1、抗震结构设计计算问题抗震结构设计计算问题(2006.06)黄警顽(83201728,13005465364,E-mail:)*高规高规 1.0.5 条条:高层建筑设计中应注重概念设计高层建筑设计中应注重概念设计 重点:(1)抗震概念抗震概念;(2)规范要求规范要求 (3)程序处理方法程序处理方法 说明:1.谨以本文作为深圳建筑设计研究总院 2003 年出版的结构专业设计统一技术措施第四章的补充与参考.2.本文有关程序应用的讨论以 SATWE2005 版为对象.1 抗震设计计算综述 1.1 抗震结构分析方法 分析方法 方法概述 方法特点 控制条件 静力分析 1.解结构自由振动方程;2.振型分解反
2、应谱法求各层地震力;3.将地震力作用于各层偏心点,解静力平衡方程求出地震反应.弹性 动力时程分析 用振型迭加法求解强逼振动微分方程 1.刚度矩阵,几何矩阵不变(小变形假定)2.断 面 设 计 考 虑 塑性.(梁调幅,钢筋砼受压区应力均布假定,板配筋的屈服线法等)1.强度控制:截面承戴力设计2.延性控制:轴压比,剪压比,受压区高度,配筋率 3.位移控制:位移比,层位移角4.扭转刚度控制:偶然偏心,周期比 5.竖向规则性控制:层刚度比,层抗剪承载力比 拟静力推覆分析 1.竖向荷载一次施加,求出结构弹性应力作为初始应力;2.分步施加侧向荷载,用分步积分法解结构静力平衡方程.弹塑性 动力时程分析 1.
3、用分步积分法解结构强逼振动方程.1.刚度矩阵按每步出现塑性破坏情况修正;2.采用小变形假定时,几何矩阵不变;采用大变形假定时,几何矩阵每步按位移修正.1.弹塑性层位移角 2.弹塑性破坏过程 3.防倒塌控制 4.需加强的薄弱层或薄弱部位 整体分析 动力时程分析对地震波要求 1.最少一条人工波+二条实测波;2.按场地类别或场地特征周期选波;3.基底剪力与反应谱法比,每条波不少于 65%,三波平均不少于 80%;4.记录长度不少于 12s.且大于 34 倍自振周期.局部分析 弹性应力分析 1.通用有限元分析 2.可选程序:SAP84,SAP2000,MIDAC,PMSAP 等 3.需分析部位:超限框
4、支剪力墙,连体结构连结体,厚板转换层,板柱墙结构楼面,不连续楼板应力集中区域 11.2 规范对抗震结构分析要求 地震作用 分析方法 适用范围 说明 底 部 剪 力法 高度不超过 40m,以剪切变形为主且质量与刚度沿高度分布比较均匀的建筑 FEK=1Geq，Geq=0.85GE;1相应于T1=1.7T(uT)0.5的水平地震影响系数 水平向地震作用 振 型 分 解反应谱法 所有多高层结构 单向地震考虑扭转耦连、偶然偏心 双向地震考虑扭转耦连、不考虑偶然偏心要求剪重比=VEki/Gi0.2max;对薄弱层要求1.150.2max水平向或水 平 向+竖向地震作用 多 遇 地 震弹 性 时 程补充分析
5、 1甲类高层;2竖向层刚度比或层受剪承载力比超限(第4.4.24.4.5 条);3 8度I、II类场地和7度区建筑高100m；8 度 III、IV 类场地建筑高度80m；9 度区建筑高60m 4 高规第 10 章规定的复杂高层；5质量沿竖向分布特别不均匀的高层。(文献13定义为质量平均分布密度为相邻层的1.5 倍以上)选择地震波的要求：1按场地类别（或特征周期）和设计地震分组选择不少于两组实测波+一组人工波；弹性时程分程的每条时程曲线所得的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法的 65%；多条时程曲线的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法的 80%;2地震波的持续时间不小于 34T112s，
6、地震波的时间间距取 0.01 或 0.02s;3地震作用效应取弹性时程分析多波平均值与振型分解反应谱法比较取大值。水平向地震作用 罕 遇 地 震弹 塑 性 动力 或 静 力时程分析 1.B 级高度的高层;2.高规第 10 章规定的复杂高层.弹塑性静力时程分析：1.目标位移可取y=2u;2.侧荷分布:倒形或矩形;3.材料本构关系:按砼规范 静力法 8、9 度时的平板型网架和大于 24m 跨的屋架 地震作用取Ge 的 10%、20%Ge-重力荷载代表值+竖 向 地震作用 地 震 作 用系数法 9 度时的长悬挑结构、大跨度结构和上部外挑结构 FEVK=vmaxGeq,各质点按基底剪力法分配Geq=0
