算,第一种模型为考虑斜屋面,按真实模型进行计算;第二种模型为忽略斜屋面,将斜屋面引起的荷载传递给斜梁,按简化模型1计算;第三种模型为将斜屋面用斜撑代替,斜屋面引起的荷载传递给斜梁,按简化模型2计算。这三种计算模型中结构周期和位移的计算如表1所示,某根构件的内力计算如表2、表3和表4所示。
表1 三种计算模型中结构周期和位移的计算 周期/真实模型/简化模型1/简化模型2/ T1/0.997(Y)/1.119(Y)/1.027(Y)/ T2/0.964(X)/1.018(X)/0.981(X)/ T3/0.801(T)/0.891(T)/0.826(T)/ 最大层间位移角(X向)/1/363/1/338/1/354/ 最大层间位移角(Y向)/1/366/1/298/1/326/
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表2 三种模型中梁1的弯矩计算
①恒载下真实模型的弯矩标准值:110(左端)/-77.3(跨中)/86.2(右端) ②恒载下简化模型1的弯矩标准值:106.5(左端)/-77.8(跨中)/89.8(右端) ③恒载下简化模型2的弯矩标准值:107.1(左端)/-77.9(跨中)/89.2(右端) ④X向地震下真实模型的弯矩标准值:-204(左端)/-42.7(跨中)/199.5(右端) ⑤X向地震下简化模型1的弯矩标准值:-178.9(左端)/-36.6(跨中)/174.5(右端) ⑥X向地震下简化模型2的弯矩标准值:-202(左端)/-42.2(跨中)/197.8(右端) ⑦真实模型的弯矩设计值:-399.5(左端)/193.9(跨中)/-366(右端) ⑧简化模型1的弯矩设计值:-403.6(左端)/193.2(跨中)/-376(右端) ⑨简化模型2的弯矩设计值:-394(左端)/185(跨中)/-367(右端)
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表3 三种模型中梁2的弯矩计算
①恒载下真实模型的弯矩标准值:57.5(左端)/-43.4(跨中)/7.2(右端) ②恒载下简化模型1的弯矩标准值:126.9(左端)/-62(跨中)/109.7(右端) ③恒载下简化模型2的弯矩标准值:127.1(左端)/-62.0(跨中)/109.5(右端) ④X向地震下真实模型的弯矩标准值:-5.2(左端)/-0.5(跨中)/8.0(右端) ⑤X向地震下简化模型1的弯矩标准值:-7.6(左端)/-3.0(跨中)/-1.7(右端) ⑥X向地震下简化模型2的弯矩标准值:-6.0(左端)/-2.1(跨中)/1.7(右端) ⑦真实模型的弯矩设计值:-98(左端)/69.6(跨中)/-95(右端) ⑧简化模型1的弯矩设计值:-155.9(左端)/111.5(跨中)/-135.5(右端) ⑨简化模型2的弯矩设计值:-156(左端)/115(跨中)/-135(右端)
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表4 三种模型中柱1的弯矩(My)计算
①恒载下真实模型的弯矩标准值:-9.7(上端)/3.5(下端) ②恒载下简化模型1的弯矩标准值:-10.9(上端)/4.7(下端) ③恒载下简化模型2的弯矩标准值:-11.0(上端)/4.7(下端) ④X向地震下真实模型的弯矩标准值:-296.8(上端)/334.4(下端) ⑤X向地震下简化模型1的弯矩标准值:-258.7(上端)/291.5(下端)
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⑥X向地震下简化模型2的弯矩标准值:-292.8(上端)/330.1(下端) ⑦真实模型的弯矩设计值:456.7(上端)/528.7(下端) ⑧简化模型1的弯矩设计值:467.7(上端)/541.6(下端) ⑨简化模型2的弯矩设计值:423.2(上端)/528.4(下端)
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梁1是一根首层的边框架梁;梁2是四层与柱1相连的斜梁;柱1是一根框架边柱,梁1一端与之相连。 ⑶结果分析
