PKPM系列CAD软件中砌体结构的辅助设计

抗震承载力验算及墙体静力计算 , 完成底框结 构分析和施工图设计 。 (3) 计算现浇板的内力及配筋 , 完成板配 筋图及结构平面图 。自动生成并绘制砌体圈 梁、 构造柱及芯柱节点大样图 。 ( 4) 完成砌体结构中挑梁 、 墙梁及阳台 、 雨 篷、 挑檐等构件的计算及绘图 。 ( 5) 将上部结构平面布置及导算的荷载自 动传给基础 , 完成条基 、 独基 、 弹性地基梁及桩 基的设计及施工图 。 上述功能形成了一个砌体结构辅助设计的 完整系统 ( 见图 1) 。
式中 A c 、 fc — — — 分别为芯柱总截面积和芯柱 混凝土强度等级 ;
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A s 、 fy— — — 分别为芯柱插筋截面积及强 度等级 ; ζ — — 芯柱影响系数 , 按填空率取 c —
0～1115 。 212 砌体抗震及受压承载力自动验算
( 2) 地震剪力的分配 规范规定抗震墙应
● 墙体抗震承载力 ,按式 ( 5) 验算 :
砌体结构抗震验算所依据的主要规范有 :
GBJ 11 - 89 《建筑抗震设计规范》 ; GBJ 3 - 88 《砌体结构设计规范》 ; JG J / T 13 - 94 《设置钢筋混凝土构造柱多
γEh V ij ≤ ( f vE A + 0115 f y A s) / γRE
号可在平面图上自动或交互标出 。大样图的布 置也可自动完成 ,用户可任意拖动各个图块 。
5 若干常见问题讨论
( 1) 砌体抗震承载力不足 。 软件的应用使
砌体结构抗震验算十分快捷简便 , 但随着新的 房屋形式和新的使用要求的出现 , 设计中经常 会遇到抗震承载力不足的问题 。造成承载力不 足的主要原因有 : ①半地下室结构或顶层越层结构 ,因房屋 等效重力荷载增加 ,设计高度增加 ,使总水平地 震力增大 。 ②为满足外观 、 采光及灵活大空间等使用 上的要求 ,墙体数量减少 , 开洞率普遍增大 , 尤 其是纵墙 ,常采用门连窗方式 ,墙体有效截面面 积很小 。采用复合夹心保温墙后 , 外墙一般由 一砖半减至一砖 ,削弱了承载力 。 ③在有些情况下 ,当墙体的洞口或构造柱 布置不合理 ,使墙段内剪力分配很不均匀 ,会出 现整片墙体满足承载力要求 , 个别墙段不满足 的现象 ,要求在设计中作适当调整 。 综上因素 ,提高砌体抗震承载力的手段主 要有 : 增加构造柱或芯柱的数量和截面积 ; 洞口 设置应尽可能使墙段受力均匀 ; 采用配筋砌体 ; 布置少量钢筋混凝土剪力墙等等 。 ( 2) 砌体结构中设置少量钢筋混凝土剪力 墙。 现行规范对这类结构的抗震计算尚未作具 体规定 ,有关单位正在对其抗震机理进行研究 。 计算的关键是两种材料墙体间剪力的分配 , 若 完全按弹性考虑 , 混凝土弹性模量约为砌体的 10 倍 ,大量地震剪力将由混凝土墙吸收 , 显然 与实际情况有差异 。弹性模量比取多少合适 , 还需要作进一步研究 。在本软件中提供一个混 凝土墙弹性模量与砌体弹性模量的比值 , 由用 户选择输入 。 ( 3) 多层底框的地震作用分析 。 多层底框 上砖房结构的应用越来越多 , 现行规范对这类 结构 的 地 震 分 析 方 法 没 有 明 确 规 定 。在
这类结构的水平地震力及上部砖房的抗震 承载力计算与普通砌体结构类似 。对底层框架 的地震作用分析及设计 , 规范对此作了一些特 别的规定 。主要可归纳为以下几点 : ( 1) 底层地震剪力增大系数 η v η v = 110 + 0117 ( K2 / K1 )
( 112 ≤η v ≤115 ) ( 9)
1 概 述
砌体结构辅助设计是 P KPM 系列 CAD 软 件中研制开发最早且应用最广泛的功能之一 。 据调查 ,用户中采用 P KPM 软件设计砌体结构 工程的 , 约占 30 % 。 该软件的主要功能及特点有 : ( 1) 利用图形交互输入快速高效建立砌体 结构模型 。自动导算荷载并生成荷载信息 , 自 动生成抗震计算及结构设计所需的结构信息 。 ( 2) 自动完成砌体结构及底框上砖房结构
t
式中 A n 、 Ac — — — 分别为砌体净截面积和验算 墙体中构造柱总截面面积 ;
Ec 、 E— — — 分别为构造柱钢筋混凝土及
砌体的弹性模量 ; η — — 构造柱参与系数 , 取 0126 ～ c —
013 。
● 布置芯柱的混凝土小型砌块墙体抗震承
墙体承受的重力荷载分配 :
V ij = Gij
f vE = fv
( 5) ( 6)
层砖房抗震技术规程》 等。 主要技术条件有 : ( 1) 按底部剪力法计算结构的总水平地震 力和各楼层的地震力 Fi ,其中地震影响系数 α 取α max ,不考虑顶部附加地震作用 。 第 i 层地震剪力 V i 按式 ( 1) 计算 :
V i = Σ Fk
k=i n
Mi = ( ) Σ If i + I w Hi - H1 Fi If i ( 11 )
式中 If i , I w — — — 分别为第 i 榀框架的转动刚 度和墙体转动刚度 。 第 i 榀框架第 j 根柱的附加轴力按下式计 算:
N ij = x ij A ij M Σx 2ij A ij i ( 12 )
Σ Kf i + 013 Kcw + 012 Kmw
Kf i V
( 10 )
式中 Kf i — — — 第 i 榀框架的侧移刚度 ; Kcw , Kmw — — — 分别为混凝土剪力墙和砖填充 墙的总侧移刚度 。 ( 3) 框架柱附加轴力 地震作用下 , 上层 砖房对底层结构将产生较大的倾覆力矩 , 形成 框架柱内的附加轴力 。总的倾覆力矩由框架和 抗震墙共同承担 , 第 i 榀框架承受的倾覆力矩 由式 ( 11) 计算 :
第 15 卷 第4期
建 筑 科 学 BU ILD IN G SCIENCE
1999 年
P KPM 系列 CAD 软件中砌体结构的辅助设计
金新阳 陈岱林 黄立新 顾维平
( 中国建筑科学研究院建筑结构研究所 北京 100013)
摘 要 介绍了 P KPM 系列中砌体结构 CAD 软件的关键技术及主要功能和特点 , 并讨论了工程 应用中若干常见的问题 。该软件采用图形交互快速建立结构模型 ; 自动导算荷载并生成设计所需的结 构信息 ; 可完成砌体及底框结构抗震计算及静力计算 ; 绘制混凝土梁 、 柱、 板及结构平面施工图及砌体圈 梁、 构造柱和芯柱大样图 ; 完成阳台 、 雨篷 、 墙梁及挑梁等混凝土构件的计算和绘图 。 关键词 砌体结构 CAD 软件
式中 K1 、 K2 — — — 分别为底层与上层砖房的 侧移刚度 。
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312 底层框架结构设计
完成底框上砖房结构的地震作用分析后 , 用 PMCAD 主菜单 4 生成底框 P K 文件 , 可自 动生成各榀框架结构分析及设计所需的全部数 据 ,其中包括结构简图 ,上部砖房及本层楼面传 递的恒 、 活荷载 , 水平地震力及柱附加轴力等 。 用 P K 软件来完成框架的内力分析 、 配筋计算 及施工图设计的全过程 。
Vi =
首先由 PMCAD 软件主菜单 A 、 1 和2 建 立砌体结构全楼模型 ,包括楼层数及层高 、 地震 信息 、 墙体 、 洞口 、 预制楼板等的布置 。然后由 PMCAD 主菜单 3 和 C 完成荷载输入 、 导算及 校核 。 在此基础上 , 软件将自动生成每层中各片 墙体以及墙段的信息 , 包括该墙承受的地震剪 力及恒活荷载作用下的轴力 ,水平截面面积 ,构 造柱的数量及截面面积等 。然后按式 ( 5 ) 验算 整片墙体和各墙段的抗震承载力 。 验算结果以墙体的抗力与荷载效应之比值 给出 , 将结果直接标注在平面图的每片墙和每 个墙段上 。当墙体不满足抗震承载力要求时 ( 比值小于 110) ,软件会在屏幕上用红色提示 , 并计算出墙体水平配筋的面积 , 供用户参考 。 在结果图中还给出本层重力荷载代表值 、 水平 地震力 、 地震剪力 、 砂浆强度等的信息 。 自动生成各墙体的受压构件截面特征并导 算其荷载 ,计算它们的受压承载力 。 除抗震验算结果图外 , 软件还可根据用户 需要给出各层墙体的轴力图 、 地震剪力图等 ,供 用户做更细致的设计 。
V ij = k ij
钢筋截面面积及强度 ;
f v、 f vE — — — 分别为砌体抗剪强度和抗震抗
剪强度 ; ξ— — — 矩形截面剪应力不均匀系数 ,取
112 ;
σ — — 砌体在重力荷载代表值作用下 0 —
Vi ( 2)
Σ k ij
j =1
Байду номын сангаас
m
的平均压应力 ;
A — — — 砌体截面面积 。
式中 k ij — — — 第 i 层第 j 片墙的抗侧力刚度 , 按下述情况计算 : 当高宽比 ρ = h/ b ≤110 时 ,
图 1 P KPM 系列软件砌体结构辅助设计过程图
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2 砌体结构抗震验算及受压计算
211 主要依据及技术条件
V ij =
Gij 1 k ij ( ) Vi + 2 Σk ij ΣGij
( 4)
( 3 ) 砌体结构抗震承载力验算 , 包括墙 体抗震承载力验算及布置芯柱的混凝土小型砌 块墙体抗震承载力验算 。
ξ
1 +
0145σ 0
fv
γEh — 式中 — — 地震作用分项系数 ,取 113 ; γRE — — — 承载力抗震调整系数 ,对自承重 墙取 0175 , 当设置适当构造柱 时取 019 ,其他情况取 110 ;
( 1)
A s、 fy— — — 配筋砌体层间竖向截面中 ,总的
式中 n 为楼层总层数 。 ( 2) 按楼面刚度特性将各层的地震剪力分 配至各片墙上 ,有以下三种情况 : ● 对现浇或装配整体式刚性楼盖 , 按墙体 的抗侧力刚度分配 :
能承担全部的地震剪力 ,因此 ,应按全部的地震 剪力来计算底层混凝土剪力墙及砖填充墙承受 的地震剪力 ,并按其侧移刚度进行分配 。 底层框架承担的地震力将通过框架 、 混凝 土剪力墙及砖填充墙三者间的协调分配得到 , 在分配中对混凝土和砖墙的侧移刚度要适当折 减 。第 i 榀框架承受的地震力按式 ( 10) 计算 :