7、.75Ge,vmax=0.65max1.3 各类建筑的抗震设防类别和抗震要求(高规4.8 节)建筑设防类别 地震作用 抗震措施 抗震构造措施 甲类建筑 据地震安全评估结果确定 按本地烈度提高一度,9 度时应适当提高；8（0.3g）III、IV场地按 9+；按本地烈度提高一度,9 度时应适当提高；7（0.15g）、8（0.3g）III、IV场地按 8+、9+；6、7 度I类场地不提高 乙类建筑 按本地烈度 按本地烈度提高一度（不含6 度）,9 度时应适当提高；按本地烈度提高一度（不含 6 度）,III、IV 类场地再适当提高；9 度时应适当提高；丙类建筑 按本地烈度（包括 6 度）按本地烈度 按
8、本地烈度 丁类建筑 按本地烈度 比本地烈度略降低（6 度除外）比本地烈度略降低（6 度除外）；8、9 度 I 类场地按本地烈度降 1 度；7（0.15g）、8（0.3g）III、IV 场地按本地烈度。注:1.“抗震措施”指地震作用计算和抗力计算外的所有措施；包括避开不利地段，结构选型，结构布置，抗震内力调整，抗震构造措施等。2.“抗震构造措施”指根据抗震概念设计原则，一般不须计算而对结构和非结构构件必须采用的细部构造要求。21.4 抗震措施中的结构内力调整 1.4.1 地震作用内力调整 调整项目 调整方法及放大系数 框剪结构梁柱内力调整 调整柱剪力Q=0.2Q0,柱弯矩按相应比例调整 竖向不规
9、则结构薄弱层内力调整 梁柱墙支撑地震内力放大 1.15 构件抗震等级 特一级 一级 二级 备注 梁内力放大系数 1.8 1.5 1.25 配筋时框支柱轴力放大系数 1.8 1.5 1.2(10.2.6)转换层梁柱内力调整(包括轴力)柱内力放大系数(10.2.7-2)框支柱数10 时,1,2 层转换Q=0.2Q0;其它层转换Q=0.3Q0框支柱剪力调整后弯矩按相应比例调整,轴力不调 1.4.2 构件组合内力调整(计算条件:钢筋超强系数=材料标准强度/设计强度=1.1,超配系数=实际配筋/计算配筋=1.1)构件类型 特一级 9 度一级 一级 二级 三级 备注 框架梁剪力 1.3*1.2 1.1*1
10、.1*1.1 1.3 1.2 1.1 连梁剪力 1.3 1.3 1.3 1.2 1.1 强剪弱弯(6.2.5)(4.9.2)弯矩 1.5*1.2 1.331*1.2 1.5 1.25 1.15 柱底 剪力 1.5*1.4*1.2 2.319 1.5*1.4 1.25*1.2 1.15*1.1 强剪弱弯,强柱弱梁;底部加强(6.2.2,6.2.3)(4.9.2)弯矩 1.4*1.2 1.2*1.1*1.1 1.4 1.2 1.1 一般柱 其它 剪力 1.4*1.4*1.2 2.108 1.4*1.4 1.2*1.2 1.1*1.1 强剪弱弯,强柱弱梁(6.2.1)(6.2.2)(4.9.2)弯矩
11、 1.5*1.2 1.5 1.25 1.15 柱顶、底面 剪力 1.8*1.4*1.2 1.5*1.4 1.25*1.2 1.15*1.1 强剪弱弯,强柱弱梁;底部加强(6.2.2,6.2.3)(4.9.2)弯矩 1.4*1.2 1.4 1.2 1.1 框支柱 其它 剪力 1.68*1.4*1.2 1.4*1.4 1.2*1.2 1.1*1.1 强剪弱弯,强柱弱梁(6.2.1)(6.2.2)(4.9.2)弯矩 1.8 1.5 1.5 1.25 1.0 加强区 墙 剪力 1.9 1.6*1.1 1.6 1.4 1.2(10.2.14)底部加强(7.2.10)强剪弱弯 弯矩 1.3 1.2 1.2
12、 1.2 1.0 复杂高层 非加强区 剪力 1.2 1.0 1.0 1.0 1.0(7.2.6)(4.9.2)弯矩 1.1 1.0 1.0 1.0 1.0 加强区 墙 剪力 1.9 1.6*1.1 1.6 1.4 1.2(7.2.10)(4.9.2-4)底部加强 弯矩 1.2*1.1 1.2 1.2 1.0 1.0 普通高层 非加强区 剪力 1.2 1.0 1.0 1.0 1.0(7.2.6)(4.9.2)弯矩 1.1 1.0 1.0 1.0 1.0 加强区墙 剪力 1.9*1.4 1.6*1.1*1.4 1.6*1.4 1.4*1.2 1.2*1.2(7.1.2)强剪弱弯 弯矩 1.3 1.
