規(guī)范要求。位移與結(jié)構(gòu)的總體剛度有關(guān)。計(jì) 算位移愈小，其結(jié)構(gòu)總體剛度就愈大，故可以根據(jù)初算的結(jié)果對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào) 整。如果位移偏小，則可以對(duì)梁、柱、墻等截面尺寸進(jìn)行調(diào)整，或者取消部分

10、剪 力墻。反之則要對(duì)構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行調(diào)整，或采取增加剪力墻等改變結(jié)構(gòu)抵抗水 平力的形式，使位移在規(guī)范的允許值以內(nèi)。內(nèi)力與位移的漸變規(guī)律判斷如果高層建筑結(jié)構(gòu)沿豎向剛度與質(zhì)量都很均勻、漸變，結(jié)構(gòu)布置也沒(méi)有大的 改變的情況下，則結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算結(jié)果沿豎向也應(yīng)均勻變化，不應(yīng)有大的 突變。否則應(yīng)檢查幾何數(shù)據(jù)及其他輸入數(shù)據(jù)是否正確、合理。位移特征曲線如圖(a) 剪力墻 (b) 框架 (c) 框架剪力墻圖 2水平位移特征曲線平衡條件的判斷(1) 豎向平衡條件：在豎向荷載作用下產(chǎn)生的柱、墻肢軸向力代數(shù)和，應(yīng)等于總 的豎向荷載。總豎向荷載是指未經(jīng)折減的，直接用于內(nèi)力計(jì)算的數(shù)值，不應(yīng)采用 計(jì)算地震作用的重力荷

11、載代表值。水平方向平衡條件：對(duì)于風(fēng)荷載作用，底層各柱、墻的剪力代數(shù)和應(yīng)等于總 的風(fēng)荷載。對(duì)于地震作用，當(dāng)需要進(jìn)行平衡校核時(shí)，可利用第一振型的地震作用 進(jìn)行平衡分析，而且必須在修正之前進(jìn)行。對(duì)稱性的判斷對(duì)稱結(jié)構(gòu)在對(duì)稱荷載作用下，對(duì)稱點(diǎn)的內(nèi)力與位移必然對(duì)稱，如果不能滿足對(duì) 稱條件，計(jì)算結(jié)果顯然有問(wèn)題，就必須對(duì)幾何數(shù)據(jù)和荷載數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，直到滿 足上述條件為止?？傊?，通過(guò)上述關(guān)于周期、位移、振型、地震力、平衡條件及 對(duì)稱性等的判斷，設(shè)計(jì)人員就可以依此基本判定其計(jì)算結(jié)果可以用于工程設(shè)計(jì)。三、根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整(1) 柱軸壓比：柱軸壓比限值是為了滿足結(jié)構(gòu)延性要求，規(guī)范對(duì)各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的 軸壓比限值有明確規(guī)定。根據(jù)計(jì)算機(jī)提供的柱軸壓比數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員可以直接獲 得超限信息，并可依此對(duì)豎向構(gòu)件的截面、混凝土等級(jí)等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使計(jì)算 軸壓比在規(guī)范規(guī)定的限值以內(nèi)。(2) 梁柱配筋：設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，一般不應(yīng)有太多的超限截面。設(shè)計(jì)人員可以對(duì) 具體的超限截面進(jìn)行分析。超限的原因一般有以