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在施工图设计阶段,还必须满足规范规定的抗震措施要求。《混凝土规范》、《高规》和《抗震规范》对结构的构造提出了非常详尽的规定,这些措施是很多震害调查和抗震设计经验的总结,也是保证结构安全的最后一道防线,设计人员不可麻痹大意。
(1)设计软件进行施工图配筋计算时,要求输入合理的归并系数、支座方式、钢筋选筋库等,如一次计算结果不满意,要进行多次试算和调整。
(2)生成施工图以前,要认真输入出图参数,如梁柱钢筋最小直径、框架顶角处配筋方式、梁挑耳形式、柱纵筋搭接方式,箍筋形式,钢筋放大系数等,以便生成符合需要的施工图。软件可以根据允许裂缝宽度自动选筋,还可以考虑支座宽度对裂缝宽度的影响。
(3)施工图生成以后,设计人员还应仔细验证各特殊或薄弱部位构件的最小纵筋直径、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密区长度、钢筋搭接锚固长度、配筋方式等是否满足规范规定的抗震措施要求。规范这一部分的要求往往是以黑体字写出,属于强制执行条文,万万不可以掉以轻心。
(4)最后设计人员还应根据工程的实际情况,对计算机生成的配筋结果作合理性审核,如钢筋排数、直径、架构等,如不符合工程需要或不便于施工,还要做最后的调整计算。
5.3 SATWE在结构计算分析中的应用
SATWE是SPACE ANALYSIS OF TALL-BUILDINGS WITH WALL-ELEMENT的词头缩写,这是应现代多、高层建筑发展要求专门为多、高层建筑设计而研制的空间组合结构有限元分析软件。SATWE的多层版记为SAT-8,适用于8层及8层以下的多层结构。SATWE采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件,用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙。墙元是专用于模拟多、高层结构中剪力墙的,对于尺寸较大或带洞口的剪力墙,按照子结构的基本思想,由程序自动进行细分,然后用静力凝聚原理将由于墙元的细分而增加的内部自由度消去,从而保证墙元的精度和有限的出口自由度。这
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种墙元对剪力墙的洞口(仅考虑矩形洞)的大小及空间位置无限制,具有较好的适用性。墙元不仅具有墙所在的平面内刚度,也具有平面外的刚度,可以较好地模拟工程中剪力墙的实际受力状态。对于楼板,SATWE 给出了四种简化假定,即楼板整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板。在应用中,可根据工程实际情况和分析精度要求,选用其中的一种或几种简化假定。SATWE作为PKPM系列CAD软件的一模块,其前处理工作主要由PMCAD完成。对于一个工程,经PMCAD的1、2、3项菜单后,生成如下数据文件(假定工程文件名为AAA):AAA.*和*.PM。这些文件是进行SATWE计算所必需的。SATWE的第一项主菜单(即“接PM生成SATWE数据”菜单)的主要功能就是在PMCAD生成的上述数据文件的基础上,补充高层结构分析所需的一些参数,并对一些特殊结构(如多塔、错层结构)、特殊构件(如角柱、非连梁、弹性楼板等)作出相应设定,最后将上述所有信息自动转换成高层结构有限元分析及设计所需的数据格式,生成几何数据文件STRU.SAT、竖向荷载数据文件LOAD.SAT和风荷载数据文件WIND.SAT,供SATWE的第二、三项主菜单调用。
5.2.1 SATWE计算分析参数的意义及输入
采用SATWE进行结构整体计算分析,需要输入很多参数,如何正确输入参数直接关系到结构计算结果的正确与否,因此必须深刻理解每个输入参数的意义并且按照实际情况正确输入。 1 总信息(见图1) (1)水平力与整体坐标角:
通常情况下,对结构计算分析,都是将水平地震沿结构X、Y两个方向施加,所以一般情况下水平力与整体坐标角取0度。由于地震沿着不同的方向作用,结构地震反应的大小一般也不同,结构地震反应是地震作用方向角的函数。因此当结构平面复杂(如L型、三角型)或抗侧力结构非正交时,根据抗震规范5.1.1-2规定,当结构存在相交角大于15度的抗侧力构件时,应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用,但实际上按0、45度各算一次即可;当程序给出最大地震力作用方向时,可按该方向角输入计算,配筋取三者的大值。 (2)混凝土容重:
由于建模时没有考虑墙面的装饰面层,因此钢筋混凝土计算重度,考虑饰面的影响应大于25,不同结构构件的表面积与体积比不同饰面的影响不同,一般按结构