13、2 1.2 1.0 1.0 短肢高层 非加强区 剪力 1.2*1.4 1.0*1.4 1.0*1.4 1.0*1.2 1.0*1.2(7.1.2)强剪弱弯 注:角柱内力按上表系数再放大 1.1 倍。(“高规”10.2.12-5)31.5 抗震措施中的抗震构造要求 1.5.1 框架柱抗震构造表 抗震设计 项目 细 目 一级 二级 三级 四级 非抗震设计 适用条件 9 度,25m 8 度,35m 8 度,35m 7 度,35m 7 度,35m 6 度,25m 6 度,35m 不分高度 梁、柱 C30 现 浇:C20 装配整体:C30 混凝土强度等 级 梁柱强度差 5MPa 净保护层厚度 室内25m
14、m,潮湿环境及地梁35mm 框 架 一 般 要 求 钢筋锚固长度lal(laE)la+10d la+5d la 构造要求 hc400mm,bc350mm,hcn/hc4 一般柱 0.7 0.8 0.9 0.9 轴压比 短 柱 0.65 0.75 0.85 0.85 截 面 尺 寸 受剪要求 Vc（1/RE）(0.20fcbchc0)Vc0.25fcbchc0 最大配筋率 4%,搭接区段 5%，一级抗震短柱每边1.2%5%中柱，边柱 0.8%0.7%0.6%0.5%0.4%角 柱 1.0%0.9%0.8%0.7%0.4%最 小 配 筋 率 特 殊 类场地上较高建筑，表中数值增大 0.1%钢 筋
15、净 距 50mm 钢筋最大间距 200mm 350mm 连接方法 应采用焊接 底层应焊接 其他宜焊接 直径22mm 宜焊接 底层应焊接 直径22mm 宜焊接 直径22mm 宜焊接 搭接长度 1.2la+5d 1.2la 1.2la la 接 头 接头位置 1.在受力较小位置搭接，每次搭接一半；2.相邻接头位置间距，焊接500mm，搭接600mm；3.距楼板至少为 hc，宜为 750mm。纵 向 受 力 钢 筋 锚固长度 la+10d la+5d la la la 加密区范围 1.柱端;hc 或 D、Hcn/6、500mm 中的最大值；2.底层刚性地坪上、下500mm；3.短柱全高,(Hcn/h
16、c4);4.角柱全高.最大间距(取小值)6d,100mm 8d,100mm 8d,150mm 8d,150mm 最小间距(取大值)d/4,10mm d/4,8mm d/4,8mm d/4,6mm 轴压比0.4 普通箍 0.8%螺旋箍 0.8%0.60.8%0.6%0.40.6%0.4%轴压比0.40.6 普通箍 1.2%螺旋箍 1.0%0.81.2%0.81.0%0.60.8%0.6%加 密 区 最小体积配筋率 轴压比0.6 普通箍 1.6%螺旋箍 1.2%1.21.6%1.01.2%0.81.2%0.8%无特殊加密要求 其他要求 1.混凝土强度等级C40，IV 类场地上较高建筑，最小配箍率取
17、较大值。2.局部错层、夹层、楼梯间等处的短柱，按轴压比大于 0.6 一项采用。数 量 为加密区箍筋量的 50%无 要 求 非 加 密 区 间 距 10d 10d 15d 不大于bC,不大于 400mm 不大于 15d(绑扎)、20d(焊接)1.肢距不大于 200mm，每隔一根纵筋要双向有箍筋约束；2.有 135弯钩,直段长度大于 10d 封闭式箍 框 架 柱 设 计 箍 筋 箍筋的其它要求 1.当纵向钢筋配筋率大于 3%,直径不小于8mm,焊成封闭箍(焊缝长 5d).且间距不大于 200mm,不大于 10d.2.纵向钢筋接头处间距,受拉时不大于 5d,也不大于 100mm;受压时不大于 10d
18、,也不大于 200mm.41.5.2 框架梁抗震构造表 抗震设计 项目 细 目 一级 二级 三级 四级 非抗震设计 构造要求 1.hb(1/81/12)lb;hb1/4lbn;2.bb1/4hb;bb1/2bn;bb250mm 叠合梁 预制部分hb1lb/15;后浇部分hb2100mm.受剪要求 vb（1/RE）(0.20fcbbhbo)vb0.25fcbbhbo 截面尺寸 最大受压区高度 x0.25hbo x0.35hbo Xbhbo b=0.8(1+fv/0.0033Es)梁 一 般 要 求 梁柱对中 梁柱尽量做到对中；有偏心时，ehb/4 或ebb/4 最大配筋率 2.5%无要求 支 座
