混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課件

1、13Building Structure設(shè)計(jì)交流We learn we goSATWE 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理選取（三）姜學(xué)詩(shī)/中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院審圖所1 總信息中各項(xiàng)參數(shù)的合理選?。ㄈ?.8 特殊荷載計(jì)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(jié)構(gòu)中引起的應(yīng)力稱(chēng)為溫度應(yīng)力。影響結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的大氣溫度變化主要是季節(jié)溫度變化和太陽(yáng)輻射等造成的結(jié)構(gòu)溫差（溫度荷載）。結(jié)構(gòu)的這種溫差一般分為兩類(lèi)：一類(lèi)是外圍構(gòu)件自身內(nèi)外表面的溫差局部溫差；另一類(lèi)是外圍構(gòu)件中面和室內(nèi)構(gòu)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(huì)有保溫隔熱措施，局部溫差對(duì)結(jié)構(gòu)的影響相對(duì)較小，一般不專(zhuān)門(mén)考慮。目前國(guó)

2、內(nèi)的SATWE，PMSAP 等軟件只考慮整體溫差計(jì)算。關(guān)于設(shè)計(jì)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(shí)的溫度之差。當(dāng)計(jì)算使用階段的溫度應(yīng)力時(shí)，室內(nèi)空氣溫度夏季取空調(diào)設(shè)計(jì)溫度，冬季取采暖設(shè)計(jì)溫度，對(duì)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(xiàn)性的，因此溫度應(yīng)力引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初始軸力和彎矩可以用普通的線(xiàn)彈性分析方法來(lái)計(jì)算。但對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮徐變應(yīng)力松弛特性，根據(jù)文5的建議，可將按彈性計(jì)算獲得的溫度內(nèi)力乘以徐變松弛系數(shù)0.3，作為實(shí)際

3、溫差內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)，由于不存在徐變應(yīng)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(gòu)件界面裂縫的影響，因此應(yīng)對(duì)梁、柱等鋼筋混凝土構(gòu)件截面的彈性剛度進(jìn)行折減，根據(jù)文5的建議，該折減系數(shù)可取0.85；對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)，其截面彈性剛度不折減。溫度荷載效應(yīng)與重力荷載效應(yīng)組合時(shí)，重力荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.25，溫度荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)一般取1.2，溫度荷載效應(yīng)組合值系數(shù)一般取0.8。某工程的框架梁A，不計(jì)算溫度荷載、計(jì)算溫度荷載但不考慮應(yīng)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(jì)算溫度荷載并考慮應(yīng)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(jì)算

4、結(jié)果，如表1 所示。由表1 可知，計(jì)算溫度荷載時(shí)，考慮混凝土徐變產(chǎn)生的應(yīng)力松弛和構(gòu)件界面裂縫的影響后，梁的配筋計(jì)算結(jié)果比不計(jì)算溫度荷載的要大，但較合理，否則，溫度荷載的配筋結(jié)果會(huì)大得多，超筋現(xiàn)象嚴(yán)重。框架梁A 計(jì)算結(jié)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(jì)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(fù)、正彎矩包絡(luò)；N 軸力設(shè)計(jì)值；As-，As+分別表示負(fù)、正筋；括號(hào)內(nèi)的數(shù)字1，2，3 分別表示恒+活+x 向風(fēng)荷載，恒+活+升溫荷載，恒+活+降溫荷載。采用PMSAP 軟件進(jìn)行溫度荷載（溫差）計(jì)算時(shí)，其簡(jiǎn)要操作過(guò)程如下：1） 在PMSAP 的“溫度荷載”中的溫差工況項(xiàng)內(nèi)輸入相應(yīng)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(yīng)的節(jié)點(diǎn)處輸入溫度荷載，也可選擇“全樓同溫”（即在全部樓層的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處都輸入溫度荷載）；3） 在彈性樓板中選擇“全樓設(shè)膜”，即定義全部樓層樓板為彈性膜。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)在溫度作用下會(huì)產(chǎn)生拉力，只有采用彈性樓板假定才

6、能計(jì)算出拉力。如果不想考慮在溫度荷載作用下樓板對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用，則可以將樓板刪除；4） 同時(shí)考慮溫度荷載組合值系數(shù)0.8 和徐變應(yīng)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(jiàn)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(guān)于溫度荷載計(jì)算，宜優(yōu)先采用PMSAP 軟件，原因是SATWE 軟件暫無(wú)桿件截面彈性剛度折減功能。PMSAP 與SATWE 共用模型，計(jì)算方便、結(jié)果直觀，可直接用于工程設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)的溫度荷載等非荷載作用分析計(jì)算可參考文2和文5。1.9 結(jié)構(gòu)類(lèi)別（結(jié)構(gòu)類(lèi)型）常用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)類(lèi)型分為框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心

