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结构计算中几个重要参数的合理选取

《抗震规范》第3.6.6.4条指出，所有的计算机计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。通常情况下，计算机的计算结果主要是结构的自振周期、楼层地震剪力系数、楼层弹性层间位移（包括最大位移与平均位移比）和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移、楼层的侧向刚度比、振型参与质量系数、墙和柱的轴压比及墙、柱、梁和板的配筋、底层墙和柱底部截面的内力设计值、框架--抗震墙结构抗震墙承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值、超筋超限信息等等。
为了分析判断计算机计算结果是否合理，结构设计计算时，除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外，正确填写抗震设防烈度和场地类别，合理选取电算程序总信息中的其他各项参数也是十分重要的。
1．结构的抗震等级
《抗震规范》规定建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。
甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定。抗震措施，当抗震设防烈度为6～8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。
乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求。抗震措施，一般情况下，当抗震设防烈度为6～8度时，应5符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。
丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑，地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。
丁类建筑应属于抗震次要建筑。一般情况下，地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低。
抗震设防烈度为6度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。
 2． 地震力的振型组合数
地震力的振型组合数，对高层建筑，当不考扭转耦联计算时，至少应取3；当振型数多于3时，宜取3 的倍数，但不应多于层数；当房屋层数≤2时，振型数可取层数。对于不规则的结构，当考虑扭转耦联时，对高层建筑，振型数应取≥9；结构层数较多或结构刚度突变较大，振型数应多取，如结构有转换层、顶部有小塔楼、多塔结构等，振型数应取≥12或更多，但不能多于房屋层数的3倍；只有当定义弹性楼板，且采用总刚分析，必要时，振型数才可以取的更多。《抗震规范》指出，合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90％所需的振型数。SATWE等电算程序已有这种功能，可以很方便地输出这种参与质量的比值。有些设计人员不大重视电算程序使用手册的应用，选取振型数时比较随意，这是应当改进。此外，由耦联计算的地震剪力通常小于非耦联计算，仅当结构存在明显示扭转时才采用耦联计算，但在必要时应补充非耦联计算。
 3．结构周期折减系数
框架结构及框架--抗震墙等结构，由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的，但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都是不妥当的。对框架结构，采用砌体填充墙时，周期折减系数可取0.6～0.7；砌体填充墙较少或采用轻质砌块时，可取0.7～0.8；完全采用轻质墙体板材时，可取0.9。只有无墙的纯框架，计算周期才可以不折减。
 4． 框架梁、柱箍筋间距
《抗震规范》第6.3.3条及6.3.8条对不同抗震等级的框架梁、柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了明确规定。根据这些规定，工程习惯上常取梁、柱箍筋加密区最大间距为100mm，非加密区箍筋最大间距为200mm。电算程序总信息中通常也内定梁、柱箍筋加密区间距为100mm，并以此为依据计算出加密区箍筋面积，由设计人员要据规范确定箍筋直径和肢数。但是，在程序内定的条件下，当框架梁的跨中部位有次梁或有较大的其他集中荷载作用却仅配两肢箍筋时，多数情况下，非加密区箍筋间距采用200mm会使梁的非加密区配箍不足，因此建议程序内定梁箍筋改为取梁的非加密区间距200mm。这样，既可保证梁非加密区的抗剪承载力，又可适当增加梁端箍筋加密区（箍筋间距为100mm）的抗剪能力，梁的强剪性能更能充分体现。当框架梁由于种种原因纵向钢筋超筋时，梁端适当加大抗剪承载力对结构抗震非常有利。这也是为什么当梁端纵向受拉钢筋配筋率大2％时，规范规定梁的箍筋直径应比最小构造直径增大2mm的原因。
对于框架柱，当框架内定柱加密区箍筋间距为100mm时，在某些情况下，亦可能因非加密区箍筋间距采用200mm引起配箍不足。因此，我们也建议程序内定柱的箍筋间距改为取柱的非加密区的箍筋间距200mm。
这里需要指出的是，梁、柱箍筋非加密区配箍验算时可不考虑强剪弱弯的要求，即剪力设计值取加密区终点处外侧的组合剪力设计值，并且不乘以剪力增大系数。
 5． 地下室层数的输入处理
多层框架结构房屋有的设置地下室。由于隔墙少，常采用筏板式基础。在电算时，应将地下室层数和上部结构一起输入，并在总信息中按实际的地下室层数填写 。这样，计算地基和基础底板的竖向荷载可以一次形成，并且在抗震计算时，程序会自动对框架底层柱底截面的弯矩设计值乘以增大系数。同时通过对层侧移刚度比的分析比较，还可以正确判断和调整房屋的嵌固位置，并采取相应的抗震构造措施，保证楼板有必要的厚度和最小配筋率等等；当结构表现为竖向不规侧时，不仅要验算薄弱层，而且还要对薄弱层的地震剪力乘以1.15的增大系数。如果在结构总体计算时，总信息中填写的地下室层数少于实际输入的层数，弯矩设计值增大系数将会乘错位置，从而在发生地震时，会使极易发生震害的底层柱底部位因抗震能力降低而破坏。

