結構設計文章

2021-03-03 20:44:19 字數 5012 閱讀 3190

本文**於網路,有少量修改.

a 控制意義:

避免薄弱層的輕易出現,若不可避免要採取相應措施予以加強

b 規範條文

高規的4.4.2、5.

1.14條規定,抗震設計的高層建築結構,其樓層側向剛度小於其上一層的70%或小於其上相臨三層側向剛度平均值的80%,或某樓層豎向抗側力構件不連續,其薄弱層對應於**作用標準值的**剪力應乘以1.15的增大係數。

規範規定:高規的4.4.

3、5.1.14條規定,a級高度高層建築的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不宜小於其上一層受剪承載力的80%,不應小於其上一層受剪承載力的65%;b級高度高層建築的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不應小於其上一層受剪承載力的75%。

抗震設計的高層建築結構,結構樓層層間抗側力結構的承載力小於其上一層的80%,其薄弱層對應於**作用標準值的**剪力應乘以1.15的增大係數。

c 計算方法及程式實現

薄弱層方法之一:按層剛度比來判斷

薄弱層方法之二:按樓層承載力比來判斷

薄弱層方法之三:按樓層彈塑性層間位移角來判斷

>>按層剛度比來判斷

規範對結構的層剛度有明確的要求,在判斷樓層是否為薄弱層時,抗震規範和高規建議的計算層剛度的下列方法(地下室是否能作為嵌固端、轉換層剛度是否滿足要求等,都要求有層剛度作為依據):

方法1:高規附錄e.0.1建議的方法即剪下剛度:ki = gi ai / hi

方法2:高規附錄e.0.2建議的方法即剪彎剛度:ki = vi / δi

方法3:抗震規範的3.4.2和3.4.3條文說明及高規建議的方法即**剪力位移比剛度:ki = vi / δi

由於層剛度產生的薄弱層,可以通過調整結構布置、材料強度來改變。

>>按樓層承載力比來判斷

程式將薄弱層**作用標準值乘以1.15的增大係數。

選擇剪力位移比方法計算層剛度時,一般要採用「剛性樓板假定」的條件。對於有彈性板或板厚為零的工程,應計算兩次。在剛性樓板假定條件下計算層剛度並找出薄弱層。

再在真實條件下計算,並且檢查原找出的薄弱層是否得到確認,完成其它計算。

轉換層是樓層豎向抗側力構件不連續的薄弱層。不管該層程式判斷是否滿足剛度比要求,使用者都應強制該層為「薄弱層」。對於錯層、剛度削弱層,以及承載力比值不滿足規範的樓層,也應採用「強制薄弱層」來特別指定。

由樓層承載力產生的薄弱層,只能通過調整配筋來解決。如提高「超配係數」等。 >>按樓層彈塑性層間位移角來判斷

結構彈塑性變形驗算,指罕遇**下結構層間位移不超過彈塑性層間位移角,屬變形能力極限狀態驗算。

規範:罕遇**影響係數最大值的取值,7度αmax為0.50或0.72;8度αmax為0.9或1.2;9度αmax 為 1.4。

計算方法:簡化方法,適用於不超過12層,且層側向剛度無突變的框架結構;彈塑性靜力分析方法;彈塑性動力分析方法。

4 剪重比的控制

a 控制意義:

控制剪重比,是要求結構承擔足夠的**作用,設計時不能小於規範的要求。剪重比與**影響係數由內在聯絡:λ=0.2αmax

b 規範條文

抗震規範第5.2.5條明確要求了樓層剪重比

c 計算方法及程式實現

剪重比是反映**作用大小的重要指標,它可以由「有效質量係數」來控制,當「有效質量係數」大於90%時,可以認為**作用滿足規範要求,此時,再考察結構的剪重比是否合適,否則應修改結構布置、增加結構剛度,使計算的剪重比能自然滿足規範要求。

