建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范新的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范在結(jié)構(gòu)可靠度、 設(shè)計(jì)計(jì)算、配筋構(gòu)造方面均有重大更新和補(bǔ)充，特別是對抗震及結(jié)構(gòu)的整體性， 規(guī)則性作出了更高的要求， 使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可能一次完成。如何正確運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算， 以滿足新規(guī)范的要求，是每個設(shè)計(jì)人員都非常關(guān)心的問題。 以 SATWE軟件為例，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算步驟的討論，對一個典型工程而言，使用結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分四步較為科學(xué)。1完成整體參數(shù)的正確設(shè)定 計(jì)算開始以前， 設(shè)計(jì)人員首先要根據(jù)新規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊對參數(shù)意義的描述， 以及工程的實(shí)際情況， 對軟件初始參數(shù)和特殊構(gòu)件進(jìn)行正確設(shè)置。 但有幾個參數(shù)是關(guān)系到整體計(jì)算結(jié)果的， 必須首先確定

2、其合理取值，才能保證后續(xù)計(jì)算結(jié)果的正確性。 這些參數(shù)包括振型組合數(shù)、 最大地震力作用方向和結(jié)構(gòu)基本周期等，在計(jì)算前很難估計(jì)，需要經(jīng)過試算才能得到。(1) 振型組合數(shù)是軟件在做抗震計(jì)算時考慮振型的數(shù)量。該值取值太小不能正確反映模型應(yīng)當(dāng)考慮的振型數(shù)量，使計(jì)算結(jié)果失真；取值太大，不僅浪費(fèi)時間，還可能使計(jì)算結(jié)果發(fā)生畸變。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程5.1.13-2 條規(guī)定，抗震計(jì)算時，宜考慮平扭藕聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)不宜小于 15，對多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓的 9 倍，且計(jì)算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的 90。一般而言，振型數(shù)的多少于結(jié)構(gòu)層數(shù)及結(jié)構(gòu)自由度有關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)層剛

3、度突變較大時， 振型數(shù)應(yīng)當(dāng)取得多些， 如有彈性節(jié)點(diǎn)、 多塔樓、轉(zhuǎn)換層等結(jié)構(gòu)形式。振型組合數(shù)是否取值合理，可以看軟件計(jì)算書中的 x， y 向的有效質(zhì)量系數(shù)是否大于 0.9 。具體操作是，首先根據(jù)工程實(shí)際情況及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)一個振型數(shù)計(jì)算后考察有效質(zhì)量系數(shù)是否大于 0.9 ，若小于 0.9 ，可逐步加大振型個數(shù)， 直到 x,y 兩個方向的有效質(zhì)量系數(shù)都大于 0.9 為止。必須指出的是，結(jié)構(gòu)的振型組合數(shù)并不是越大越好， 其最大值不能超過結(jié)構(gòu)得總自由度數(shù)。例如對采用剛性板假定得單塔結(jié)構(gòu)， 考慮扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)作用時， 其振型不得超過結(jié)構(gòu)層數(shù)的 3 倍。如果選取的振型組合數(shù)已經(jīng)增加到結(jié)構(gòu)層數(shù)的 3 倍，其有效質(zhì)量

4、系數(shù)仍不能滿足要求， 也不能再增加振型數(shù)， 而應(yīng)認(rèn)真分析原因， 考慮結(jié)構(gòu)方案是否合理。（ 2）最大地震力作用方向是指地震沿著不同方向作用，結(jié)構(gòu)地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某各角度使得結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)值最大的最不利地震作用方向。設(shè)計(jì)軟件可以自動計(jì)算出最大地震力作用方向并在計(jì)算書中輸出， 設(shè)計(jì)人員如發(fā)祥該角度絕對值大于 15 度，應(yīng)將該數(shù)值回填到軟件的“水平力與整體坐標(biāo)夾角”選項(xiàng)里并重新計(jì)算，以體現(xiàn)最不利地震作用方向的影響。（ 3）結(jié)構(gòu)基本周期是計(jì)算風(fēng)荷載的重要指標(biāo)。設(shè)計(jì)人員如果不能事先知道其準(zhǔn)確值，可以保留軟件的缺省值，待計(jì)算后從計(jì)算書中讀取其值，填入軟件的“結(jié)構(gòu)基本周期”選項(xiàng)，重新計(jì)算即

5、可。上述的計(jì)算目的是將這些對全局有控制作用的整體參數(shù)先行計(jì)算出來，正確設(shè)置，否則其后的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際差別很大。2. 確定整體結(jié)構(gòu)的合理性 整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性是新規(guī)范特別強(qiáng)調(diào)內(nèi)容。新規(guī)范用于控制結(jié)構(gòu)整體性的主要指標(biāo)主要有：周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛重比、剪重比等。（ 1）周期比是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)。它的目的是使抗側(cè)力的構(gòu)件的平面布置更有效更合理， 使結(jié)構(gòu)不至出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)。 也就是說， 周期比不是要求就構(gòu)足夠結(jié)實(shí)，而是要求結(jié)構(gòu)承載布局合理。 高規(guī)第 4.3.5 條對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期 Tt 與平動為主的第一自振周期 T1 之比的要求給出了規(guī)定。 如果周期

