(16點內容也分為兩部分,第1部分1-15為層間位移角限制過於嚴格等規範的問題,第2部分為8個疑難計算的問題)
1、規範中層間位移角限制過於嚴格;
2、扭轉不規則控制過於嚴格;
3、剛度比計算方法過多;
4、偶然偏心計算的偏移值與平面形狀和質量分布有關;
5、地震樓層最小剪力係數不滿足時如何調整;
6、小塔樓地震作用的計算;
7、梁有效翼緣寬度的合理選取;
8、短肢牆的新定義;
9、短肢牆更合理的構造控制;
10、框剪調整的強柱弱梁;
11、剪力牆約束邊緣構件陰影區的構造;
12、轉換層的底部加強部位;
13、兩新結構形式:採用扁梁、空心板的板-柱-牆結構和巨型框架-核心筒結構;
14、抗震性能設計的改進方法;
15、淺基礎和樁基礎承載力的計算;
16、設計中的8個疑難計算問題。
1、規範中層間位移角限制過於嚴格的問題
過於嚴格的原因有如下4條:
1)概念偏於嚴格:規範把鋼筋混凝土構件開裂時的層間位移角作為多遇地震作用下結構的彈性位移角限值,而混凝土開裂時鋼筋的應力還很小,即使混凝部分開裂,整體結構還處於彈性狀態;
2)計算位移偏大:規範通過周期折減考慮了填充牆剛度對地震作用的影響,但未考慮填充牆剛度對位移的影響(有了填充牆剛度後實際的位移應該比當前計算的小,拿偏大的計算位移作為設計控制使設計過於保守),實際工程中0.8周期折減係數來說,計算位移偏大了1.1-1.3倍左右;
3)無害位移佔主要部分:實際工程中上部樓層層間位移角較大,常起控制作用,而這部分位移角由下部樓層的轉角所引起的無害位移角佔主要部分;
4)大震位移角可證明:從等位移原理出發,如果大震作用是小震的6倍,大震作用下框架結構、框-剪結構、剪力牆結構的層間彈塑性極限位移角分別為1/50、1/100、1/120,則小震作用下框架結構、框-剪結構、剪力牆結構的層間位移角分別控制不大於1/300、1/600和1/720,可保證結構的安全。
如下圖,大震控制1/100時,當1/600時,實際的承載能力遠大於小震的承載能力,1/600控制還是有富餘的。
廣東高規3.7.3中水平力作用下最大層間位移角的控制放鬆了10-20%,如下:上表為高規,下表為廣東高規的要求。(剪力牆結構1/1000改為1/800)
2、扭轉不規則控制過於嚴格
過於嚴格的原因有如下兩條:
1)即使周期比大於1,扭轉振型引起的扭矩和扭轉角遠小於偶然偏心引起的扭矩和扭轉角; 2)位移比等於最大位移/平均位移,當分母平均位移很小時,很小的位移差也會算出較大的位移比。此時結構的水平剛度很大,樓層扭轉角不大,位移比確難以滿足要求。
因此,
1)廣東高規不控制周期比;
2)在層間位移角很小時,超限審查略為放鬆扭轉位移比控制。
當樓層的最大層間位移角不大於規定限值的0.5倍時,該樓層位移比限值上限可適當放鬆(Ⅰ類扭轉不規則可計0.5項平面不規則),如下為廣東扭轉不規則分類及限值。
在GSSAP文本文件「結構位移」的最後輸出如下扭轉不規則程度分類:
給定CQC地震剪力換算的水平力並考慮偶然偏心下的最大位移比:
0方向地震= 1.25(及其層號=3)
90方向地震= 1.70(及其層號=3)
本工程A級高度扭轉不規則程度分類:II類
3、剛度比計算方法過多
1)目前規範中有4種剛度比的計算方法:
