一、上部結(jié)構(gòu)計算模型
在不同的荷載作用下,混凝土結(jié)構(gòu)可能有不同的彈塑性發(fā)展,因此進(jìn)行等效彈性的計算時,不同工況的分析宜采用不同的計算模型。
在satwe中支持重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用分別采用不同的剛度系數(shù)。
1. 樓面梁剛度放大系數(shù)
《廣東高規(guī)》(2021版)第5.2.2條建議:“現(xiàn)澆樓蓋樓面和裝配整體式樓蓋樓面梁的抗彎剛度應(yīng)考慮翼緣的作用予以增大。一般情況下,抗風(fēng)設(shè)計時邊梁剛度增大系數(shù)可取1.3~1.5,中梁可取1.5~2,抗震設(shè)計時邊梁剛度增大系數(shù)可取1.0~1.2,中梁可取1.2~1.5,視帶翼緣與不帶翼緣的具體情況而定。”
當(dāng)選擇按《廣東高規(guī)》(2021版)計算時,satwe中默認(rèn)采用下圖中的剛度放大系數(shù)。
梁剛度放大系數(shù)的設(shè)置
2. 連梁剛度折減系數(shù)
通??梢约俣ㄖ亓奢d施加后結(jié)構(gòu)仍然保持彈性,在較大的風(fēng)荷載作用下部分連梁輕微開裂,設(shè)防地震作用下連梁則可能較多開裂。
《廣東高規(guī)》(2021版)第5.2.1條建議:“框架-剪力墻、剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁剛度可予以折減,抗風(fēng)設(shè)計時,折減系數(shù)不宜小于0.8,不應(yīng)小于0.7;設(shè)防烈度地震作用下結(jié)構(gòu)承載力校核時可取0.2~0.3”。
當(dāng)選擇按《廣東高規(guī)》(2021版)計算時,satwe中將地震工況的連梁剛度折減系數(shù)默認(rèn)為0.25,風(fēng)荷載的連梁剛度折減系數(shù)默認(rèn)為1.0。
勾選“計算地震位移連梁剛度折減系數(shù)”,廣東高規(guī)(2021)默認(rèn)值為0.5,其他規(guī)范默認(rèn)值為1.0。
連梁剛度折減系數(shù)的設(shè)置
3. 梁柱節(jié)點剛域
《廣東高規(guī)》(2021版)第5.3.4條建議采用下式計算梁端剛域長度,柱端不考慮剛域。這意味著梁端剛域取到“柱邊”。這種方式在結(jié)構(gòu)分析時可能夸大結(jié)構(gòu)整體剛度,但又有利于減少梁支座的設(shè)計彎矩。
“全國高規(guī)”則取至柱內(nèi)部,且距柱邊尚有一定距離。
在梁的設(shè)計中,satwe總是會取剛域與彈性段交界處的截面內(nèi)力計算支座配筋。
對于梁與墻面外相連的情形,satwe默認(rèn)不考慮梁端的剛域,如墻的厚度相對于梁高較大,設(shè)計師可在構(gòu)件上交互指定每個梁端的剛域長度。
二、上部結(jié)構(gòu)荷載組合
《廣東高規(guī)》(2021版)第5.6.1條建議,持久設(shè)計狀況和短暫設(shè)計狀況下,當(dāng)荷載與荷載效應(yīng)按線性關(guān)系考慮時,荷載基本組合的效應(yīng)設(shè)計值應(yīng)按公式5.6.1確定。第5.6.3條,抗震設(shè)計時,應(yīng)按照公式3.9.5規(guī)定進(jìn)行荷載和地震效應(yīng)組合的計算。
三、整體性能指標(biāo)計算
1. 頂點位移角和層間位移角
《廣東高規(guī)》(2021版)第3.7.3條建議“按彈性方法計算的風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的頂點位移與結(jié)構(gòu)總高度之比不宜大于1/600。”建筑的頂點位移指主要屋面質(zhì)心處的位移,不包括突出屋面的樓電梯間、水池等。全國高規(guī)則以層間位移角作為衡量風(fēng)荷載下結(jié)構(gòu)位移的指標(biāo),且不同結(jié)構(gòu)體系限值不同。
satwe中提供了計算并輸出了風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的頂點位移角。為方便設(shè)計,設(shè)計師通常將出屋面的小塔樓或其他附屬結(jié)構(gòu)也包含在計算模型中,程序不容易自動判斷出“主要屋面”的位置。因此需設(shè)計人員指定“主要屋面”。結(jié)構(gòu)總高度取計算嵌固端到主要屋面的高度。