二．结构建模、计算及结果正确的判断
1、结构整体计算总体信息的合理取值：
（1）混凝土容重（KN/m3）取26~27。考虑到梁、板构件的粉刷，故进行适当提高。我们一般可以取27 KN/m3
（2）计算振型数。考虑扭转耦联计算时，振型应不少于9个；（所谓耦联是考虑平动＋扭转，而非耦联仅考虑平动或转动）对多塔结构不应少于塔数×9。一般低层建筑可以不必考虑耦联计算。在计算结果出来后，要检查计算书Cmass-x及Cmass-y两向质量振型参与系数，均要保证不小于90％，达不到时，应增加振型数，重新计算。
（4）地震信息中的“活荷载折减系数”一般取0.5，具体问题时按照《抗震》5.1.3条）。
（5）计算扭转地震方向。对质量及刚度分布明显不对称的结构，应取双向水平地震作用下的扭转计算。
（6）地震力调整系数。这是一个无条件放大的系数，当“SSW计算结果总信息”中输出的各层剪重比，若剪重比不满足《抗震设计规范》5.2.5的要求，可以设置增大系数，直到计算满足为止。一般取0.8～1.5之间。
（7）周期折减系数。自振周期应考虑填充墙体对刚度的影响进行折减。当添充墙为砖墙时：　框架结构0.6-0.8，框剪结构　0.7-0.9，剪力墙结构1.0。我们现在所作的建筑大多是框架结构，根据填充墙体的多少，一般可取0.7或0.8。
（8）墙柱基础是否考虑活载折减。按照《建筑荷载设计规范》4.1.2条，应该考虑活荷载折减。
（9）调整信息中“梁刚度增大系数”取1.5。主要考虑现浇楼板对梁的作用，梁板实际上按照T型截面梁工作，而在结构计算时梁截面取矩形，因此要考虑梁刚度的放大。
“梁端弯矩调幅系数”一般取0.8～0.9；通过调整使梁端负弯矩减少，并增加跨中弯矩，使梁上下配筋均匀一些，有利于形成塑性铰，增加结构的延性。
“梁跨中旁矩增大系数”当活荷载影响较大时，为了弥补主梁跨中弯矩偏小而放大该系数，一般取1.20。
“连梁刚度折减系数”，所谓连梁是指剪力墙开门洞后其上下方所形成的梁，由于连梁两端的刚度极大，所以内力计算得到的梁端内力很大，往往出现超筋，故应对其进行内力重分布，一般取0.5～0.8。
“梁扭矩折减系数”，主要是考虑现浇楼板对梁的约束作用，在计算配时，无条件对梁扭矩进行折减，一般取0.80；

2、结构设计人员应在初步设计阶段对广厦SSW的电算结果进行校对、鉴别。对主要参数应好 作控制，如：剪重比、周期比（以扭转为主的基本周期与第一平动周期之比）、位移比（最大弹性层间位移与层间平均位移之比），满足规范基本要求。

3、软件电算结果的判断。
我们建好模、输入荷载、结构计算、结构配筋之后没有警告信息比如梁超筋、柱轴压比超限、梁板裂缝超限等等，是不是这样就一切OK了，不是的！我们还应该对输出的结构计算书中的自震周期、振型曲线、地震作用力、水平位移特征等结果进行检查。详细要求是

1）、自振周期
对于比较正常的工程设计，其不考虑折减的计算自振周期大概在以下范围
框架结构：T1=(0.08~0.10)n　 n为结构计算层数
框架－剪力墙或者框－筒结构：T1=(0.06~0.08)n
剪力墙结构：T1=(0.04~0.05)n
第二振型、第三振型的自振周期近似为：T2=(1/5~1/3)T1　T3=(1/7~1/5)T1
如果计算结果离上述数值太远，则应考虑设计中构件截面是否太大、太小，剪力墙数量是否合理？如果不合理则应予以调整。反之，如果截面尺寸、结构布置都比较正常，无特殊情况而偏离太远，则应检查软件是否安装正确？是否插狗？荷载输入是否恰当？

2）、振型曲线
正常情况下，对于比较均匀的结构，振型曲线应该是比较均匀光滑的曲线，不应有大的凹凸曲直。
第一振型无零点，第二振型在（0.7～0.8）H处有一个零点，第三振型分别在（0.4～0.5）H及（0.8～0.9）H处有两个零点。

3）、地震作用力
根据目前许多工程的计算结果，结构布置、截面尺寸都比较正常的结构，其底部剪力大致在以下范围
8度地震区，2类场地土
Fek＝（0.03～0.06）G
8度地震区，2类场地土
Fek=(0.015~0.03)G
G为结构总重量。
建筑层数多，刚度小时，偏于小值；层数少，刚度大时，偏于大值。
当计算的底部剪力小于上述数值时，宜加大截面，提高刚度，适当增大地震力，确保结构安全；反之，地震力过大，宜减小截面，降低刚度以求得合适的技术指标。

4）、水平位移特征
结构的水平位移特征应满足《抗震规范》5.5.1和5.5.5的要求

5)、对称性
对称结构在对称外力作用下，对称点的内力和位移必须对称，因为SS和SSW程序本身的编制已保证了计算结果的对称性，如有反常现象则应检查输入数据是否正确。比如，上次小陈做的珠海高栏港的维修车间，本身是对称结构，计算出来的基础内力确相差几十KN,则重新进行复查计算，证明内力应该是对称的。
6）、渐变性
竖向刚度、质量变化比较均匀的结构，在较均匀变化的外力作用下，其内力、位移等计算结果自上而下也是均匀变化的，不应该有大正大负的突变。
7）、合理性
设计较正常的结构，一般而言不应有太多超限截面，基本应该符合以下特征：
a、 柱墙轴力设计值绝大部分为压力
b、 柱墙大部分为构造配筋
c、 梁基本上无超筋
d、 除个别墙段外，剪力墙符合截面抗剪要求
e、 梁截面抗剪、抗扭超限截面不多

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