a、等效剪切剛度比(與外力無關)高規E.0.1
b、等效側向剛度比(也與外力無關)高規E.0.3
c、側向剛度比(與外力有關)抗規3.4.3
d、層高修正的側向剛度比(與外力有關)高規3.5.2
4種方法有時計算結果相差很大, 其中抗規側向剛度比理論誤差最大。
2)理論上可推導框架的等效剪切剛度比也與層高的平方成反比(詳細見廣東高規3.5.8條文說明),層高修正的側向剛度比反應了與層高的平方成反比的關係,所以不僅適合剪力牆結構,也適合框架結構。
因此:
1)當一層時,高規等效側向剛度比(剪彎剛度比)就是等效剪切剛度比;
2)框架結構和剪力牆結構側向剛度統一為樓層剪力與層間位移角之比。
3)取消了本層層高大於相鄰上一層層高的1.5倍時,該比值不宜小於1.1。
4、偶然偏心計算的偏移值與平面形狀和質量分布有關
偶然偏心計算的偏移值:按質量迴轉半徑計算ei=0.1732ri
矩形平面剛好為5.0%
啞鈴形平面則為5.59%
十字形平面為4.33%
所以按質量迴轉半徑計算更為合理。
其中,偶然偏心(0不考慮,1按偏心,2按迴轉半徑)
地震信息中:
偶然偏心可按指定的
偏心計算,也可按迴轉
半徑計算,按迴轉
半徑計算時,每層每
塔每方向都可能不同。
按迴轉半徑計算時在文本文件「結構位移」中輸出:
3.給定CQC地震剪力換算的水平力並考慮偶然偏心下的位移
按0.1732迴轉半徑求得每方向最大質量偏心:5.4%,5.0%
5、地震樓層最小剪力係數不滿足時如何調整
兩個問題:
1)不滿足是否要調整剛度(目前有調剛度和調力的兩大爭論)?
2)基底和其它樓層不滿足時,調整方法有何不同?(規範對基底不滿足時有詳細的說明)
廣東高規要求:
1)明確不以調整結構剛度來滿足剪重比要求;(剛度增大,地震作用更大,更不利;而直接調整地震作用,增加了結構承載能力;認為前者不如後者)
2)當基底滿足剪重比要求,僅部分樓層不滿足要求時,可直接放大這些樓層的地震剪力使之滿足要求(以前程序中以上樓層全放大,放鬆了);
3)當基底剪力不滿足剪重比要求時,則全部樓層的地震剪力均應放大,放大係數=規定的最小地震剪力/彈性計算的基底剪力(以前處與速度和位移段插值求係數,加強了);
4)放大後的基底總剪力不宜小於按底部剪力法算得的總剪力的85% (加強了) (以上要求沒有違反黑體字要求,但對未說明的內容更明確了)。
6、小塔樓地震作用的計算
1)高階振型決定了小塔樓的地震作用,振型數太少將丟失高階振型,使小塔樓無地震作用;
2)丟失了小塔樓振型時,放大係數法不能保證小塔樓有足夠的地震作用。
廣東高規5.1.21要求:
對結構頂部的小塔樓、天線等相對於主體結構其質量較小的結構,應適當增加計算振型數,使該部分水平主軸方向的質量參與係數不小於85%。(在文本文件「周期和地震作用」中增加如下輸出)
7、梁有效翼緣寬度的選取
1)考慮允許混凝土開裂,現行規範兩側各6倍板厚太大;
2)梁剛度放的過大,不利於強柱弱梁。
因此:
1)廣東高規5.2.2:邊梁剛度增大係數可取1.3~1.5,中梁可取1.5~2。
2)廣東高規6.2.10:梁有效翼緣寬度可取兩側各4倍板厚且不大於梁高。(以前按3倍,現改為按4倍)
建議:
中梁(H<800mm)剛度放大係數:2.0
