《精编》试谈建筑结构设计应具备的概念

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1、1、轴压比:主要为控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见抗规6.3.7和6.4.6,在剪力墙的轴压比计算中,轴力取重力荷载代表设计值,与柱子的不一样。2、剪重比:主要为控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性,见抗规5.2.5。 3、侧向刚度比:主要为控制结构竖向规则性。 4、位移比:主要为控制结构平面规则性,以免形成扭转,对结构产生不利影响。控制比例为1.5。见抗规3.4.2、3.4.3。 5、周期比:主要为控制结构扭转效应,减小扭转对结构产生的不利影响,要求见高规4.3.5。 6、刚重比:主要为控制结构的稳定性,以免结构产生滑移和倾覆,要求见高规。 7、剪跨比: 梁的剪跨比,剪力

2、的位置a与h0的比值。剪跨比影响了剪应力和正应力之间的相对关系,因此也决定了主应力的大小和方向,也影响着梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式;同时 也反映在受剪承载力的公式上。柱的剪跨比,若反弯点在柱子层高范围内,可取 柱子的剪跨比小于2时,需要全长加密,见混凝土规范11.4.12、11.4.17。 8、剪压比(梁柱截面上的名义剪应力V/bh0与混凝土轴心抗压强度设计值的比值):梁塑性铰区的截面剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响,当剪压比大于0.15的时候,梁的强度和刚度有明显的退化现象,此时再增加箍筋用量,也不能发挥作用,因此对梁柱的截面尺寸有所要求。 9、轴压比:轴压比

3、是指有地震作用组合的柱组合轴压力设计值与柱的全截面面积和砼轴心受压抗压强度设计值乘积的比值,是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。轴压比限值的依据是理论分析和试验研究并参照国外的类似条件确定的,其基准值是对称配筋柱大小偏心受压状态的轴压比分界值。 10、跨高比:梁的跨高比(梁的净跨与梁截面高度的比值)对梁的抗震性能有明显的影响。梁(非剪力墙的连梁)的跨高比小于5和深梁都按照深受弯构件进行计算的。 11、延性比:延性比即为弹塑性位移增大系数。延性是指材料、构件、结构在初始强度没有明显退化的情况下的非弹性变形能力。延性比主要分为三个层面,即截面的延性比、构件的延性比和结构的延性比。结构的延性比多

4、指框架或者剪力墙等结构的水平荷载-顶层水平位移(P-delta)、水平荷载-层间位移等曲线。 结构的屈服位移有等能量方法、几何做图法等 12、薄弱层:该楼层的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80;薄弱层主要是针对大震而言的;屈强系数小于0.5的结构层、在大震下楼层塑性变形大于规范要求的大震下的允许值的结构层。所谓的薄弱层,是指在强烈地地震作用下,结构首先发生屈服并产生较大弹塑性变形的部位。是指该楼层的层间受剪承载力小于向邻上一楼层的80%,可以认为,是从结构强度的角度来判断。高规中说明竖向不规则结构形成薄弱部位,而薄弱部位有三种情况,一是刚度不连续形成的柔软层,一是强度不连续形成的薄弱层,还有

5、一种就是有水平转换体系的竖向构件不连续的结构.因此2楼和5楼说的都是柔软层.但实际我看很多地方所说的薄弱层就是指薄弱部位的意思,并没区分的很仔细位置在下列情况确定: 1)楼层屈服强度系数沿房屋高度分布均匀的结构,可取底层; 2)楼层屈服强度系数沿房屋高度分布不均匀的结构,可取该系数最小的楼层(部位)和相对较小的楼层,一般不超过2-3处; 3)单层厂房,可取上层; 薄弱层指强度,软弱层指刚度。一个是刚度比,另一个是承载力比,二者不满足规范要求均是薄弱层。请看看高规条文说明4.4.2“正常设计的高层建筑下部楼层刚度宜大于上部楼层的侧向刚度,否则变形会集中于刚度小的下部楼层而形成结构薄弱层”由此可推