「有效質量係數」與「振型數」有關,如果「有效質量係數」不滿足90%,則可以通過增加振型數來滿足。

>>有效質量係數

概念**:wilson e.l. 教授曾經提出振型有效質量係數的概念用於判斷參與振型數足夠與否,並將其用於etabs程式,他的方法是基於剛性樓板假定的,不適用於一般結構。

方法發展:現在不少結構因其複雜性需要考慮樓板的彈性變形,因此需要一種更為一般的方法,不但能夠適用於剛性樓板,也應該能夠適用於彈性樓板。出於這個目的,我們從結構變形能的角度對此問題進行了研究,提出了乙個通用方法來計算各**方向的有效質量係數,這個新方法已經實現於tat、satwe和pmsap。

經驗:根據我們的計算經驗,當有效質量係數大於0.8時,基底剪力誤差一般小於5%。在這個意義上我們稱有效質量係數大於0.8的情形為振型數足夠;否則稱振型數不夠。

規範:高規5.1.13規定對b級高度高層建築及複雜高層建築有效質量係數不小於0.9程式自動計算該引數並輸出。

>>剪重比的調整

當剪重比不滿足規範要求時,程式將自動調整**作用,已達到設計目標的要求。剪重比調整係數將直接乘在該層構件的**內力上。

地下室不受剪重比控制。

tat可以人工控制結構的剪重比;而satwe是按照規範值控制,不能人工控制。

3 位移比的控制

a 控制意義:

位移比---是指樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移角與本樓層平均值的比位移比的大小反映了結構的扭轉效應,同週期比的概念一樣都是為了控制建築的扭轉效應提出的控制引數。(在高規4.3.

5條中位移比和週期比是同時提出的)

b 規範條文

抗規第3.4.3.

1條規定:平面不規則而豎向規則的建築結構,應採用空間結構計算模型,並應符合下列要求:1)扭轉不規則時,應計及扭轉影響,且樓層豎向構件最大的彈性水平位移和層間位移分別不宜大於樓層兩端彈性水平位移和層間位移平均值的1.

5倍;新高規的4.3.5條規定,在考慮質量偶然偏心影響的**作用下,樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移角,a、b級高度高層建築均不宜大於該樓層平均值的1.

2倍;且a級高度高層建築不應大於該樓層平均值的1.5倍,b級高度高層建築、混合結構高層建築及複雜高層建築,不應大於該樓層平均值的1.4倍。

c 計算方法及程式實現

程式中對每一層都計算並輸出最大水平位移、最大層間位移角、平均水平位移、平均層間位移角及相應的比值,使用者可以一目了然地判斷是否滿足規範。

且注意位移比的限值是根據剛性樓板假定的條件下確定的,其平均位移的計算方法,也基於「剛性樓板假定」。

控制位移比的計算模型:按照規範要求的定義,位移比表示為「最大位移/平均位移」,而平均位移表示為「(最大位移+最小位移)/2」,其中的關鍵是「最小位移」,當樓層中產生0位移節點,則最小位移一定為0,從而造成平均位移為最大位移的一半,位移比為2。則失去了位移比這個結構特徵引數的參考意義,所以計算位移比時,如果樓層中產生「彈性節點」,應選擇「強制剛性樓板假定」。

規範要求:高規4.3.5條,應在質量偶然偏心的條件下,考察結構樓層位移比的情況。

層間位移角:程式採用「最大柱(牆)間位移角」作為樓層的層間位移角,此時可以「不考慮偶然偏心」的計算條件。

d 注意事項

>>複雜結構的位移控制

複雜結構,如坡屋頂層、體育館、看台、工業建築等,這些結構或者柱、牆不在同一標高,或者本層根本沒有樓板,此時如果採用「強制剛性樓板假定」,結構分析嚴重失真,位移比也沒有意義。所以這類結構可以通過位移的「詳細輸出」或觀察結構的變形示意圖,來考察結構的扭轉效應。