7、筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)、異形柱結(jié)構(gòu)、異形柱框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)及復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)（帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)、帶加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)、多塔樓結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)）等。14設(shè)計(jì)交流Building StructureWe learn we go結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)正確填寫(xiě)結(jié)構(gòu)類(lèi)型，因?yàn)榭拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，在同一抗震設(shè)防烈度下，同一高度的不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)，其抗震等級(jí)通常都不相同。不同抗震等級(jí)的結(jié)構(gòu)，有不同的抗震內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，錯(cuò)填結(jié)構(gòu)類(lèi)型有可能使結(jié)構(gòu)內(nèi)力調(diào)整出錯(cuò)，影響結(jié)構(gòu)安全。關(guān)于異形柱結(jié)構(gòu)，由于SATWE 軟件未能完全執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ1492006）（

8、簡(jiǎn)稱(chēng)異形柱規(guī)程）的規(guī)定，對(duì)程序的一些參數(shù)應(yīng)做必要的修改。如當(dāng)存在薄弱層時(shí)，應(yīng)人工指定；由于異形柱規(guī)程第條規(guī)定，異形柱結(jié)構(gòu)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(yīng)通過(guò)輸入“ 全樓地震力放大系數(shù)” 1.04（1.20/1.15=1.04）來(lái)使薄弱層的地震剪力調(diào)整符合規(guī)程要求。對(duì)計(jì)算的輸出結(jié)果文件也應(yīng)做必要的人工復(fù)核，如異形柱的最大、最小配筋率，軸壓比等。另外，還應(yīng)注意異形柱規(guī)程對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)的位移比控制、樓層受剪承載力控制均比一般結(jié)構(gòu)要嚴(yán)。異形柱規(guī)程的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)也有不同的要求，有條件時(shí)可采用天津大學(xué)編寫(xiě)的計(jì)算異形柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的子程序。1.10

9、 裙房層數(shù)和轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)（1） 裙房是相對(duì)于塔樓而言的，它是塔樓結(jié)構(gòu)（多塔結(jié)構(gòu)或單塔結(jié)構(gòu)）的組成部分。塔樓、裙房和地下室構(gòu)成復(fù)雜的高層建筑結(jié)構(gòu)（單塔樓結(jié)構(gòu)是多塔樓結(jié)構(gòu)的特例）。帶裙房和地下室的多塔樓結(jié)構(gòu)在進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，除周期比和位移比指標(biāo)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(kāi)分別計(jì)算）控制外，還必須采用“整體模型”（即將各塔樓連同整個(gè)裙房和地下室作為一個(gè)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行計(jì)算）計(jì)算內(nèi)力和配筋，并對(duì)離散模型的內(nèi)力和配筋計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核。采用整體模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力和配筋計(jì)算，也便于基礎(chǔ)軟件接力運(yùn)行。SATWE 軟件規(guī)定，裙房層數(shù)應(yīng)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(xiàng)內(nèi)應(yīng)填5。正確填寫(xiě)裙房層數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：1） 程序可以較準(zhǔn)確地計(jì)算塔樓結(jié)構(gòu)質(zhì)心與底盤(pán)（裙房）結(jié)構(gòu)質(zhì)心的距離，便于結(jié)構(gòu)工程師判斷該質(zhì)心距離是否大于底盤(pán)相應(yīng)邊長(zhǎng)的20%。當(dāng)單塔或多塔與大底盤(pán)的質(zhì)心偏心距大于底盤(pán)相應(yīng)邊長(zhǎng)的20%時(shí)，僅此一項(xiàng)不規(guī)則，根據(jù)建設(shè)部建質(zhì)2006 220 號(hào)通知發(fā)布的超限高層建筑工程抗震設(shè)防專(zhuān)項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)的規(guī)定，該單塔或多塔結(jié)構(gòu)便屬于應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)防專(zhuān)項(xiàng)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(dòng)按照高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ32

11、002）（簡(jiǎn)稱(chēng)高規(guī)）的規(guī)定正確判斷結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)區(qū)所在的位置。（2） 根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500112001）和高規(guī)的規(guī)定，在建筑結(jié)構(gòu)的底部，當(dāng)上部樓層的部分豎向構(gòu)件（剪力墻、框架柱、支撐）不能直接連續(xù)貫通落地時(shí)，應(yīng)設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層布置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件。根據(jù)建筑功能的要求，轉(zhuǎn)換層可以設(shè)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(shè)防時(shí)轉(zhuǎn)換層的設(shè)置位置不宜超過(guò)地面以上第3 層；7度抗震設(shè)防時(shí)不宜超過(guò)地面以上第5 層；6 度抗震設(shè)防時(shí)其層數(shù)可適當(dāng)增加。建筑物轉(zhuǎn)換層所在地面以上的位置超過(guò)高規(guī)規(guī)定時(shí)，在抗震設(shè)防地區(qū)，應(yīng)對(duì)該建筑物進(jìn)行抗震設(shè)