19、 0.4%0.3%0.25%0.25%0.25%最 小 配筋率 跨 中 0.3%0.25%0.2%0.2%0.2%贯通全长的钢筋 1.不少于上部或下部 较大面积的 1/4 2.不少于 214 不小于 212 1.跨中上部,至少 212,可以搭接 2.支座下部,至少两根钢筋.上部钢筋切断 1.通长钢筋不允许切断后搭接;2.非通长钢筋可在柱边外 0.2Ln 处切断 1.距柱边至少.25Ln;2.与上部跨中钢筋 搭接长度 1.2La 锚固长度 laE=la+10d laE=la+5d laE=la la 锚 固 构造要求 1.一、二级梁纵向钢筋伸过边柱中心线;2.弯折锚固时,水平段0.45laE;垂
20、直段不小于 10d,不小于 22d;3.上部钢筋穿过中间节点;下部钢筋伸入中柱laE,过中轴线不小于5d.1.屋面梁伸入 边柱 1.2la;2.标准层伸入 边柱 la 接 头 应用焊接 宜用焊接 可 用 搭 接 纵 向 受 力 钢 筋 梁端受压筋与 受拉筋面积比 As/As0.5 As/As0.3 不 限 加密区 加密区范围 距梁端 2hb 不小于 500mm 距梁端 1.5hb;不小于 500mm 无特殊加密要求 纵筋2%d/4 10mm d/4 8mm d/4 8mm d/4 5mm 最小直径 纵筋2%d/4 12mm d/4 10mm d/4 10mm d/4 8mm 加密区 最大间距(
21、取最小值)hb/4,6d,100mm hb/4,8d 100mm hb/4,8d,150mm hb/4,8d 150mm 0.020fc/fyv Vb/fcbbhbo hb(mm)0.07 0.07 300 150mm 200mm 300500 200mm 300mm 500800 250mm 350mm 框 架 梁 设 计 箍 筋 一般要求 箍筋间距 hb/2,bb,250mm 800 300mm 500mm 箍 筋 不少于柱端加密区实配箍筋 节点区 纵 向 钢 筋 柱的纵向钢筋不在节点区内切断 无专门要求 51.5.3 剪力墙抗震构造表 抗震设计 项次 项目 细 目 一级 二级 三级 四级
22、 非抗震设计 适 用 范 围 8 度:80100m 9 度:60m 8 度:3580m 7 度:80m 8 度:35m 7 度:80m 6 度:60m 6 度:60m 全部高度 混凝土强度等级 C20 最 小 厚 度 h/20;160mm h/25;140mm 截面尺寸要求 Vw1/RE(0.20fcbwhw)Vw0.25fcbwhw 墙肢最小宽度 3bw,500mm，轴压比Um0.6 3bw,500mm 一般错洞墙 不应采用 不宜采用,采用时洞口错开不少于 2.0m 叠合错洞墙 不宜采有,采用时要加暗框架 错 洞 墙 底层局部错洞 底层洞口边暗柱延伸至二层,二层洞口下设暗梁,形成底层暗框架
23、设备管道洞口 宜预埋套管,配交叉补强钢筋;直径较大时可配环形钢筋 H50m 洞口每边不少于 28，伸入墙内锚固长度la1 墙 小 洞 口 边长小于0.8m H50m 洞口每边配被截断钢筋量的一半,伸入墙内锚固长度la1 一 般 要 求 钢筋锚固长度la1(laE)la+10d la+5d la 加强部位 (1)顶层;(2)底部,范围为Hw/8,且不少于底层层高;(3)楼梯间电梯间;(4)山墙；(5)内外纵墙的端开间 对双排配筋的要求 所有部位均应 采用双排配筋 加强部位应采用双排,其余宜双排 加强部位宜用双排配筋 拉结钢筋 直径6mm，间距700mm,底部加强区加密.加强部位 0.25%0.2
24、5%0.20%0.20%0.20%分布钢筋最小配筋率 一般部位 0.25%0.20%0.15%0.15%0.15%分布钢筋最大间距 300mm 300mm 300mm 300mm 横向 300mm 竖向 400mm 分布钢筋最小直径 8mm 8mm 8mm 8mm 横向 6mm 竖向 8mm 水平分布钢筋连接 搭接长度为laE 接头错开 500mm 搭接长度la,接头错开 500mm 分 布 钢 筋 竖向分布钢筋连接 每次接头50%,接头错开 500mm 加强部位每次接头50%,错开 500mm 可以在同一截面搭接 边缘构件要求 端部应设暗柱、翼缘或柱;横向剪力墙端部宜设翼缘.端部宜设翼缘或端
25、柱,横墙宜设翼缘,至少应配暗柱.底部加强部位 0.015Ac 0.012Ac 0.005Ac或 214(大值)212 212 端部钢筋最小配筋量 一般部位 0.012Ac 0.012Ac或 412 的较大值 0.005Ac或 214 的较大值 212 212 底部或加强部位 8100 8150 8150 6150 6150 一般部位 8150 8200 6200 6200 6200 端 部 钢 筋 箍筋 要求 纵筋搭接范围内 间距不大于 5d,也不大于 100mm 竖 向 钢 筋 底部加强区不少于 0.015Ac;一般地位不少于 0.01Ac 不少于 0.008Ac 最大间距 6d,100mm