對於錯層結構或帶有夾層的結構,這類結構總是伴有大量的越層柱,當選擇「強制剛性樓板假定」後,越層柱將受到樓層的約束,如果越層柱很多,計算失真。總之,結構位移特徵的計算模型之合理性,應根據結構的實際出發,對複雜結構應採用多種手段。

2 週期比的控制

a 控制意義:

週期比---第一扭轉週期與第一側振週期的比值

週期比側重控制的是側向剛度與扭轉剛度之間的一種相對關係,而非其絕對大小,它的目的是使抗側力構件的平面布置更有效、更合理,使結構不致於出現過大(相對於側移)的扭轉效應。所以一旦出現週期比不滿足要求的情況,一般只能通過調整平面布置來改善這一狀況,這種改變一般是整體性的,區域性的小調整往往收效甚微。一句話,週期比控制不是在要求結構足夠結實,而是在要求結構承載布局的合理性

驗算週期比的目的,主要為控制結構在罕遇大震下的扭轉效應。

b 規範條文

高層規程第4.3.5條,要求:

結構扭轉為主的第一自振週期tt與平動為主的第一自振週期t1之比,a級高度高層建築不應大於0.9,b級高度高層建築、混合結構高層建築及本規程第10章所指的複雜高層建築不應大於0.85

抗規中沒有明確提出該概念,所以多層時該控制指標可以適當放鬆,但一般不大於1.0。

c 計算方法及程式實現

程式計算出每個振型的側振成份和扭振成份,通過平動係數和扭轉係數可以明確地區分振型的特徵。

週期最長的扭振振型對應的就是第一扭振週期tt,週期最長的側振振型對應的就是第一側振週期t1(注意:在某些情況下,還要結合主振型資訊來進行判斷)。知道了tt和t1,即可驗證其比值是否滿足規範

d 注意事項

>>複雜結構的週期比控制

多塔結構週期比:對於多塔樓結構,不能直接按上面的方法驗算。如果上部沒有連線,應該各個塔樓分別計算並分別驗算,如果上部有連線,驗算方法尚不清楚。

體育場館、空曠結構和特殊的工業建築,沒有特殊要求的,一般不需要控制週期比。

當高層建築樓層開洞口較複雜,或為錯層結構時,結構往往會產生區域性振動,此時應選擇「強制剛性樓板假定」來計算結構的週期比。以過濾區域性振動產生的週期

剛度比的控制

a 控制意義:

新規範要求結構各層之間的剛度比,並根據剛度比對**力進行放大,

新規範對結構的層剛度有明確的要求,在判斷樓層是否為薄弱層、地下室是否能作為嵌固端、轉換層剛度是否滿足要求等等,都要求有層剛度作為依據,直觀的來說,層剛度比的概念用來體現結構整體的上下勻稱度

b 規範條文:

新抗震規範附錄e2.1規定,筒體結構轉換層上下層的側向剛度比不宜大於2。新高規的4.

4.3條規定,抗震設計的高層建築結構,其樓層側向剛度不宜小於相臨上部樓層側向剛度的70%或其上相臨三層側向剛度平均值的80%。

新高規的5.3.7條規定,高層建築結構計算中,當地下室的頂板作為上部結構嵌固端時,地下室結構的樓層側向剛度不應小於相鄰上部結構樓層側向剛度的2倍。

新高規的10.2.6條規定,底部大空間剪力牆結構,轉換層上部結構與下部結構的側向剛度,應符合高規附錄d的規定。

e.0.1底部大空間為一層的部分框支剪力牆結構,可近似採用轉換層上、下層結構等效剛度比γ表示轉換層上、下層結構剛度的變化,非抗震設計時γ不應大於3,抗震設計時不應大於2。

e.0.2底部為2~5層大空間的部分框支剪力牆結構,其轉換層下部框加-剪力牆結構的等效側向剛度與相同或相近高度的上部剪力牆結構的等效側向剛度比γe宜接近1,非抗震設計時不應大於2,抗震設計時不應大於1.3。

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