主要屋面位置的指定
《廣東高規(guī)》(2021版)第3.7.3條建議“設(shè)防烈度地震作用下的樓層層間最大位移與層高之比δu/h不宜大于1/180。”這里不再區(qū)分結(jié)構(gòu)類型,各種結(jié)構(gòu)類型的限值統(tǒng)一為1/180。
2. 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制
《廣東高規(guī)》(2021版)不控制結(jié)構(gòu)的周期比;第3.4.4條建議放松了扭轉(zhuǎn)位移比限值,高層建筑的扭轉(zhuǎn)位移比不宜大于1.35,不應(yīng)大于1.65。
3. 結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗算
“剛重比”計算中的重力《廣東高規(guī)》(2021版)建議采用永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值與樓面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的組合值。“全國高規(guī)”則需要考慮分項系數(shù)。
在satwe設(shè)計信息中允許指定恒載和活載引起重力的分項系數(shù)。
剛重比計算的分項系數(shù)指定
四、上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計
1. 承載力驗算
《廣東高規(guī)》(2021版)建議所有高層建筑均采用抗震性能化設(shè)計方法?;凇督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》gb50011及“全國高規(guī)”關(guān)于性能化設(shè)計的思想及承載力計算表達(dá)式,《廣東高規(guī)》(2021版)引入承載力利用系數(shù)、構(gòu)件重要性系數(shù)以及地震力折減系數(shù),校核不同性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在設(shè)防烈度地震作用下的承載力。
《廣東高規(guī)》(2021版)規(guī)定的結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)分為a、b、c、d四個等級,每個性能目標(biāo)均與一組在設(shè)防和罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)相對應(yīng),但不再提出對“多遇地震”的性能水準(zhǔn)要求。
結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)分為1、2、3、4、5五個水準(zhǔn)。對每個具體性能水準(zhǔn)的驗算,《廣東高規(guī)》(2021版)基于如下驗算公式:
構(gòu)件重要性系數(shù)僅與構(gòu)件的重要程度有關(guān)系,對關(guān)鍵構(gòu)件可取n=1.05~1.15,一般豎向構(gòu)件可取n=1.0,水平耗能構(gòu)件可取n=0.5~0.7。一般情況下,關(guān)鍵構(gòu)件由設(shè)計人指定。
設(shè)防烈度地震作用下,抗震性能目標(biāo)為c、d級的結(jié)構(gòu)的部分豎向構(gòu)件已有輕微~中度損壞,部分耗能構(gòu)件已有中度~比較嚴(yán)重的損壞,結(jié)構(gòu)已部分進(jìn)入彈塑性,且抗震性能目標(biāo)c、d級結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造要求較嚴(yán)格,已確保有必要的延性,對其地震力做小幅度的折減,也可理解為設(shè)防烈度地震作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件非彈性剛度的影響使得地震作用減小。
構(gòu)件承載力利用系數(shù)ξ的大小表征各性能水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力安全儲備(承載力利用程度)和損傷程度。