中梁(H≥800mm)剛度放大係數:1.5
內力計算時還可適當減少。
8、短肢牆的定義
1)將截面高厚比不大於8作為短肢剪力牆與一般剪力牆分界點時,會有矛盾發生,例如,有一截面厚度為200x1650mm的剪力牆,按截面高厚比不大於8來判斷,它是一般剪力牆;當牆厚加厚至250時,卻算作短肢剪力牆,設計反而要加強,明顯不合理。
因此:
1)廣東高規7.1.8短肢牆的定義改為:截面高度小於等於1600mm且截面厚度小於300mm。
當選擇滿足廣東高規時,常見的截面200x1650, 250x1650, 300x1500,軟體將判斷為一般牆。
9、短肢牆的構造控制
廣東高規7.2.2 增加了下劃線的內容:
1)一、二、三級短肢剪力牆的軸壓比,在底部加強部位分別不宜大於0.45、0.50、0.55,一字形截面短肢剪力牆的軸壓比限值再相應減少0.05;在底部加強部位以上的其他部位不宜大於上述規定值加0.05(放鬆了底部加強部位以上短肢牆的軸壓比控制);
(如下短牆接近柱按柱的方法控制配筋率,接近一般牆按牆的方法控制)
2)高厚比小於等於6(仍要滿足高規全部豎向鋼筋的配筋率的構造要求),短肢剪力牆的全部豎向鋼筋的配筋率,底部加強部位一、二級不宜小於1.2%,三、四級不宜小於1.0%;其他部位一、二級不宜小於1.0%,三、四級不宜小於0.8%;
3)高厚比大於6(邊緣構件豎向鋼筋配筋率要滿足構造要求,因為剪力牆較長時,配筋集中在牆端部更有效),約束邊緣構件豎向鋼筋配筋率一、二級不宜小於1.6%,三、四級不宜小於1.4%;構造邊緣構件豎向鋼筋配筋率一、二級不宜小於1.4%,三、四級不宜小於1.2%;
10、框剪調整
廣東高規8.1.4(0.2V0框剪調整)、9.1.10(筒體結構框剪調整)、10.2.1(巨框筒結構框剪調整)和11.2.16(框支柱框剪調整)所有框剪調整中:
取消了與柱相連框架梁的同步調整,只調整柱的剪力和端部彎矩,有利於強柱弱梁。
11、剪力牆約束邊緣構件陰影區的構造
廣東高規7.2.12 :
1)增加了剪力牆混凝土強度等級高於C60時的構造要求:剪力牆約束邊緣構件陰影部分的豎向鋼筋配筋率一、二、三級分別不應小於1.6%、1.4%和1.2%,並分別不應小於8F18、6F16和6F14;
2)「有翼牆」和「轉角牆」的約束構件陰影範圍有改動,約束構件翼緣寬度按翼緣厚度bf取改為按腹板厚度bw取。
當翼牆厚度bf比腹板牆厚度bw大很多時,約束邊緣構件取bw加兩倍bf導致範圍過大。
高規和廣東高規對有翼牆或轉角牆詳細規定如下圖:
12、轉換層的底部加強部位
高規10.2.2:
帶轉換層的高層建築結構,其剪力牆底部加強部位的高度應從地下室頂板算起,宜取至轉換層以上兩層(有時取大了)且不宜小於房屋高度的1/10。
廣東高規11.2.2:
1)當轉換層的位置較高,位於建築物的1/4高度及以上時,底部加強部位(按一般工程取)可取不小於底部兩層和房屋高度1/10二者的較大者;
2)轉換層及其上下各兩層應予適當加強,抗震等級人工提高一級。
13、增加了兩結構形式:採用扁梁、空心板的板-柱-牆結構和巨型框架-核心筒結構
廣東高規3.3.1:
1)採用扁梁和空心板的板-柱-牆結構最大高度可適當增加,非抗震設計130m、6度110m、7度100m、8度80m;抗震等級按板-柱-牆結構考慮;(常見的高層將不需要超限審查)
必須做到3點:
1)內大板採用空心板;
2)內梁採用扁梁,而不是暗梁;
3)扁梁兩端有柱連接。
結構設計中的梁分3種:普通梁、扁梁和暗梁,扁梁要滿足《抗規》6.3.2的要求:
不易滿足的是第3條,梁高=400≥16*25,柱的鋼筋不能大於25mm,這樣一來第一道防線為剪力牆,第二道防線為框架。
2)在GSSAP總信息中增加具有巨柱桁架核心筒的巨框筒結構形式,框剪調整有特殊的規定,「水平力效應驗算」框剪調整中輸出詳細的調整信息, 具體規定見廣東高規第10節。
14、抗震性能設計
廣東高規3.11:改進了抗震性能設計構件承載力驗算方法。
1)高規對同一水準同時採用基本組合和標準組合驗算,過於複雜,廣東高規統一採用標準組合,方便計算和設計;
2)構件承載力驗算公式全部基於彈性計算模型。
在地震信息中可選擇採用高規或廣東高規方法,性能要求輸入負數時採用廣東高規的方法。
增加了兩個係數:承載力利用係數ξ和構件重要性係數η,承載力利用係數的倒數在計算中相當於抗規中的承載力抗震調整係數,不同性能水準下ξ取不同值,ξ大一點,破壞嚴重一點 。
構件重要性係數η用於區別關鍵和非關鍵構件。
1、GSSAP按如下自動判斷
關鍵構件:
1)底部加強部位的重要豎向構件:底部加強部位的混凝土一般牆、邊柱、角柱;
2)水平轉換構件及與其相連的豎向支承構件:轉換構件;
3)大懸臂結構的主要懸挑構件:懸臂大於2m; 普通豎向構件:除關鍵構件之外的豎向構件; 水平耗能構件:框架梁、連梁、耗能支撐。
2、也可在錄入的設計屬性中設置。
15、淺基礎和樁基礎承載力計算
1)廣東高規13.1.5:獨立擴展基礎基底邊緣最大與最小壓應力比不大於1.2,當地基承載力特徵值不大於150kPa,比值不大於1.1;
2)廣東高規13.1.8:獨立樁基礎單樁豎向承載力的放大係數,各工況取不同值。
修改了兩點:
1)豎向荷載效應標準組合在偏心豎向力作用下承載力調整係數1.2改為1.1;(嚴了)
2)豎向荷載與風荷載效應標準組合在軸心豎向力作用下承載力調整係數為1.2,在偏心豎向力作用下承載力調整係數為1.3。(風控制的基礎鬆了)
總結:
1)廣東高規其它修改見廣廈17.0的最新修改或廣東高規;
2)廣東高規的計算功能隨廣廈17.0(BIM版)發行,若未換代到BIM版本,GSSAP將會提示,在錄入的「GSSAP總信息」中增加了:是否滿足廣東高規的選擇。
3)設置如下2點GSSAP計算滿足廣東高規要求:
a、總信息中選擇滿足廣東高規要求;
b、地震信息中偶然偏心按迴轉半徑;
4)獨立擴展基礎和獨立樁基礎可選擇滿足廣東高規要求;
5)外省設計位移角和周期比按國家高規控制外,其它可採用廣東高規的概念。
16、設計中的8個疑難計算問題
10年來,GSSAP的研發過程中對如下8個問題做了重點的研究。
1)空心現澆板結構計算;
2)彈塑性靜力和動力計算;
3) 兩套計算校核;
4) 一分鐘自動算量;
5) 省鋼筋計算;
6) 樓梯的抗震計算;
7) 斜屋面計算;
8) 複雜基礎計算。
空心現澆板結構的計算
a)結構方案好,有利招標;
b)精確計算,造價省;