6、断出只要是刚度小于上层的楼层都应当算作薄弱层。按照高规5.1.14“对于竖向不规则的高层建筑结构,小于上层70%或小于其上相邻3层侧向刚度平均值的80%,或结构楼层层间抗侧力结构承载力小于其上一层的80%,或结构某楼层竖向抗侧力构件不连续,其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数” 13、软弱层:该楼层的侧向刚度小于相邻上一层的70,或小于其上三个楼层侧向刚度平均值的80;除顶层外,局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25;14、转换层:该楼层水平转换构件(梁、桁架等)将上一层的竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由本层向下传递; 15、框支层:如果结构同一位置转

7、换层以上为剪力墙,转换层以下为框架,那么转换层以下的楼层为框支层,因为建筑功能的要求,下部大空间,上部部分竖向构件不能直接连续贯通落地,而通过水平转换结构与下部竖向构件连接。当布置的转换梁支撑上部的结构为剪力墙的时候,转换梁叫框支梁,支撑框支梁的就是框支柱。框支柱的构造要求见高规10。2。11条 16、法向刚度、剪切刚度的单位同样是N/m或N/mm,差别在于力的方向不同,变形模量的单位为MPa 17、偶然偏心:对规则结构,考虑偶然偏心(2005版本是必须考虑),柱子可以考虑双偏压,但是如果不是十分复杂的话,建议还是单偏压计算,双偏压复合,角柱手动定义。对不规则结构,考虑双向地震,柱子还是单偏压

8、计算双偏压复合,此时如果再考虑双偏压要慎重,钢筋会大很多很多。18、短肢剪力墙、异形柱、壁式框架三者的区别 要想了解第一个和第三个的区别,必须先了解剪力墙的分类。 A根据整体性系数来区别剪力墙的种类。 a=10, In/I=kesi,为整体小开口墙,它的整体性很强,截面应变符合平截面假定,墙肢不出现反弯点,变形以弯曲型为主; a10, In/I=10, In/Ikesi,为壁式框架,它的整体性虽然很强,但在多数楼层的墙肢出现反弯点,变形以剪切型为主,受力性能接近于框架。 高层建筑混凝土结构技术规程(征求意见稿)指出:短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为58的剪力墙,墙厚不小于200mm。B中

9、间第二名词与其它两个不属于同一类。异形柱是指具有不规则截面的柱。如L形,T形柱等等,不同于常见的矩形、方形和圆形截面的柱。这些柱多数在受力性能不及常见截面柱的合理,但是与建筑使用功能以及美学结合的较好。所以现在应用越来越普遍。C异形柱的设计要比常见截面的柱设计要复杂一些。例如偏压构件,矩形截面的受压区总是矩形,内力臂较大,而对于异性柱,受压区图形通常比较复杂,可能三角形,也可能是多边形,手算和分析起来比较费劲,比如如何大小偏压的界限,极限承载力如何计算?难度大于一般截面柱。 其次,对于受压呈多边形分布的截面,压区边缘混凝土应力过于集中,一旦达到受压强度,破坏区域往内渗透得过快,不利于外边缘的混

10、凝土纤维经历下降段,从而影响整个截面和构件的延性问题。对于有抗震要求的构件,在规范不建议采用异形柱。第三,在试验还发现,对于异形柱,还出现截面翘曲的问题,常见的基于平截面假定的公式受到挑战。第四,对异性柱的分析、试验以及和设计方法等一套体系还没有完全建立起来,还有待于进一步的研究。 19、抗震措施:除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容,包括建筑总体布置,结构选型,地基抗液化措施,考虑概念设计要求对地震作用效应(内力及变形)的调整,以及各种构造措施。请注意:抗震等级划分属“抗震措施”的宏观控制,抗震规范第3页,第2.1.9和2.1.10条有明确的定义.20、抗震构造措施:根据抗震概念设计原