12、防專(zhuān)項(xiàng)審查。根據(jù)SATWE 軟件的規(guī)定，當(dāng)建筑物有地下室時(shí)，轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)也應(yīng)從地下室算起。例如，建筑物有2 層地下室，轉(zhuǎn)換層位于地面以上第2 層，則在總信息參數(shù)項(xiàng)內(nèi)“轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)”應(yīng)填4。正確填寫(xiě)轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)，有助于程序按照規(guī)范的要求，對(duì)相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行正確的內(nèi)力調(diào)整。1.11 墻元細(xì)分最大控制長(zhǎng)度和墻元側(cè)向節(jié)點(diǎn)信息（1） 剪力墻是多高層建筑結(jié)構(gòu)（特別是高層建筑結(jié)構(gòu)）的主要抗側(cè)力構(gòu)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(chǔ)上凝聚而成的墻元來(lái)模擬剪力墻，并通過(guò)采用數(shù)學(xué)歸納與專(zhuān)家系統(tǒng)相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了墻元的自動(dòng)細(xì)分。墻內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的自由度被凝聚消去，墻上下節(jié)點(diǎn)

13、為出口節(jié)點(diǎn)，墻左右的中間節(jié)點(diǎn)的自由度可由用戶(hù)參數(shù)設(shè)置來(lái)決定是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)還是出口節(jié)點(diǎn)。剪力墻單元?jiǎng)澐仲|(zhì)量對(duì)剪力墻計(jì)算結(jié)果的精度與準(zhǔn)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(diǎn)按出口節(jié)點(diǎn)計(jì)算比按內(nèi)部節(jié)點(diǎn)計(jì)算效果好。對(duì)于尺寸較大的剪力墻，在作墻元細(xì)分形成一系列小殼元時(shí)，為確保分析精度，要求小殼元的長(zhǎng)邊尺寸不得大于給定的“墻元細(xì)分最大控制長(zhǎng)度”Dmax，程序限定，1.0mDmax5.0m，隱含值為Dmax=2.0m。Dmax 對(duì)分析精度略有影響，但不敏感。對(duì)于一般工程，可取隱含值Dmax=2.0m，對(duì)于部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，Dmax 可取得略小些，如取Dmax=1.5m 或1

14、.0m。（2） 墻元側(cè)向節(jié)點(diǎn)信息是墻元?jiǎng)偠染仃嚹塾?jì)算時(shí)的一個(gè)控制參數(shù)。SATWE 軟件在自動(dòng)劃分剪力墻的單元時(shí)，應(yīng)保證上下層之間剪力墻單元節(jié)點(diǎn)必須對(duì)應(yīng)連接，即剪力墻兩端節(jié)點(diǎn)和剪力墻上下邊的殼單元節(jié)點(diǎn)要對(duì)應(yīng)相連，但對(duì)墻元兩側(cè)的中間節(jié)點(diǎn)，可由用戶(hù)選擇是否連接。SATWE 中的“墻元側(cè)向節(jié)點(diǎn)信息”控制著是否連接。若選“出口節(jié)點(diǎn)”，則把墻元左右兩側(cè)邊上的中間節(jié)點(diǎn)均作為出口節(jié)點(diǎn)（圖3），墻元的變形協(xié)調(diào)性好，分析結(jié)果符合剪力墻的實(shí)際，但計(jì)算量較大；若選“內(nèi)部節(jié)點(diǎn)”，則把墻元左右兩側(cè)邊上的中間3Building Structure設(shè)計(jì)交流We learn we go節(jié)點(diǎn)作為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)（圖3）而被凝聚掉，這時(shí)，帶洞口的墻元兩側(cè)邊中部的節(jié)點(diǎn)為變形不協(xié)調(diào)點(diǎn)；后者的處理方法是對(duì)剪力墻的一種簡(jiǎn)化模擬，其精度略遜于前者的，但效率較高，計(jì)算工作量比前者少。對(duì)于一般工程，若無(wú)特殊要求，均可采用內(nèi)部節(jié)點(diǎn)?！俺隹诠?jié)點(diǎn)” “內(nèi)部節(jié)點(diǎn)”圖3 SATWE 軟件中“墻元側(cè)向節(jié)點(diǎn)信息”參 考 文 獻(xiàn)1 多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析