26、 8d,100mm 8d,150mm 8d,150mm 8d,150mm 剪 力 墙 设 计 小墙肢配筋 箍 筋 最小直径 10mm 8mm 8mm 6mm 6mm 截面尺寸要求 跨高比大于 2.5 时:Vb1/RE(0.20fcbbhbo)跨高比小于 2.5 时:Vb1/RE(0.15fcbbhbo)最大配筋率 2.5%最小配筋率 0.4%0.30%0.25%0.25%0.25%纵向 钢筋 (单边)锚固长度 600mm,la+10d 600mm,la+5d 600mm,la 600mm,la 600mm,la 最大间距(取最小值)hb/4，6d，100mmhb/4，6d，100mmhb/4，
27、8d，150mmhb/4，8d，150mm 150mm 箍 筋 最小直径 10mm 8mm 8mm 6mm 6mm 连 梁 设 计 其它构造要求 1.顶层楼层在纵向筋伸入墙体的部分应配箍,数量与跨中相同;一般楼层不必配置.2.跨高比2.5 时,底部 0.2hb-0.6hb 范围内,设配筋率不低于 0.2%的水平分布筋.61.6 建筑结构计算步骤及控制点14计算步骤 步骤目标 建模或计算条件 控制条件及处理 1.建模 几何及荷载模型 整体建模 1.符合原结构传力关系;2.符合原结构边界条件;3.等合采用程序的假定条件 1.振型组合数有效质量参予系数0.9 吗?否则增加 2.最大地震力作用方向角0
28、-m150?是,输入0=m，附加方向角0=0.3.结构自振周期,输入值与计算值相差10%时,按计算值改输入值.4.查看三维振型图,确定裙房参予整体计算范围修正计算简图 5.短肢墙墙承担的抗倾覆力矩比例50%?是,规范不许,修改设计 2.计算一(一 次 或多次)整体参数的正确确定 1.地震方向角0=0;2.单向地震+平扭耦连;3.不考虑偶然偏心;4.不强制全楼刚性楼板;5.按总刚分析;6.短肢墙多时定为短肢墙结构 6.框剪结构框架承担抗倾覆力矩50%?是,框架抗震等级按框架结构定；若为多层结构，可定义为框架结构定义抗震等级和计算，抗震墙作为次要抗侧力构件，其抗震等级可降一级。111.周期比控制;
29、T/T10.9(0.85)?否,修改结构布置,强化外围削弱中间 2.层位移比控制;Um/Ua，Um/Ua1.2否,按双向地震重算 3.侧向刚度比控制;要求见后;不满足时程序自动定义为薄弱层.4.层受剪承载力控制;Qi/Qi+10.65(0.75)?否,修改结构布置 0.65(0.75)Qi/Qi+10.8?否,强制指定为薄弱层;(注:括号中数据B级高层)5.整体稳定控制;刚重比10(框架),1.4(其它)6.最小地震剪力控制;剪重比0.2max?否,增加振型数或加大地震剪力系数 2.计算二(一 次 或多次)判定整结构的合理性(平面和竖向规则性控制)1.地震方向角0=0,m;2.单(双)向地震+
30、平扭耦连;3.(不)考虑偶然偏心;4.强制全楼刚性楼板;5.按侧刚分析;6.按计算一的结果确定结构类型和抗震等级 7.层位角控制;Uei/hi1/550(框架),1/800(框剪),1/1000(其它)Upi/hi1/50(框架),1/100(框剪),1/120(其它)1.构件构造最小断面控制和截面抗剪承载力验算;2.构件斜截面承载力验算(剪压比控制);3.构件正截面承载力验算 4.构件最大配筋率控制 5.纯弯和偏心构件受压区高度限制 6.竖向构件轴压比比控制 7.剪力墙的局部稳定控制 3.计算三(一 次 或多次)构件优化设计(构件超筋超限控制)1.按计算一、二确定的模型和参数;2.取消全楼强
31、制刚性板;定义需要的弹性板;3.按总刚分析 4.对特殊构件人工指定 8.梁柱节点核心区抗剪承载力验算 1.钢筋最大最小直径限制 2.镐筋最大最小间距要求 3.最小配筋配箍率要求 4.绘制施工图 结构构造 抗震构造措施 4 重要部位的加强和明显不合理部份局部调整。2.计算模型问题 2.1 计算模型应满足条件 2.1.1 基本反映原结构的受力特征和传力关系;2.1.2 基本符合原结构的边界条件;2.1.3 基本符合分析程序采用的计算假定条件。墙偏梁轴布置 2.2 框支墙输入模型 框支墙偏心处理方法：（见图）梁轴 2.2.1 在框支层按框支墙位置加建辅助轴线；墙轴 在墙支两端点垂直框支梁轴线设相对刚