c)全國空心現澆板結構計算一半以上採用了GSSAP計算。
地下結構全部採用箱體空心板,其中有部分人防單元,柱頂帶柱帽。
以上兩個多層結構的大跨度板全部採用箱體空心板,右邊為非規則結構採用空心板。
兩塔92m高層結構的大跨度板全部採用箱體空心板。
空心現澆板結構常採用如下無梁樓蓋的方案:
周邊採用普通梁,中間布置實心扁梁或暗梁,柱頂加柱帽滿足衝切要求。計算要點如下:
1、空心現澆板採用殼單元計算;
2、板自重扣除空心和最小配筋率按實際截面控制;
3、板滿足剪切計算;
4、柱帽滿足衝切計算;
5、扁梁暗梁、柱帽和板協同計算。
計算2步驟:
1、建3個模型、
2、看3個結果。
a)在錄入中設置板截面、指定計算單元為殼、柱頂布置柱帽;
如下,空心板結構會自動單元剖分。
b)GSSAP計算完後在「圖形方式」下查看3個計算結果:板柱帽衝切剪切、梁配筋和板配筋。
板柱帽衝切剪切結果,小於1.0不滿足要求。
暗梁扁梁寬大於等於800mm時,分別採用梁板配筋即可,否則梁支座和底部位置還得加上相同位置板的鋼筋;柱頂位置是奇點,結果應排除;第1次做空心板結構結果可放大1.1-1.2倍。
板XY向配筋包絡。
彈塑性靜力推覆和動力時程計算
國內彈塑性計算軟體已相當成熟,普通結構設計人員都可完成彈塑性靜力推覆和動力時程計算,在超高超限工程中已廣泛應用,廣廈GSNAP是國內兩個常用的彈塑性靜力推覆和動力時程計算之一。
一次建模,兩套計算校核
1)前處理數據共享;
2)後處理和基礎CAD共享。
兩個不同力學模型的計算,不同的力學模型還應使用不同單位編制的程序。
1)兩種力學模型計算
牆元杆系計算:SSW和SATWE
通用分析:GSSAP、ETABS和PMSAP
每個計算軟體會對結構進行一定的模型簡化。應避免模型簡化出問題。
2)兩個不同部門開發的計算程序
廣廈系列、PKPM系列和ETABS
同一部門開發的計算因程序共享,可能產生相同的錯誤。
一分鐘自動算量
GSSAP和SATWE計算完後,一分鐘可得到鋼筋量、混凝土量和模板量,得到經濟分析指標。
省鋼筋計算
1)自動考慮牆柱梁板重疊的自重扣除,自重可減少2-4%;
2)梁配筋計算選擇考慮壓筋和板的貢獻,梁鋼筋減少10-20%左右;
3)內力計算時,梁剛度放大減半設置,水平力大的結構梁鋼筋有明顯減少。
樓梯的抗震計算
GSSAP計算中,樓梯參與空間分析,採用精細的有限元計算,為抗規和高規的制定提供了計算依據。
參數化、快速、直觀布置12種樓梯,目前GSSAP已完成了幾十萬棟帶樓梯結構的抗震計算。
12種樓梯如下:
斜屋面的空間計算
GSSAP可以準確計算空間的樓板, 計算的部分空間樓蓋如下:
複雜基礎的計算
要解決3個問題:
1、計算通用性:對複雜基礎採用精細的有限元分析;
2、荷載完整性:所有荷載參與計算和組合;
3、計算局部性:對某一部分基礎採用精細的有限元分析。
基礎總共有15種,除圓圈內3種基礎外,其它12種都採用精細的有限元分析,都按梁樁筏基礎計算。
自動剖分單元:二維任意凸凹多邊形,多邊形內可包含多邊形洞口、剖分點和剖分線,柱和樁為剖分點,牆和地基梁為剖分線。
如下為實際工程中基礎的凸凹多邊形自動剖分結果。
對多部分基礎採用精細的有限元分析,可切出任何一塊進行精細分析。