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
4006-054-001 立即咨询发布时间：2022-10-05 10:07 热度：
摘 要: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。
关键词:建筑;结构设计;计算步骤;参数
Abstract: new building structure design codes in the structure reliability, design calculation, reinforcement structure were a major update and complement, especially to earthquake and the integrity of the structure, regularity made higher request, make structure design can't a complete. How to use design software structure design calculation, to meet the requirements of the new standard, is each designers are all very concern.
Keywords: architecture; Structure design; Calculation steps; parameters
中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：
引言：
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。应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。
1.计算开始以前参数的正确设定
1.1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。
1.1.1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数的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的总自由度数。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。
1.1.2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，设计人员如发现该角度绝对值大于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。
1.1.3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.确定整体结构的科学性和合理性
2.1刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性的重要因素,也是影响重力二阶效应(P—△效应)的主要参数。通常用增大系数法来考虑结构的重力二阶效应,如考虑重力二阶效应的结构位移可用未考虑P—△效应的计算结果乘以位移增大系数,但保持位移限制条件不变(框架结构层间位移角 ≤1/550);考虑结构构件重力二阶效应的端部弯矩和剪力值,可采用未考虑P—△效应的计算结果乘以内力增大系数。一般情况下,对于框架结构若满足:Dj≥20∑Gj/hj(j=1,2,…n)结构不考虑重力二阶效应的影响。结构的刚重比增大P—△效应减小,P—△效应控制在20%以内,结构的稳定具有适宜的安全储备,该值如果不满足要求,则可能引起结构失稳倒塌,应当引起设计人员的足够重视。
2.2刚度比和层间受剪承载力之比是控制结构竖向不规则的重要指标。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。
2.3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。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。
2.4剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范之所以规定剪重比,主要是因为长期作用下,地震影响系数下降较快,由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构,地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用,若剪重比小于0.02,结构刚度虽然满足水平位移限制要求(框架结构层间位移角≤1/550),但往往不能满足结构的整体稳定条件。设计人员应在设计过程中综合考虑刚重比与剪重比的合理取值。
3.对单构件作优化设计前几步主要是对结构整体合理性的计算和调整:
这一步则主要进行结构单个构件内力和配筋计算，包括梁，柱，剪力墙轴压比计算，构件截面优化设计等。
3.1软件对混凝土梁计算显示超筋信息有以下情况：
3.1.1当梁的弯矩设计值M大于梁的极限承载弯矩Mu时，提示超筋;
3.1.2规范对混凝土受压区高度限制： 四级及非抗震：ξ≤ξb 二、三级：ξ≤0.35( 计算时取AS ’=0.3 AS ) 一级： ξ≤0.25( 计算时取AS ’=0.5 AS ) 当ξ不满足以上要求时，程序提示超筋;
3.1.3《抗震规范》要求梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率2.5%，当大于此值时，提示超筋;
3.1.4混凝土梁斜截面计算要满足最小截面的要求，如不满足则提示超筋。
3.2柱轴压比计算： 柱轴压比的计算在《高规》和《抗震规范》中的规定并不完全一样，《抗震规范》第6.3.7条规定，计算轴压比的柱轴力设计值既包括地震组合，也包括非地震组合，而《高规》第6.4.2条规定，计算轴压比的柱轴力设计值仅考虑地震作用组合下的柱轴力。软件在计算柱轴压比时，当工程考虑地震作用，程序仅取地震作用组合下的的柱轴力设计值计算;当该工程不考虑地震作用时，程序才取非地震作用组合下的柱轴力设计值计算。因此设计人员会发现，对于同一个工程，计算地震力和不计算地震力其柱轴压比结果会不一样。
3.3剪力墙轴压比计算：为了控制在地震力作用下结构的延性，新的《高规》和《抗震规范》对剪力墙均提出了轴压比的计算要求。需要指出的是，软件在计算短肢剪力墙轴压比时，是按单向计算的，这与《高规》中规定的短肢剪力墙轴压比按双向计算有所不同，设计人员可以酌情考虑。
3.4剪力墙超筋分三种情况：
3.4.1剪力墙暗柱超筋：软件给出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的，而各规范均要求剪力墙主筋的配筋面积以边缘构件方式给出，没有最大配筋率。所以程序给出的剪力墙超筋是警告信息，设计人员可以酌情考虑;
3.4.2剪力墙水平筋超筋则说明该结构抗剪不够，应予以调整;
3.4.3剪力墙连梁超筋大多数情况下是在水平地震力作用下抗剪不够。规范中规定允许对剪力墙连梁刚度进行折减，折减后的剪力墙连梁在地震作用下基本上都会出现塑性变形，即连梁开裂。设计人员在进行剪力墙连梁设计时，还应考虑其配筋是否满足正常状态下极限承载力的要求。
3.5构件截面优化设计：计算结构不超筋，并不表示构件初始设置的截面和形状合理，设计人员还应进行构件优化设计，使构件在保证受力要求的条件下截面的大小和形状合理，并节省材料。但需要注意的是，在进行截面优化设计时，应以保证整体结构合理性为前提，因为构件截面的大小直接影响到结构的刚度，从而对整体结构的周期、位移、地震力等一系列参数产生影响，不可盲目减小构件截面尺寸，使结构整体安全性降低。
4.结语：
计算机计算能力的不断提高和数值分析方法的不断改进，使得对各种结构的准确分析和设计成为可能。但我们在进行结构的计算分析之前，应充分弄清楚该结构的特点，针对性的选取适合的计算软件，结合规范，尽可能采用不同模型的计算程序进行计算分析，取得尽可能接近真实的结构反应，为结构设计提供足够的计算依据。
参考文献：
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