32、度较大的辅助短梁，力求正确反映墙与梁间的偏心传力关系。梁偏轴布置 双框支梁布置 2.2.2 框支梁偏轴布置框支梁偏轴布置 2.2.3 双框支梁布置 梁轴 墙轴 梁轴 2.2.4 三种布置方法比较表(框支梁偏轴布置方法较好)框支墙偏心处理方法 考虑墙梁偏心扭矩对梁影响 考虑墙刚度对梁弯矩影响 优缺点 墙偏梁轴布置,墙端加刚梁连结 是 未,墙段内弯矩不对;若无刚梁连接传力错误 框支梁偏轴布置,与墙轴重合 未直接考虑 是 简便;梁柱偏心弯矩对梁扭转效应能体现 双框支梁布置,梁间加刚梁连结 是 是 双梁组合刚度偏小,影响上部结构内力;双梁间楼板厚和荷载要输 0.两梁不能平分 72.3 大截面柱梁输入模
33、型 2.3.1 注意梁一定要直接或间接与柱定位节点相连;下图梁只穿过柱截面,荷载没传至柱.错误 正确 2.3.2 大截面异形柱输入:分解为矩形柱+剪力墙输入 2.4 楼板计算模型 2.4.1 各种楼板模型及其适用情况 楼板模型 刚度设定 适用情况 弹性板 6 面内面外均按实际刚度.板-柱,板-柱墙结构楼板 弹性板 3 面内无限刚,面外按实际刚度.厚板转换层楼板 弹性膜 面内按实际刚度,面外刚度为 0.一般梁板楼面楼板 刚性板 面内无限刚,面外刚度为 0 位移及刚度控制计算 2.4.2 下述情况宜用弹性膜楼板模型(结果供强度设计用)2.4.2.1 楼板开大洞或回形、凹形、弧形、长条形平面和楼板平
34、面不规则刚性楼板假定不成立 2.4.2.2 转换层、裙房屋面层、嵌固层楼板竖向刚度突变层；2.4.2.3 两结构单元间只有簿弱的水平构件联结时水平刚度突变部位；2.4.2.4 需作楼板局部变形验算楼板.2.4.2.5 复杂结构有关层面:连体结构的连结体及连结体两端上下各两层;错层结构咬合部位两侧的楼板。2.5 地下室的输入模型 2.5.1 地下室边墙宜按开低洞联肢墙或墙柱加深梁输入,不宜按连续剪力墙输入;否则易造成内力分配失真.2.5.2 嵌固层设定9 2.5.2.1 地下室顶板作为嵌固端条件 1)地下室顶板与室外地坪高差不超过 3 级台阶;（不超过 1/3 层高）2)地下室顶板为梁板结构(不
35、是无梁楼盖),且满足抗规第 6.1.14 条关于地下室梁柱受弯承载力要求;3)地下室侧壁有良好侧限,且地下室侧壁离塔楼边不超过 3 倍地下负一层层高.2.5.2.2 无地下室时嵌固端设定 1)当基础面纵横方向设置刚度较大基础梁时,以基础面为嵌固端;2)当基础面离地面有一定距离时,若地面处设置刚性地面时,嵌固端设在刚性地面.2.5.2.3 有地下室时嵌固端设定 1)单层地下室,宜取基础面作嵌固端,可避开规范对”地下负一层的抗震等级与部结构一致”8及”嵌固层楼板厚度不小于 160”的要求,可能反而经济合理;2)当地下一层为抗爆级别较高的防空地下室时,顶板较厚,可取顶板为嵌固层;3)塔楼与地下室顶板
36、投影面积比1 时,地下室侧限离塔楼远,地下室顶板不能有效嵌固,回填土对地下室约束刚度比宜2.2.5.3 基础埋深不在同一标高时处理方法 2.5.3.1 利用程序处理基础不等高功能；2.5.3.2 将基础高的柱的截面加大延至低基础面,模拟成等高基础面。2.5.4 基础埋深不单与 H 有关,还应与 H/B 有关,当 H/B 较大时从严,H/B 较小时可适当放宽.2.6 单塔与多塔楼的输入模型 2.6.1 裙房连结薄弱,塔间净距3 倍塔宽(或 3 倍裙房高)可按单塔计算.2.6.2 单塔带裙房范围2 倍地下一层层高(沪高规)2.6.3 周期比验算时,目前只能按单塔楼计算;多塔时周期耦合在一起分不开。
37、2.6.4 配筋按多塔楼计算结果较符合实际.2.7 异型柱的输入 2.7.1 一般异型柱不宜按墙输入;以框架结构为例比较如下:构件类型 单元模型 抗震等级 配筋计算方法 位移角限值 轴压比(7 度)矩形柱 杆件单元 按 高 规 表4.8.2 单向偏压,不考虑分布筋作用 双向偏压,考虑分布筋作用 1/500 0.8(二级)异形柱 杆件单元 与 矩 形 柱 相同 双向偏压,考虑分布筋作用 1/500 0.40.55(二级)短肢墙 板壳单元 较 一 般 墙 高一级 单向偏压,考虑分布筋作用 1/1000 0.6(二级)2.7.2 Z 形异型柱双向偏压试验说明,破坏大多出现在翼缘肢端部,偏心距较小时也