①从表1可以看出,屋面斜板对结构的周期和位移均有一定影响。采用简化模型1计算,由于忽略了斜屋面的面内刚度和面外刚度,计算结果偏柔;采用简化模型2计算,由于斜撑起到了一定的楼板刚度的作用,因此其计算结果介于简化模型1和真实模型之间;
②表2和表4主要反映的是屋面斜板对其他楼层的水平和竖向构件内力的影响。从中可以看出,在竖向荷载作用下(如恒载),三种计算模型算出的构件内力相差很小,几乎可以认为相等;在水平荷载作用下(如地震力),简化模型1与真实模型和简化模型2计算出的构件内力有一定差别,但差别也不是很大。真实模型和简化模型2计算出的构件内力则相差很小;
③表3主要反映的是屋面斜板对屋面斜梁内力的影响。从中可以看出,由于屋面斜板定 义了弹性板6,从而使采用简化模型计算的梁内力值明显大于采用真实模型计算的梁内力值。
第十三章 次梁按主梁输和按次梁输的区别
(一)导荷方式相同
这两种输入方式形成的次梁均可将楼板划分成双向或单向板,以双向或单向板的方式进行导荷。
(二)空间作用不同
⑴次梁按次梁输时,输入的次粱仅仅将其上所分配的荷载传递到主梁上,次梁本身的刚度不代入空间计算中,即对结构的刚度、周期、位移等均不产生影响。
⑵次梁按主梁输时,输入的次梁本身的刚度参与到空间计算中,即对结构的刚度、周期、位移等均会产生影响。 (三)内力计算不同
⑴次梁按次梁输时,次梁的内力按连续梁方式一次性计算完成,主梁是次梁的支座。 ⑵次梁按主梁输时,程序不分主次梁,所有梁均为主梁。梁的内力计算按照空间交叉梁系方式进行分配。即根据节点的变形协调条件和各梁线刚度的大小进行计算。主梁和次梁之间没有严格的支座关系。 (四)工程实例
⑴本工程实例主要用于说明为什么有些悬挑梁在计算时没有按悬挑梁计算?
该工程局部悬挑梁的布置如图1所示(图略,图1显示的局部悬挑梁布置是平行的三道梁,上下两道为框架梁,中间为支承在另一方向上的框架梁上的连续梁,均有挑梁)。 ⑵计算结果
如上图所示,从主框架梁中间悬挑出去的梁端负筋明显小于从柱悬挑出去的梁端负筋。 以下是这两种梁的内力计算结果:
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表1 图中中间悬挑梁内力值 截面号/I/1/2/3/4/5/6/7/J/
-M/-61.0/-52.2/-43.9/-36.3/-29.8/-24.3/-19.6/-15.6/-12.4/
Top Ast/652/652/652/652/652/652/652/652/652/
+M/0.0/0.8/1.5/1.9/2.1/1.9/1.5/0.8/0.0/ Btm Ast/652/652/652/652/652/652/652/652/652/ Shear/40.0/38.2/35.6/32.2/27.9/23.7/20.2/17.6/15.9/ Asv/61.4/61.4/61.4/61.4/61.4/61.4/61.4/61.4/61.4/
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表2 图中下部悬挑梁内力值 截面号/I/1/2/3/4/5/6/7/J/
-M/-61.0/-52.2/-43.9/-36.3/-29.8/-24.3/-19.6/-15.6/-12.4/
Top Ast/652/652/652/652/652/652/652/652/652/
+M/0.0/0.8/1.5/1.9/2.1/1.9/1.5/0.8/0.0/ Btm Ast/652/652/652/652/652/652/652/652/652/ Shear/40.0/38.2/35.6/32.2/27.9/23.7/20.2/17.6/15.9/ Asv/61.4/61.4/61.4/61.4/61.4/61.4/61.4/61.4/61.4/
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⑶内力分析
通过梁的内力文件可以看出,从主框架梁中间悬挑出去的梁端负弯矩明显小于从柱悬挑出去的梁端负弯矩。