11、则,一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。如钢筋锚固,搭接,混凝土保护层,最小配筋率等。 “抗震措施”涵盖了“抗震构造措施”抗震等级的确定是按抗震措施来划分的,抗震设计是按照“地震作用”和“抗震措施”两个手段的,平时说的“抗震等级”就是按照“抗震措施”来划分的,平时所说的“剪力调整”其实就是抗震措施中的计算部分,另一部分就是规范明确说明的“抗震构造措施”,这两部分构成了“抗震措施”的两大具体板块。在考试中经常容易混淆的就是乙类建筑的“乙类建筑,地震作用应符合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68度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求,当为

12、9 度时,应符合比9 度抗震设防更高的要求;”,此时就要按照抗震措施的要求该提高一度查表的查表来确定抗震等级。21、设计特征周期:抗震设计用的地震影响系数曲线中,反映地震等级,震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值.-根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定.详见抗震规范.22、自振周期:是结构本身的动力特性. 是结构按某一振行完成一次自由振动所需的时间.与结构的H,B有关.当自振周期与地震作用的1/f接近时,共振发生,对建筑造成很大影响23、结构可靠度:建筑结构的可靠性包括安全性、适用性和耐久性三项要求。结构可靠度是结构可靠性的概率度量,其定义是:结构在规定的时间内,在规定的条件下

13、,完成预定功能的概率,称为结构可靠度。其“规定的时间”是指设计基准期50年,这个基准期只是在计算可靠度时,考虑各项基本变量与时间关系所用的基准时间,并非指建筑结构的寿命;“规定的条件”是指正常设计、正常施工和正常的使用条件,不包括人为的过失影响;“预定的功能”则是能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用的能力(即安全性);在正常使用时具有良好的工作性能(即适用性);在正常维护下具有足够的耐久性能(耐久性)。在偶然事件发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性。结构能完成预定功能的概率称为可靠概率ps,结构不能完成预定功能的概率称为失效概率Pf, Pf1Ps,用以度量结构构件可靠度是用可靠指

14、标,它与失效概率Pf的关系为Pf()。根据对正常设计与施工的建筑结构可靠度水平的校正结果,并考虑到长期的使用经验和经济后果后,统一标准给出构件强度的统值:对于安全等级为二级的各种构件,延性破坏的,32;脆性破坏的,37。影响结构可靠度的因素主要有:荷载、荷载效应、材料强度、施工误差和抗力分析五种,这些因素一般都是随机的,因此,为了保证结构具有应有的可靠度,仅仅在设计上加以控制是远远不够的,必须同时加强管理,对材料和构件的生产质量进行控制和验收,保持正常的结构使用条件等都是结构可靠度的有机组成部分。为了照顾传统习惯和实用上的方便,结构设计时不直接按可靠指标,而是根据两种极限状态的设计要求,采用以

15、荷载代表值、材料设计强度(设计强度等于标准强度除以材料分项系数)、几何参数标准值以及各种分项系数表达的实用表达式进行设计。其中分项系数反映了以为标志的结构可靠水平。24、建筑结构的安全等级:建筑结构设计时,应根据结构破坏可能产生的后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等)的严重性,采用不同的安全等级。它以结构重要性系数的形式反映在设计表达式中,如表42。建筑物中各类结构构件的安全等级,宜与整个结构的安全等级相同,对其中部分结构构件的安全等级可进行调整,但不得低于三级。25、荷载的代表值:是结构或构件设计时采用的荷载取值,它包括标准值、准永久值和组合值等。设计时应根据不同极限状态的设计要

16、求来确定采用哪一种荷载值。1荷载标准值(GK、QK)。荷载的基本代表值,是结构设计按各类极限状态设计时所采用的荷载代表值。2荷载组合值(qQx)。是当结构承受两个或两个以上可变荷载时,承载能力极限状态按基本组合设计及正常使用极限状态按短期效应组合设计所采用的荷载代表值。3荷载准永久值(cQK)。是正常使用极限状态长期效应组合设计时所采用的荷载代表值。因此,永久荷载只有标准值作为它的唯一代表值,而可变荷载的代表值则除了标准值外,还有组合值和准永久值。结构自重的标准值,可按设计尺寸与材料的标准容重计算。可变荷载的标准值QK,应根据荷载的观测和试验数据,并考虑工程经验,按设计基准期最大荷载概率分布的某一分位值确定,设计时

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