38、可能出现在翼缘与腹板交接处外角部,抗弯内力矩力臂具不确定性.考虑Z形柱数量不多,为便于设计,Z形柱按短肢墙输入计算,按柱构造设置.(江苏省地方标准:钢筋砼异型柱框架结构技术规程DB32/512-2002)；或按两个 L 形异型柱输入，两柱间用刚性梁连结（全国规范）。2.7.3 文献13规定,异形柱肢宽不小于 200,肢高宽比不大于 4,不小于 2.2.8 长柱或短单肢墙输入问题 2.8.1 短单肢墙和柱都是竖向构件,但其力学模型、受力特性、配筋计算、抗震要求等不同,一 9般情况下,可由构件截面长宽比区别按墙或柱输入（hw/bw3 柱,3hw/bw4 时按墙要求配筋。(文献13规定,当剪力墙厚度
39、不小于层高 1/15,且不小于 300 时,长宽比4 时仍属一般剪力墙.)2.8.3.2 规范对框支柱的抗震构造要求严格,抗震内力调整系数较大，支承框支梁的厚墙，原则上宜按柱输入；当多柱连成墙断面较长或异型时，建议在直接支承框支梁处输入明柱，再用薄墙肢把柱连起来，这样受力较明确且配筋经济合理(见下图)。柱、墙的主要特性及要求表（未包括抗震内力放大要求）构件类型 柱 墙 墙、柱比较 力 学特性 1.单元力学模型 三维杆件单元 板壳墙元 几 何特性 2.截面长宽比 13 48 在长宽比 38,主轴向刚度差别小;内力误差在 10%左右.3.轴压比要求（二级抗震，下同）0.70.85 0.6 轴 压比
40、 要求 限值 4.轴压比计算轴力的工况 考虑地震组合的轴力设计值 重力荷载代表值的轴力设计值 轴压比要求的差别是轴力取值不同，实质相同 5.强度计算 不考虑分布筋作用 考虑部分分布筋作用 短墙时差别很小 6.抗剪要求(为剪跨比)2.0 时,Vc(0.2Cfcbbh0)/2.0 时Vc(0.15Cfcbbh0)/2.5 时,Vw(0.2Cfcbbh0)/2.5 时Vw(0.15Cfcbbh0)/柱剪跨比要求严些 强 度及 配筋 构造 要求 7.最小配箍特征值 v(普通复合箍)0.170.20%0.2%(约束边缘构件)全断面平均基本相同 2.9 次梁不同输入方式比较 比较内容 方法 在菜单 1 当
41、主梁输入在菜单 1 当次梁输入 在菜单 2 当次梁输入导荷模式 梁、墙围合房间作导荷单元 次梁铰支在房间周边,荷载先对次梁作交叉梁系分析,得出次梁支座反力传至主梁 以主梁、墙为边界导荷 计算模式 空间整体计算,交点弹性支承,边支座可指定铰支 次梁不参予整体分析,次梁交点弹性支承,房内连续,端铰支次梁不参予整体分析;二维连续梁,边支座铰结梁交点连接 刚接,传递弯、扭、剪力 与主梁铰接，只传剪力 只传剪力 负弯矩调幅 全调 次梁为不调幅梁 连续支座调幅 施工图修正 主、次梁程序按刚度认定主次梁输入时已确定 主次梁输入时已确定 不利活荷布置单元 各梁、墙围合房间 主梁、墙围合房间 主梁、墙围合房间
42、楼板配筋 房数多而密，宜通长布筋宜遂间布筋或或自动布筋 宜遂间布或自动布筋 103.层刚度问题 3.1 层刚度计算 3.1.1 层刚度中心计算 3.1.1.1 取出一层结构,下端固定,建立单层模型.3.1.1.2 在假定刚度中心上沿主轴方向各作用单位水平力,通过试算,当层z0 时,该点即为层的刚度中心.3.1.2 在层的刚度中心分别作用 Px=1,Py=1,mz=1,分别算出层位移x,y,z;相应得 Kx=1/x,Ky=1/y,K=1/z3.2 层刚度计算方法和适用范围（见下表）层侧刚算法一览表 序号 侧刚算法 计算公式 特点 适用条件 1 剪切刚度 Ki=GiAi,Ai=Awi+CiAci;
43、只与构件的面积有关,与构件位置和形状无关;层抗扭刚度不为 0。首层转换上下层刚度比和嵌固层上下层刚度比;无斜撑框架结构 2 剪弯刚度 Ki=1/ii=1/Ki只与构件的面积和形状有关,与构件位置无关;层抗扭刚度不为 0。转换层在二层或以上时必须用 3 地 震 剪 位移比刚度 Ki=Vi/Ui抗规公式 与结构整体刚度及层与嵌固端距离有关,越近刚度越大;层抗扭刚度为 0。一定程度上反映结构的整体效应，较易满足规范要求。规范无明确要求时宜首先采用.3.2.1 层抗扭刚度,按剪切刚度和按剪弯刚度计算结果一样;按地震剪力位移比刚度计算时,因规范没有给出扭转反应谱,算不出与扭转相应的地震反应,因此层抗扭刚
44、度不能按上式计算.3.2.2 采用不同的层刚度计算方法采用不同的层刚度计算方法,只影响层刚度比结果只影响层刚度比结果,对内力、位移等其它计算结果无影响对内力、位移等其它计算结果无影响.(因为其它计算是按有限元模型计算,不是按层模型计算的)3.2.3 下上层刚度比下上层刚度比=Ki/Ki+1;3.3 结构竖向规则性控制层刚度比控制 3.3.1 层刚度比控制主要找出薄弱层位置,并按规范要求作出处理;当KiHi+1/Ki+1Hi0.7 或 3Ki(Hi+1+Hi+2+Hi+3)/(Ki+1+Ki=2+Ki+3)Hi0.8 时,侧向刚度不规则;按抗规3.4.3 条和高规5.1.14 条,该楼层地震剪力