6、比不滿足規(guī)范的要求， 說明該結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯， 設(shè)計(jì)人員需要增加結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件的剛度，降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度，以增大結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。設(shè)計(jì)軟件通常不直接給出結(jié)構(gòu)的周期比， 需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)計(jì)算書中周期值自行判定第一扭轉(zhuǎn)（平動）周期。以下介紹實(shí)用周期比計(jì)算方法： 1) 扭轉(zhuǎn)周期與平動周期的判斷：從計(jì)算書中找出所有扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于 0.5 的平動周期，按周期值從大到小排列。同理，將所有平動系數(shù)大于 0.5 的平動周期值從大到小排列； 2）第一周期的判斷：從列隊(duì)中選出數(shù)值最大的扭轉(zhuǎn)（平動）周期，查看軟件的“結(jié)構(gòu)整體空間振動簡圖” ，看該周期值所對應(yīng)的振型的空間振動是否為整體振動， 如果其僅僅引起局部振

7、動，則不能作為第一扭轉(zhuǎn)（平動）周期，要從隊(duì)列中取出下一個周期進(jìn)行考察， 以此類推，直到選出不僅周期值較大而且其對應(yīng)的振型為結(jié)構(gòu)整體振動的值即為第一扭轉(zhuǎn)（平動）周期； 3) 周期比計(jì)算：將第一扭轉(zhuǎn)周期值除以第一平動周期即可。（ 2）位移比（層間位移比） 是控制結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性的重要指標(biāo)。 其限值在建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和高規(guī)中均有明確的規(guī)定，不再贅述。需要指出的是，新規(guī)范中規(guī)定的位移比限值是按剛性板假定作出的， 如果在結(jié)構(gòu)模型中設(shè)定了彈性板，則必須在軟件參數(shù)設(shè)置時選擇“對所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定”，以便計(jì)算出正確的位移比。 在位移比滿足要求后， 再去掉 “對所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定的選擇，以彈

8、性樓板設(shè)定進(jìn)行后續(xù)配筋計(jì)算。此外，位移比的大小是判斷結(jié)構(gòu)是否規(guī)則的重要依據(jù)， 對選擇偶然偏心， 單向地震，雙向地震下的位移比，設(shè)計(jì)人員應(yīng)正確選用。（ 3）剛度比是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。根據(jù)抗震規(guī)范和高規(guī)的要求，軟件提供了三種剛度比的計(jì)算方式， 分別是剪切剛度， 剪彎剛度和地震力與相應(yīng)的層間位移比。 正確認(rèn)識這三種剛度比的計(jì)算方法和適用范圍是剛度比計(jì)算的關(guān)鍵： 1）剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及對地下室嵌固條件的判定； 2) 剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)； 3) 地震力與層間位移比是執(zhí)行抗震規(guī)范第 3.4.2 條和高規(guī) 4.3.5 條的相關(guān)規(guī)定，通常絕大多數(shù)工

9、程都可以用此法計(jì)算剛度比，這也是軟件的缺省方式。（ 4）層間受剪承載力之比也是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。其限值可參考抗震規(guī)范和高規(guī)的有關(guān)規(guī)定。（ 5）剛重比是結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比。 它是控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要因素，也是影響重力二階效的主要參數(shù)。 該值如果不滿足要求， 則可能引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌，應(yīng)當(dāng)引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視。（ 6）剪重比是抗震設(shè)計(jì)中非常重要的參數(shù)。規(guī)范之所以規(guī)定剪重比，主要是因?yàn)殚L期作用下， 地震影響系數(shù)下降較快， 由此計(jì)算出來的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太小。 而對于長周期結(jié)構(gòu)， 地震動態(tài)作用下的地面加速度和位移可能對結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用， 但采用振型分解法時無法對此

10、作出準(zhǔn)確的計(jì)算。 因此，出于安全考慮，規(guī)范規(guī)定了各樓層水平地震力的最小值，該值如果不滿足要求，則說明結(jié)構(gòu)有可能出現(xiàn)比較明顯的薄弱部位，必須進(jìn)行調(diào)整。除以上計(jì)算分析以外， 設(shè)計(jì)軟件還會按照規(guī)范的要求對整體結(jié)構(gòu)地震作用進(jìn)行調(diào)整，如最小地震剪力調(diào)整、特殊結(jié)構(gòu)地震作用下內(nèi)力調(diào)整、 0.2Q0 調(diào)整、強(qiáng)柱弱梁與強(qiáng)剪弱彎調(diào)整等等，因程序可以完成這些調(diào)整，就不再詳述了。3 對單構(gòu)件作優(yōu)化設(shè)計(jì) 前幾步主要是對結(jié)構(gòu)整體合理性的計(jì)算和調(diào)整，這一步則主要進(jìn)行結(jié)構(gòu)單個構(gòu)件內(nèi)力和配筋計(jì)算，包括梁，柱，剪力墻軸壓比計(jì)算，構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計(jì)等。（ 1）軟件對混凝土梁計(jì)算顯示超筋信息有以下情況： 1）當(dāng)梁的彎矩設(shè)計(jì)值 M 大于

