浅谈建筑结构设计中的电算

浅谈建筑结构设计中的电算

摘要:在建筑结构设计计算过程中，总信息中参数的正确设定和电算结果正确的判断至关重要。本文对总信息中的参数的设定,及建筑结构规范中用于控制结构整体性的主要指标作了阐述,供相关人员参考。

关键词：总信息参数;周期比、位移比、刚度比、剪重比

结构计算复杂多样，我们应根据规范要求对建筑结构进行合理的设计，从整体到局部、分层次完成。在建筑结构设计计算过程中总信息中参数的正确设定和电算结果正确的判断至关重要。

1.总信息中参数的正确设定：前提条件、很重要，否则计算无意义。

1）混凝土容重宜取26～30：填写混凝土容重时，应考虑建筑粉刷或装饰面层的重量，且梁、柱、剪力墙截面尺寸越小容重越大，如贴面砖、花岗石，容重还要加大，设计人应综合考虑本工程梁、柱、剪力墙的截面尺寸大小及面层材料，确定一个较合适的混凝土容重值。

2）周期折减系数：应予以折减，否则会导致地震作用偏小，应根据本工程填充墙的多少来确定周期折减系数值，填充墙多取小值，填充墙少取大值，《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3—2002》3.3.16条规定“计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响予以折减”是强制性条文，一般框架结构取0.6～0.9；剪力墙结构取0.9～1，剪力墙结构中如是全剪力墙（即无非承重墙体的）结构，周期折减系数才取1，一般其折减系数也应小于1；框剪结构取0.7～0.9。

3）计算结构的周期、位移、层刚度比时，应采用刚性楼板假定。如楼板开有大洞或楼板不连续，应再按弹性楼板计算结构内力。

4）振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等，在计算前很难估计，需要经过试算才能得到。

①振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量，使计算结果失真；取值太大，不仅浪费时间，还可能使计算结果发生畸变。《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2条规定，抗震计算时，宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应，振型数不宜小于15，对多塔结构的振型数不应小于塔楼的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90％。一般而言，振型数的多少于结构层数及结构自由度有关，当结构层数较多或结构层刚度突变较大时，振型数应当取得多些，如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。振型组合数是否取值合理，可以看软件计算书中的x，y向的有效质量系数是否大于0.9。具体操作是，首先根据工程实际情况及设计经验预设一个振型数计算后考察有效质量系数是否大于0.9，若小于0.9，可逐步

加大振型个数，直到x,y两个方向的有效质量系数都大于0.9为止。必须指出的是，结构的振型组合数并不是越大越好，其最大值不能超过结构得总自由度数。如采用刚性楼板假定时，平动时的振型数不应大于计算层数，耦联时的振型数不应大于计算层数的3倍。然而当按弹性楼板计算时，振型数可超过上述限值。

例如对采用刚性板假定的单塔结构，考虑扭转藕联作用时，其振型不得超过结构层数的3倍。如果选取的振型组合数已经增加到结构层数的3倍，其有效质量系数仍不能满足要求，也不能再增加振型数，而应认真分析原因，考虑结构方案是否合理。

②最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用，结构地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某各角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出，设计人员如发现该角度绝对值大于15度，应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算，以体现最不利地震作用方向的影响。

③结构基本周期是计算风荷载的重要指标。设计人员如果不能事先知道其准确值，可以保留软件的缺省值，待计算后从计算书中读取其值，填入软件的“结构基本周期”选项，重新计算即可。

上述的计算目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来，正确设置，否则其后的计算结果与实际差别很大。

5）梁刚度增大系数：中梁2、边梁1.5（《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3—2002》5.2.2条规定1.3～2.0），否则计算结果中的地震作用会偏小。

6）梁端弯矩调幅系数：0.8～0.9（《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3—2002》5.2.2条），一般可填0.85。如规定梁端弯矩不调幅，是不大恰当的，因为这样一来会更加容易引起梁端负弯矩钢筋过大、根数过多，影响混凝土浇筑，且配筋率更容易超过2.5％（强制性条文）及梁下部钢筋与梁端负弯矩钢筋的比值不满足规范要求（强制性条文），再者，梁端负弯矩一般均比梁跨中下部弯矩大得较多，试举一例：梁端负弯矩800kN.m，梁跨中弯矩400kN.m，如取梁端弯矩调幅系数0.85，则梁跨中弯矩应为400+800×0.15=400+420=520kN.m，如不考虑梁端弯矩调幅，梁跨中弯矩增大 1.2倍，则梁跨中弯矩为400×1.2=480＜520kN.m，使梁下部钢筋偏小，不妥，因为地震作用时，梁端的负弯矩会有往梁中转移的可能，如梁端弯矩不调幅，就会增加地震时的不安全因素。

7）梁端弯矩考虑柱宽影响标志：当已填梁端弯矩调幅系数，则不宜再考虑柱宽作为刚域对梁端负弯矩的折减。

8）梁跨中弯矩增大系数：1～1.4，一般可填1，配筋时再酌情加大1.2～1.4倍。如程序设定为“梁弯矩增大系数”，即正、负弯矩都增大，则应填1，如设定考虑负弯矩调辐后又将负弯矩增大是不合理的。。

9）梁扭矩折减系数：0.4，填扭矩刚度折减对梁扭矩的折减效果较小。

10）连梁刚度折减系数：0.5～0.55（《建筑抗震设计规范GB 50011—2001》6.2.13条2款、《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3—2002》5.2.1条都规定不宜小于0.5）。

11）0.2Q0力调整：框剪结构对框架柱必须调整。

12）小塔楼地震作用放大系数：SATWE、TAT：平动时3～5振型：≤3，6～9振型时：≤1.5，耦联时9～11振型：≤3，12～15振型时：≤1.5；TBSA：不放大。

13）基本风压：取50年一遇，高≥60m及对风敏感的结构取100年一遇，基本风压值见荷载规范。

14）地面粗糙度：D（4）类（密集高层市区）慎用，只有当本工程的四周均有高于本工程的建筑物时，才可填D（4）类。

15）风载体型分段数：应分段，一般可每隔3层左右分1段，如多、高层建筑，只填1段，则风载偏大。有些电算程序（如SATWE、TAT）规定最多只能分3段。

16）混凝土保护层厚度：梁25（混凝土C20时30），柱30。

17）P-△效应：高层建筑应考虑（《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3—2002》5.4.1条、5.4.2条）。多层建筑要考虑，应是可以的。

18）偶然偏心：高层建筑计算单向地震时应考虑偶然偏心（《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3—2002》3.3.3条），按双向地震计算时就可不考虑偶然偏心了。

19）活载应考虑不利组合。

20）活载折减系数：如SATWE、TAT等程序内定的折减系数系按《建筑结构荷载规范GB 50009-2001》表4.1.2编制，千万注意只适用《建筑结构荷载规范GB 50009-2001》表4.1.1中的1（1）项房屋，即住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园，对其它房屋一概不适用，否则（如对商业用房、多层厂房）就违反了强制性条文。

21）混凝土结构中柱计算长度计算原则：宜填“有侧移”，因为框架结构、剪力墙结构、框剪结构等都是有侧移的，如填“无侧移”，似乎无道理。

22）平动与耦联：一般取耦联，但有时平动也有可能比耦联不利。