結(jié)構(gòu)整體水平方向的剛度降低并不能使豎向地震作用減少,因此建議采用下式驗算,僅對水平地震效應(yīng)進(jìn)行折減。
同時考慮以豎向地震作用為主的組合
在satwe中,需首先指定性能水準(zhǔn)和地震作用水準(zhǔn),如下圖所示:
圖 抗震性能設(shè)計的參數(shù)指定
《廣東高規(guī)》(2021版)直接基于設(shè)防地震進(jìn)行承載力設(shè)計,因此不與風(fēng)荷載進(jìn)行組合。
性能水準(zhǔn)1、2計算時阻尼比不增加,連梁剛度折減系數(shù)可取0.3~0.4,性能水準(zhǔn)3、4計算時阻尼比可增加0.005~0.015,連梁剛度折減系數(shù)可取0.2~0.3,并對地震力做幅度不大的折減。
2. 設(shè)計內(nèi)力的調(diào)整
在基于多遇地震計算的設(shè)計方法中,通過對構(gòu)件內(nèi)力的調(diào)整來保證結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震下的抗震性能。
《廣東高規(guī)》(2021版)取消了抗震等級和與之相關(guān)的抗震措施。框架柱端的設(shè)計彎矩不再由相連梁端的設(shè)計彎矩或?qū)嶋H承載力確定。框架柱、框支柱端部設(shè)計剪力按下式計算:
上式中取消了柱端剪力增大系數(shù)。對框架梁的端部設(shè)計剪力也無剪力增大系數(shù)。對于剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)部位的剪力設(shè)計值也不考慮放大系數(shù)。
“強(qiáng)柱弱梁”主要通過重要性系數(shù)來體現(xiàn)??蚣苤ǔV辽俣x為“一般豎向構(gòu)件”,其重要性系數(shù)取1.0,而框架梁通常為“水平耗能構(gòu)件”,其重要性系數(shù)為0.5~0.7。
“強(qiáng)剪弱彎”主要通過構(gòu)件的承載力利用系數(shù)來體現(xiàn)。如表1所示,“抗剪切”的承載力利用系數(shù)要小于“抗彎曲”的承載力利用系數(shù)。
3. 抗剪截面驗算
《廣東高規(guī)》(2021版)設(shè)防地震時的剪壓比按如下公式驗算,不區(qū)分性能水準(zhǔn)。跨高比大于2.5的梁及剪跨比大于2的柱:
跨高比不大于2.5的梁及剪跨比不大于2的柱:
罕遇地震時的剪壓比限值隨著性能水準(zhǔn)的不同而變化,驗算公式如下:
4. 構(gòu)造要求
《廣東高規(guī)》(2021版)簡化了結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造等級的劃分。根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震能力的等能量原理,結(jié)構(gòu)延性越好,對彈性承載力的要求越低,反之,結(jié)構(gòu)延性越差,對彈性承載力的要求越高。因此對于性能水準(zhǔn)為3、4、5的結(jié)構(gòu),可以適量折減其按彈性計算的地震效應(yīng),采用高延性低承載力的設(shè)計思路。
因此抗震構(gòu)造等級的確定僅與設(shè)防烈度和性能目標(biāo)有關(guān)。“全國高規(guī)”的抗震等級是與結(jié)構(gòu)類型與結(jié)構(gòu)高度、設(shè)防烈度等有關(guān)的。
抗震構(gòu)造等級的選取表
在satwe中,結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造等級的確定需要由設(shè)計師根據(jù)設(shè)防烈度和性能目標(biāo)指定。
《廣東高規(guī)》(2021版)第6.4.2條中定義:“軸壓比指重力荷載代表值作用下柱的軸壓應(yīng)力設(shè)計值與柱混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值的比值。”第7.2.9條中定義:“墻肢軸壓比是指重力荷載代表值作用下墻肢承受的軸壓力設(shè)計值與墻肢的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值乘積之比值。”因此柱和墻的軸壓比均與地震作用大小無關(guān)。
satwe中選擇按《廣東高規(guī)》(2021版)設(shè)計時,程序按上述要求計算柱墻的軸壓比。