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类型取值:
结构类型 框架结构 框剪结构 剪力墙结构
重度 25.5 26 27 (3)钢材容重:一般取78,不必改变。 (4)裙房层数:
按实际情况输入。高规第4.8.6条规定:与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级,主楼结构在裙房顶部上下各一层应适当加强抗震措施。因此该数必须给定。
图1 总信息 图2 风荷载信息
(5)转换层所地层号:
按实际情况输入。该指定只为程序决定底部加强部位及转换层上下刚度比的计算和内力调整提供信息,同时,当转换层号大于等于三层时,程序自动对落地剪力墙、框支柱抗震等级增加一级,对转换层梁、柱及该层的弹性板定义仍要人工指定。 (6)地下室层数:
程序据此信息决定底部加强区范围和内力调整。当地下室局部层数不同时,以主楼地下室层数输入。地下室一般与上部共同作用分析;地下室刚度大于上部层刚度的2倍,可不采用共同分析;地下室与上部共同分析时,程序中相对刚度一般为3,模拟约束作用。当相对刚度为0,地下室考虑水平地震作用,不考虑风作用。当相对刚度为负值,地下室完全嵌固。根据程序编制专家的解释,填3大概为70%~80%的嵌固,填5就是完全嵌固,填在楼层数前加“-”,表示在所填楼层完全嵌固。到底怎样的土填3或填5,完全取决于工程师的经验。
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(7)墙元细分最大控制长度:可取1~5之间的数值,长度控制越短计算精度越高,但计算耗时越多,一般取2就可满足计算要求,框支剪力墙可取1或1.5。 (8)墙元侧向节点信息:
a.内部节点:一般选择内部节点,当有转换层时,需提高计算精度是时,可以选取外部节点。
b.外部节点:按外部节点处理时,耗机时和内存资源较多。 (9)恒活荷载计算信息:
a.一次性加载计算:主要用于多层结构,而且多层结构最好采用这种加载计算法。因为施工的层层找平对多层结构的竖向变位影响很小,所以不要采用模拟施工方法计算。
b.模拟施工方法1加载:就是按一般的模拟施工方法加载,对高层结构,一般都采用这种方法计算。但是对于“框剪结构”,采用这种方法计算在导给基础的内力中剪力墙下的内力特别大,使得其下面的基础难于设计。于是就有了下一种竖向荷载加载法。
c.模拟施工方法2加载:这是在“模拟施工方法1”的基础上将竖向构件(柱、墙)的刚度增大10倍的情况下再进行结构的内力计算,也就是再按模拟施工方法1加载的情况下进行计算。采用这种方法计算出的传给基础的力比较均匀合理,可以避免墙的轴力远远大于柱的轴力的不和理情况。由于竖向构件的刚度放大,使得水平梁的两端的竖向位移差减少,从而其剪力减少,这样就削弱了楼面荷载因刚度不均而导致的内力重分配,所以这种方法更接近手工计算。
但是我认为这种方法人为的扩大了竖向构件与水平构件的线刚度比,所以它的计算方式值得探讨。所以,专家建议:在进行上部结构计算时采用“模拟施工方法1”;在基础计算时,用“模拟施工方法2”的计算结果。这样得出的基础结果比较合理。
(10)结构材料信息与结构体系:
规范规定不同结构体系的内力调整及配筋要求不同;同时,不同结构体系的风振系数不同;结构基本周期也不同,影响风荷计算。宜在给出的多种体系中选最接近实际的一种,当结构体系定义为短肢剪力墙时,对墙肢高度和厚度之比小于8的短肢剪力墙,其抗震等级自动提高一级。 2 风荷载信息(见图2)
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该栏目的数值直接决定了结构所受风荷载的大小。 (1)地面粗糙类别:
该选项是用来判定风场的边界条件,直接决定了风荷载的沿建筑高度的分布情况,必须按照建筑物所处环境正确选择。相同高度建筑风荷载A>B>C>D。 A类:近海海面,海岛、海岸、湖岸及沙漠地区。
B类:指田野、乡村、丛林、丘陵及中小城镇和大城市郊区。 C类:指有密集建筑群的城市市区。
D类:指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。 (2)体型系数:
根据建筑平面形状按《荷载规范》取值,如果建筑沿高度平面形状改变,则可以沿高度方向根据建筑平面形状设置不同的体型系数。 (3)结构的基本周期:
第一次计算时可以根据经验输入一个大概的数值,计算出结构的基本周期后,再用计算值代回重新计算。 (4)修正后的基本风压:
新的荷载规范将风荷载基本值的重现期由原来的30年一遇改为50年一遇:新高规3.2.2条规定:对于B级高度的高层建筑或特别重要的高层建筑,应按100年一遇的风压值采用。 3 地震信息
图3 地震信息 图4 活荷信息
(1)结构规则性性息:
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