这主要是因为当这两种悬桃梁都按主梁输时,梁的内力计算按照空间交叉梁系方式进行计算。由于柱的线刚度大,变形小,因此对悬挑梁的约束能力强,则相应的梁端负弯矩大。而主框架梁的平面外抗扭刚度小,变形大,因此对悬桃梁的约束能力低,则相应的梁端负弯矩就小。
第十四章 不规则结构方案调整的几种主要方法
(一)工程算例1
⑴工程概况:某工程为一幢高层住宅建筑,纯剪力墙结构,结构外形呈对称Y形。一层地下室,地上共23层,层高2.8m。工程按 8度抗震烈度设防,地震基本加速度为0.2g,建筑抗震等级为二级,计算中考虑偶然偏心的影响。其结构平面图如图1所示。(图略) ⑵这个工程的主要特点是: ①每一个楼层沿Y向对称。
②结构的角部布置了一定数量的角窗。
③结构平面沿Y向凹进的尺寸10.2m,Y向投影方向总尺寸为22.3m。开口率达45%,大于相应投影方向总尺寸的30%,属于平面布置不规则结构,对结构抗震性能不利。 ⑶本工程在初步设计时,结构外墙取250厚,内墙取200厚。经试算结果如下: 结构周期:
T1=1.4995s,平动系数:0.21(X),扭转系数:0.79 T2=1.0954s,平动系数:0.79(X),扭转系数:0.21
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T3=1.0768s,平动系数:1.00(Y),扭转系数:0.00 周期比:T1/T2=1.37, T1/T3=1.39 最大层间位移比:1.54 最大值层间位移角:1/1163
⑷通过对上述计算结果的分析可以看出,该结构不仅周期比大于规范规定的0.9限值,而且在偶然偏心作用下的最大层间位移比也超过1.5的最高限值。
经过分析我们得知,之所以产生这样的结果,主要是由于结构的抗扭转能力太差引起的。 ⑸为了有效地提高结构的抗扭转能力,经与建筑协商,在该结构的深开口处前端每隔3层布置两道高lm的拉梁,拉梁间布置200mm厚的连接板(如图2所示)。(图略) 经过上述调整后,计算结果如下:
T1=1.3383s,平动系数:0.22(X),扭转系数:0.78 T2=1.0775s,平动系数:0.78(X),扭转系数:0.22 T3=1.0488s,平动系数:1.00(Y),扭转系数:0.00 周期比:T1/T2=1.24,T1/T3=1.28 最大层间位移比:1.48 最大值层间位移角:1/1250
⑹从上述结果中可以看出,由于设置了拉梁和连续板,使结构的整体性有所提高,抗扭转能力得到了一定的改善。结构的周期比和位移比有所降低,但仍不满足要求。
经过分析得知,一方面,必须进一步提高结构的抗扭转能力以控制周期比;另一方面,结构的最大位移值出现在角窗部位,因此,控制最大位移值就成为改善位移比的关键。 为此,对本工程采取如下措施:
①尽量加大周边混凝土构件的刚度。具体做法是将结构外围剪力墙厚增加到300以提高抗扭转的能力。
②将转角窗处的折梁按反梁设计,其断面尺寸由原来的200×310改为350×1000,从而控制其最大位移。
③将外墙洞口高度由2490mm降为2000mm,以增大周边构件连梁的刚度。 ④加大结构内部剪力墙洞口的宽度和高度,以降低结构内部的刚度。 经过上述调整后,计算结果如下:
T1=1.0250s,平动系数:1.00(X),扭转系数:0.00 T2=0.9963s,平动系数:1.00(Y),扭转系数:0.00 T3=0.8820s,平动系数:0.00, 扭转系数:1.00 周期比:T3/T1=0.86;T3/T2=0.88 最大层间位移比:1.29 最大值层间位移角:1/1566
该工程最大层间位移比为1.29,根据《复杂高层建筑结构设计》建议的表7.2.3(如下表所示)可知,本工程在小震下最大水平层间位移角限值为1/1240,满足要求。
表7.2.3
扭转变形指标 ξ=Umax/U/1.2/1.3/1.4/1.5/1.6/1.7/1.8/ 中震下最大水平层间位移角限值/2.8/2.26/1.81/1.4/1.05/0.74/ 小震下最大水平层间位移角限值/1/1/1.24/1/1.55/1/2/1/2.67/1/3.78/1/6
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