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在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?

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来源:非解构。

对于许多初入设计院的结构设计师来说,理解结构计算的指标是调模型的基础,笔者在这篇文章中将介绍一下经常使用的一些参数在规范中的出处以及如何调整模型使结构满足规范,希望能对刚开始做设计的结构设计师有所帮助。
01
位移角和位移比
刚开始做设计时笔者常常将两个名字弄混,但是调过一个模型后就会理解位移角和位移比是两个不同的指标。
位移角 是多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移与计算楼层层高的比值,是作为衡量结构变形能力的一个指标。抗震规范 5.5.1 规定了弹性层间位移角的限值,对于混凝土框架结构是 1/550,框剪结构是 1/800,剪力墙结构是 1/1000。
在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?
位移角 在结构计算软件中的 wdisp.out 中查看,需要注意的是从高规 3.7.3 中可以看出水平位移的限值针对的是风荷载或多遇地震作用下单工况的位移,因此不需要考虑偶然偏心。在计算结果中应注意看各个方向地震作用下楼层最大位移以及风荷载作用下楼层最大位移,对于偶然偏心地震作用下的计算结果可以忽略。
在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?
当 位移角 不满足,结构层高固定的情况下可以采取增加刚度的办法,加大位移角不满足的方向的竖向构件尺寸或者增强框架梁都可以减少结构的位移角。对于结构设计来说,位移角是一个重要的指标,与层高息息相关,更改结构的层高对结构的位移角影响重大,这也就是为什么结构设计师总说改层高是一个重大变更的原因。
位移比 是在具有偶然偏心的规定水平力作用下,楼层两端抗侧力构件弹性水平位移或层间位移的最大值与平均值的比值。有两个点需要注意:1 是位移比是需要考虑偶然偏心的,2 是位移比考察的是抗侧力构件的水平位移,对于悬挑梁的最外端的位移等位置的位移是不考虑的。位移比是衡量结构平面不规则性的一个指标。高规 3.4.5 规定对于 A 级高度建筑,位移比限值为 1.5,对于其他高层建筑位移比限值为 1.4。
在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?
位移比 同样也在结构计算软件中 wdis.pout 中查看,应注意位移比是在具有偶然偏心规定水平力作用下的楼层最大位移。
在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?
当 位移比 不满足时,说明结构在地震作用下有扭转的倾向,这时增大结构外圈的刚度,减少内部的刚度是一个有效的方法,增大外圈梁的截面或外圈竖向构件的尺寸可以限制结构的扭转。
02
剪重比
通常我们所说的 剪重比 即为规范中的剪力系数,是对应于水平地震作用标准值的楼层剪力与楼层重力荷载代表值的比值。剪重比的意义在于:由于地震影响系数在长周期段下降较快,由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能过小,而对于自振周期较长的结构,在地震作用下造成的位移等会对结构造成更严重的破坏。出于对结构安全的考虑,增加了各楼层水平地震剪力最小值的要求。
抗震规范 5.2.5 以及高规 4.3.12 均对 剪重比 作出了要求。
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剪重比 在结构计算软件中 wzq.out 中查看,软件会根据抗震规范自动计算出最小的剪重比要求。
在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?
当 剪重比 不满足时,需要调整结构布置或调整结构刚度。笔者认为对于 6 度区的剪力墙结构来说,剪重比是一个相对难调的指标,通常竖向构件确定了之后,只有剪重比不满足要求时,可以增大剪重比不满足的方向的连梁的尺寸,也就是增加结构在这个方向的刚度,如果效果不尽人意,就要考虑调整结构布置了。
03
框弯比
框弯比 是对于框架-剪力墙结构来说的一个定义,即为在规定的水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值。在框架-剪力墙结构设计中,应根据 框弯比 确定其设计方法,或者反过来说,若确定了结构的体系及设计方法,则 框弯比 需要满足规范要求。
高规 8.1.3 对框弯比进行了规定,对于 框弯比 在 10%~50%之间的结构按框架-剪力墙结构进行设计。
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框弯比 的计算结果在 wv0.2q.out 中查看,一般是直接看规定水平力下框架柱、短肢墙地震倾覆力矩百分比就可以了。
在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?
若确定结构的设计方法为框架-剪力墙,框架柱所占地震倾覆力矩的百分比应该在 10~50%之间。当小于 10%时应考虑减少剪力墙的数量或截面尺寸或者增加框架柱的数量,当大于 50%时应考虑增加剪力墙或减少框架柱,但应当注意由于增加或减少竖向构件造成的位移比及位移角的变化。
04
0.2V0 调整
0.2V0 调整 是对框架-剪力墙结构对应于地震作用标准值的各层框架总剪力进行的调整。其基本思路是让每层结构的框架部分承担的总剪力值不小于一定的数值。
这么做的原因是:按照多道设的概念,在框架-剪力墙结构中,墙体是第一道线,在地震作用下先于框架破坏;墙体破坏后由于塑性内力重分布,框架部分按侧向刚度分配的剪力会比之前加大,为了保证第二道防线框架具有一定的抗侧能力,需要在设计时使框架所能承受的剪力有一个最小的限值。
抗震规范 6.2.13 以及高规 8.1.4 均对剪力的调整进行说明,之所以叫 0.2V0 调整 ,是因为若框架总剪力大于 0.2 倍的 V0,则不需要进行剪力调整。
在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?
在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?
0.2V0 调整 在结构计算软件中的实现需要在前处理计算参数中填写。对于框架柱数量从下到上变化的结构,需要进行分段调整,在分段数中填写数字,框架柱数量变化不大的结构不需要进行分段,分段数即为 1。需要注意的是对于框架-剪力墙结构都需要进行 0.2V0 调整,并且是否进行了 0.2V0 调整对最终的配筋结果影响很大。
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05
结构薄弱层
结构薄弱层 可以分为三种情况,1 是刚度的突变(软弱层),2 是抗剪承载力的突变(薄弱层),3 是抗侧力构件不连续。这三条分别对应于高规中的 3.5.2,3.5.3 以及 3.5.4 条规定。
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在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?
高规 3.5.8 条规定对于侧向刚度变化、承载力变化以及竖向抗侧力构件连续性不符合规定的结构楼层,其对应于地震作用标准值的剪力应乘以 1.25 的增大系数。
对于刚度突变的判断,在结构计算软件中的 wmass.out 中查看。一个简便的看法是,当结构本层为刚度突变薄弱层,则薄弱层地震剪力放大系数会=1.25。
在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?
对于抗剪承载力突变的判断,同样在 wmass.out文件中,若抗剪承载力之比不满足要求,则软件会在文本中进行提示。
在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?
对于竖向构件不连续,则需要在软件前处理中指定薄弱层。
在软件设计结果中如何看位移比剪重比等参数?
参考资料 《GB 50011-2010 建筑抗震设计规范》 《JGJ 3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程


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