供稿:結(jié)構(gòu)售后技術(shù)支持部
剛度比計算,是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標之一,是設(shè)計人員繞不開的話題,下面的八問八答,我們將結(jié)合PKPM-SATWE軟件向大家做一個簡明且完整的說明。
第 1 問 規(guī)范中涉及層剛度的條款有哪些?
《高規(guī)》第3.5.2條、第5.3.7條、第10.2.3條及附錄E,《抗規(guī)》第6.1.14-2條、第3.4.3條,《高鋼規(guī)》第3.3.10條
第 2 問 側(cè)向剛度的計算方法是什么?
剪切剛度、剪彎剛度、樓層剪力/ 層間位移三種算法。
第 3 問 按剛度比如何判斷薄弱層?
以PKPM-SATWE(V4.3.4版)軟件為例,“前處理-調(diào)整信息2”中,按剛度比判斷薄弱層的方式提供了4種方式,具體見下圖:
當選擇“按抗規(guī)和高規(guī)從嚴判斷”時,程序根據(jù)《高規(guī)》第3.5.2條和《抗規(guī)》第3.4.3條,采用樓層剪力/ 層間位移算法,同時且分別輸出對應(yīng)的剛度比,如果不滿足要求,程序判斷為薄弱層,并按“薄弱層地震內(nèi)力放大系數(shù)”自動對地震內(nèi)力進行放大。
下圖是非框架結(jié)構(gòu)輸出的剛度比結(jié)果示意圖。Ratx1/Raty1是根據(jù)《抗規(guī)》第3.4.3條、《高規(guī)》第3.5.2-1條計算,已經(jīng)除以了規(guī)范限值的結(jié)果,設(shè)計人員只需與1作比較,判斷是否滿足要求;Ratx2/Raty2是根據(jù)《高規(guī)》第3.5.2-2條計算,Ratx2_min是控制限值,結(jié)果與Ratx2_min進行比較。程序僅當嵌固端所在層號為1時,才會按照《高規(guī)》要求取限值為1.5。
同理,當選擇“僅按抗規(guī)判斷”時,結(jié)果輸出Ratx1/Raty1部分;當選擇“僅按高規(guī)判斷”時,若為框架結(jié)構(gòu),結(jié)果輸出Ratx1/Raty1部分;若為非框架結(jié)構(gòu),結(jié)果輸出Ratx2/Raty2部分。
第 4 問 如何判斷嵌固層?
根據(jù)《高規(guī)》第5.3.7條、《抗規(guī)》第6.1.14-2條要求,采用剪切剛度計算樓層側(cè)向剛度,通過 “新版文本查看-樓層側(cè)向剪切剛度”查看計算結(jié)果,如下圖所示。
如果地下室頂板可以滿足嵌固要求,需將“嵌固端所在層號”按“地下室層數(shù)+1”的原則填寫,以保證后續(xù)的準確計算。“嵌固端所在層號”這個參數(shù)不同于力學(xué)概念中的嵌固端,是與計算調(diào)整相關(guān)的一項參數(shù),涉及《抗規(guī)》第6.1.14條、《高規(guī)》第12.2.1條梁配筋柱內(nèi)力的調(diào)整、《抗規(guī)》第6.2.3條/第6.2.10-3條柱內(nèi)力放大、《高規(guī)》第3.5.2-2條剛度比限值的取值、底部加強區(qū)下延等幾方面的調(diào)整。
第 5 問 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的剛度比如何控制?
轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)布置應(yīng)盡量避免發(fā)生明顯的剛度突變,防止產(chǎn)生軟弱層,故在設(shè)計中對帶轉(zhuǎn)換的高層建筑沿豎向側(cè)向剛度作嚴格控制。對于這部分的分析,分為轉(zhuǎn)換層設(shè)置在地上1、2層和高位轉(zhuǎn)換兩種情況。
當 “轉(zhuǎn)換層所在層號減去地下室層數(shù)”為1或2層的時候,按照剪切剛度計算等效側(cè)向剛度,可通過[轉(zhuǎn)換層下部與上部結(jié)構(gòu)的剛度比]查看結(jié)果,這里面直接給出了結(jié)論,抗震設(shè)計Υe1按0.5,非抗震設(shè)計Υe1按0.4控制,比較直觀,如下圖所示。
當然,也可以查看[樓層側(cè)向剪切剛度],需要說明的是,此處輸出的是本層與下一層的剪切剛度比,而上述文本是轉(zhuǎn)換層與相鄰上一層的剛度比,二者是倒數(shù)關(guān)系。
當“轉(zhuǎn)換層所在層號減去地下室層號”大于2,即高位轉(zhuǎn)換時,需要根據(jù)《高規(guī)》附錄E.0.2、E.0.3條控制剛度比。設(shè)計人員可以在[樓層剪力/層間位移剛度]中查看附錄E.0.2的結(jié)果,只是這里程序輸出的是本層與下一層的側(cè)向剛度比,《高規(guī)》中的描述是“轉(zhuǎn)換層與相鄰上層側(cè)向剛度比不應(yīng)小于0.6”,并且這里未直接給出結(jié)論性語句,需要人工換算判斷;
以下圖某高位轉(zhuǎn)換工程為例,轉(zhuǎn)換層位于地上6層,點擊[樓層剪力/層間位移剛度]結(jié)果,手工找到第7層,可知該層與下一轉(zhuǎn)換層側(cè)向剛度比1.22/1.31,即滿足附錄E.0.2要求。
[轉(zhuǎn)換層下部與上部結(jié)構(gòu)的剛度比]中輸出附錄E.0.3的結(jié)果,此處有明確結(jié)論性語句,用藍色字體標識。
第 6 問 PKPM對于剪彎剛度是如何計算的?
高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),軟件對于剪彎剛度提供兩種算法:
第1種:“傳統(tǒng)方法”是剛度串聯(lián)模型,即先將上部或下部結(jié)構(gòu)各層的側(cè)向剛度求倒數(shù)再求和,然后再求倒數(shù)得到上部或下部結(jié)構(gòu)的剛度,從而得到上部或下部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比。
第2種:“采用高規(guī)附錄E.0.3方法”程序自動分別建立轉(zhuǎn)換層上下部結(jié)構(gòu)的有限元分析模型,并在層頂施加單位力計算上下部結(jié)構(gòu)的頂點位移,進而獲得上下部結(jié)構(gòu)的剛度和剛度比。
第 7 問 可否考慮上海地區(qū)相關(guān)設(shè)計規(guī)程薄弱層判斷的規(guī)定?
可以。工程如需考慮上海市《建筑抗震設(shè)計規(guī)程》(DGJ08-9-2013)相關(guān)規(guī)定,則可按下圖方式進行參數(shù)定義,計算時程序?qū)⒉捎玫刃Ъ羟袆偠扔嬎銈?cè)向剛度判斷薄弱層。
第 8 問 剪切剛度的優(yōu)化計算有哪些?
【高級參數(shù)】中勾選“剪切剛度計算時考慮柱剛域影響”,即剪切剛度計算取柱凈高,結(jié)果更加準確,使用此選項時,需在【設(shè)計參數(shù)】中勾選考慮柱剛域。
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