11、梁的極限承載彎矩 Mu時，提示超筋； 2）規(guī)范對混凝土受壓區(qū)高度限制：四級及非抗震： b二、三級： 0.35 （ 計(jì)算時取 AS 0.3 AS ）一級： 0.25 （ 計(jì)算時取 AS 0.5 AS ）當(dāng)不滿足以上要求時，程序提示超筋； 3)抗震規(guī)范要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率 2.5%，當(dāng)大于此值時，提示超筋； 4）混凝土梁斜截面計(jì)算要滿足最小截面的要求，如不滿足則提示超筋。（ 2）剪力墻超筋分三種情況： 1）剪力墻暗柱超筋：軟件給出的暗柱最大配筋率是按照 4%控制的，而各規(guī)范均要求剪力墻主筋的配筋面積以邊緣構(gòu)件方式給出，沒有最大配筋率。 所以程序給出的剪力墻超筋是警告信息， 設(shè)計(jì)人員可以

12、酌情考慮；2）剪力墻水平筋超筋則說明該結(jié)構(gòu)抗剪不夠，應(yīng)予以調(diào)整； 3）剪力墻連梁超筋大多數(shù)情況下是在水平地震力作用下抗剪不夠。 規(guī)范中規(guī)定允許對剪力墻連梁剛度進(jìn)行折減，折減后的剪力墻連梁在地震作用下基本上都會出現(xiàn)塑性變形，即連梁開裂。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪力墻連梁設(shè)計(jì)時， 還應(yīng)考慮其配筋是否滿足正常狀態(tài)下極限承載力的要求。（ 3）柱軸壓比計(jì)算： 柱軸壓比的計(jì)算在高規(guī)和抗震規(guī)范中的規(guī)定并不完全一樣，抗震規(guī)范第 6.3.7 條規(guī)定，計(jì)算軸壓比的柱軸力設(shè)計(jì)值既包括地震組合，也包括非地震組合，而高規(guī)第 6.4.2 條規(guī)定，計(jì)算軸壓比的柱軸力設(shè)計(jì)值僅考慮地震作用組合下的柱軸力。 軟件在計(jì)算柱軸壓比時， 當(dāng)工程

13、考慮地震作用，程序僅取地震作用組合下的的柱軸力設(shè)計(jì)值計(jì)算； 當(dāng)該工程不考慮地震作用時，程序才取非地震作用組合下的柱軸力設(shè)計(jì)值計(jì)算。 因此設(shè)計(jì)人員會發(fā)現(xiàn)，對于同一個工程，計(jì)算地震力和不計(jì)算地震力其柱軸壓比結(jié)果會不一樣。（ 4）剪力墻軸壓比計(jì)算：為了控制在地震力作用下結(jié)構(gòu)的延性，新的高規(guī)和抗震規(guī)范對剪力墻均提出了軸壓比的計(jì)算要求。需要指出的是，軟件在計(jì)算斷指剪力墻軸壓比時，是按單向計(jì)算的，這與高規(guī)中規(guī)定的短肢剪力墻軸壓比按雙向計(jì)算有所不同，設(shè)計(jì)人員可以酌情考慮。（ 5）構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計(jì)：計(jì)算結(jié)構(gòu)不超筋，并不表示構(gòu)件初始設(shè)置的截面和形狀合理，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)行構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)，使構(gòu)件在保證受力要求的德條件

14、下截面的大小和形狀合理，并節(jié)省材料。但需要注意的是，在進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)時，應(yīng)以保證整體結(jié)構(gòu)合理性為前提，因?yàn)闃?gòu)件截面的大小直接影響到結(jié)構(gòu)的剛度，從而對整體結(jié)構(gòu)的周期、 位移、地震力等一系列參數(shù)產(chǎn)生影響，不可盲目減小構(gòu)件截面尺寸，使結(jié)構(gòu)整體安全性降低。4. 滿足規(guī)范抗震措施的要求 在施工圖設(shè)計(jì)階段， 還必須滿足規(guī)范規(guī)定的抗震措施要求。混凝土規(guī)范、高規(guī)和抗震規(guī)范對結(jié)構(gòu)的構(gòu)造提出了非常詳盡的規(guī)定，這些措施是很多震害調(diào)查和抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)， 也是保證結(jié)構(gòu)安全的最后一道防線，設(shè)計(jì)人員不可麻痹大意。（ 1）設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行施工圖配筋計(jì)算時，要求輸入合理的歸并系數(shù)、支座方式、鋼筋選筋庫等，如一次計(jì)算結(jié)果不滿意，要進(jìn)行多次試算和調(diào)整。（ 2）生成施工圖以前，要認(rèn)真輸入出圖參數(shù)，如梁柱鋼筋最小直徑、框架頂角處配筋方式、梁挑耳形式、柱縱筋搭接方式，箍筋形式，鋼筋放大系數(shù)等，以便生成符合需要的施工圖。 軟件可以根據(jù)允許裂縫寬度自動選筋， 還可