45、应放大 1.15 倍.(SATWE 能自动处理)3.3.2 层抗剪承载力比按高规4.4.3 条要求不宜Qi/Qi+10.8,若不满足应将此层强制强制按薄弱层处理;且不应Qi/Qi+10.65(A级)或Qi/Qi+11.3 或 3i/(i+1+i+2+i+3)1.2 时,层侧向刚度不规则;3.4 转换层刚度比计算 3.4.1 规范要求 3.4.1.1 当转换层在一层时,层刚度按层平均剪切刚度（竖向构件等效断面积比刚度）计算;3.4.1.2 当转换层在二层或以上时,下上结构侧向刚度比=下部结构位移角下部结构位移角/上部结构位移角上部结构位移角 e=1H2/2H11.3 H2H1,H1=hi+hi-
46、m,H2=hi+1+hi+n 上部结构侧移:2=1/K2=1/Ki+1+1/Ki+n,下部结构侧移:1=1/K1=1/Ki+1/Ki-m3.4.1.3 当转换层在三层或以上时,还应满足上下层侧向刚度比要求:下层层平均刚度/上层层平均刚度=e=Ki/Ki+10.6;Ki、Ki+1可按地震剪力位移比计算可按地震剪力位移比计算.3.4.2 目前 SATWE 计算的转换层上下结构刚度比,下层结构算至基础面,与规范要求算至嵌固层不符,不能直接引用,应另行手算.113.5 大底盘多塔楼刚度比的控制 按文献13及广东省超限审查细则第三条规定,多塔楼结构,各塔楼与大底盘的侧向刚度比,可采用层间位移角比计算;当
47、i/i+11.3 或 3i/(i+1+i+2+i+3)1.2 时,层侧向刚度不规则;3.6 层位移角控制与计算 3.6.1 层位移角控制是对结构整体平动刚度的控制;规范要求:=Umax/h1/5501/1000,计算模型不考虑偶然偏心影响;规范实质上在此规定了允许的层间极限位移:Umaxh.3.6.2 控制层间变形参数的三种表达与计算方法:3.6.2.1 层间位移角=Uimax/hi=(Ui-Ui-1)/hi;不扣除整体弯曲产生的侧移,即包括下层转角 i-1产生的对本层无害的层间刚体位移;3.6.2.2 有害层间位移角U=i-i-1=(Ui-Ui-1)/hi-(Ui-1-Ui-2)/hi-1,
48、扣除整体弯曲产生的侧移;有害层间位移Ui=Uimax-i-1hi,文献13给出当Ui/Ui1.5(1.4)特别不规则 不允许 位移角 E=Um/h=1/5501/1000 整体平动刚度控制 与位移比计算同(4.6.3)周期比 Tt/T10.9,0.85 整体扭转刚度控制 按单塔楼计算,其它与位移比计算同 备注 1.地震作用效应=考虑偶然偏心,考虑平扭耦连max,两者不迭加.2.双向地震作用时地震效应计算可不考虑偶然偏心;但计算位移比限值时要考虑偶然偏心.(文献6)3.位移控制计算采用水平荷载单一工况的标准组合;当E接近限值时,应考虑可能的组合.(文献6)4.1.2 周期比Tt/T1反映结构整体
49、的扭转刚度与平动刚度的某种比例关系;当不满足规范要求的Tt/T10.9,0.85时,不要急意加大剪力墙截面,要查出关键所在,采取相应措施,才能有效解决问题。4.1.2.1 扭转周期大小与刚心和形心的偏心距大小有关,与全楼平均扭转刚度及楼层扭转刚度关系大;4.1.2.2 剪力墙全部按主轴正交布置时,较易满足;周边墙与核心筒墙成斜交布置时较难满足;124.1.2.3 当不满足扭转周期限制时,若层位移角控制潜力较大,宜减小结构上部竖向构件刚度,增大平动周期;4.1.2.4 当不满足扭转周期限制,且层位移角控制潜力不大时,应检查是否存在扭转刚度特别小的层,若存在应加强该层的抗扭刚度;4.1.2.5 当
50、上述措施均无效时,说明核心筒平面尺度与结构总高度之比偏小,应加大核心筒平面尺寸或加大核心筒外墙厚,增大核心筒的抗扭刚度;或在结构边缘加斜撑.4.1.2.6 竖向构件断面及布置的改变,同时影响平动刚度和扭转刚度,改变应控制向有利周期比方向发展;加强周边竖向构件,减弱中间竖向构件,对改变周期比有利.4.1.2.7 当和要求相差不多时,可适当加大周边梁的刚度。4.2 位移比控制讨论 4.2.1 规范规定位移比控制是个相对值,对扭转刚度较弱的对称均匀结构可能过严;对平动刚度较弱的不对称不均匀结构可能不安全.4.2.2 当层间位移角不大于位移角限值的 1/3 时6,根据建设部超限审查要点10,“当计算的
