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1剪力墻計(jì)算模型

本工程采用SATWE軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。基于組合有限元法建立空間組合結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，梁、柱仍采用空間桿單元，由于采用薄壁桿件代表剪力墻遇到上下洞口錯位大、框支剪力墻等問題，采用墻元模型是將剪力墻視為若干墻體組成墻組，以節(jié)點(diǎn)支撐傳遞上下的內(nèi)力，分析精度提高。薄壁桿件模型將剪力墻視為桿件，墻元模型以豎向位移為未知量，多點(diǎn)傳力，變形協(xié)調(diào)。高層建筑結(jié)構(gòu)考慮樓板變形，采用空間板殼單元模擬。計(jì)算模型考慮空間扭轉(zhuǎn)變形的同時也要考慮樓板變形，對計(jì)算條件要求更高，適用于樓板開有大洞口結(jié)構(gòu)和復(fù)雜剪力墻結(jié)構(gòu)等。本工程為剪力墻結(jié)構(gòu)采用墻元模型計(jì)算分析。

2軟件計(jì)算參數(shù)選取分析

2.1地震信息輸入

①考慮偶然偏心和雙向地震作用。對于高層建筑結(jié)構(gòu)，考慮偶然偏心計(jì)算出位移比大于1.2，說明結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度分布不均勻，抗扭能力較差，此時應(yīng)該計(jì)入偶然偏心的影響。②高層建筑振型計(jì)算個數(shù)。振型組合數(shù)如果取值小不能全面反映整體結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果失真，如果計(jì)算個數(shù)過多會增加計(jì)算時間，消耗計(jì)算機(jī)資源,具體取值根據(jù)工程規(guī)模、結(jié)構(gòu)規(guī)則性等因素確定。振型數(shù)太少不能正確考慮模型最大地震作用情況，本工程計(jì)算振型個數(shù)取15個。③周期折減系數(shù)。框架結(jié)構(gòu)中填充墻數(shù)量較多，故折減系數(shù)較小，剪力墻結(jié)構(gòu)中填充墻較少，通常折減系數(shù)取0.9-1.0之間，具體取值多少需要根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)中填充墻多少及對結(jié)構(gòu)剛度影響程度來確定。綜合考慮上述因素本工程為落地剪力墻結(jié)構(gòu)，填充墻較少取0.98。④結(jié)構(gòu)阻尼比。阻尼存在延緩結(jié)構(gòu)破壞，延性得到提高。在設(shè)計(jì)地震反應(yīng)譜時假定普通結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05，軟件默認(rèn)值也為0.05。本工程結(jié)構(gòu)阻尼比取0.05。

2.2設(shè)計(jì)信息

①梁剛度放大系數(shù)。采用剛性樓板假定計(jì)算樓板自身剛度沒有考慮到主體結(jié)構(gòu)中，規(guī)范規(guī)定通過采用放大梁剛度方法來近似考慮樓板剛度對結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)。在計(jì)算時梁按未考慮剛度放大前數(shù)值計(jì)算，如果不乘剛度放大系數(shù)梁承載力仍能滿足荷載組合作用下設(shè)計(jì)要求，說明梁不存在安全隱患。本工程梁剛度放大系數(shù)取1.5。②連梁剛度折減系數(shù)。為保證連梁在正常使用狀態(tài)下不發(fā)生開裂或開裂變形在一定范圍內(nèi)，該參數(shù)取值不宜小于0.5，實(shí)際工程設(shè)計(jì)時取0.7。此項(xiàng)系數(shù)大小對于以墻體開洞方式形成連梁和以普通梁方式輸入連梁都起作用。本工程取0.7。③梁扭矩折減系數(shù)。若現(xiàn)澆樓板按樓板剛性假定計(jì)算，考慮到受力過程中樓板和梁共同抵抗扭矩而對梁扭矩值進(jìn)行折減，參數(shù)取值范圍一般為0.4-1.0。定義彈性樓板，在計(jì)算時考慮樓板和梁抗扭作用，所以梁扭矩值無需再折減。本工程取0.4。

3計(jì)算結(jié)果分析

3.1周期和周期比計(jì)算結(jié)果分析

結(jié)構(gòu)自振周期主要與自身質(zhì)量、剛度有關(guān)，質(zhì)量越大周期越大，剛度越大周期越小。本工程周期比為1.9794/2.4460=0.81滿足要求。如果計(jì)算結(jié)果超出規(guī)范規(guī)定范圍，說明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，通過增加結(jié)構(gòu)外圍主要構(gòu)件剛度，減小內(nèi)部主要構(gòu)件剛度來提高整體抗扭能力。

3.2位移計(jì)算結(jié)果分析

本工程樓層位移和層間位移比計(jì)算結(jié)果豎向均勻布置，沒有非常明顯剛度和質(zhì)量突變，經(jīng)軟件計(jì)算后輸出位移圖形光滑，沒有嚴(yán)重畸變點(diǎn)。由于建筑平面呈一字型布置，在確定設(shè)計(jì)方案時有一定處理，X方向抗側(cè)剛度還是大于Y方向，結(jié)構(gòu)X方向最大位移值和層問位移比計(jì)算值均比Y方向小。經(jīng)軟件計(jì)算發(fā)現(xiàn)最大位移或?qū)娱g位移比超過限值，考慮適當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗側(cè)能力，采取結(jié)構(gòu)方案適當(dāng)調(diào)整，加大主要抗側(cè)構(gòu)件尺寸等措施。

3.3側(cè)移剛度計(jì)算結(jié)果分析

規(guī)范規(guī)定高層建筑結(jié)構(gòu)層間側(cè)向剛度不宜小于相鄰樓層70％或其上部三層相鄰樓層80％；對于計(jì)算分析存在薄弱層則按規(guī)定將樓層剪力計(jì)算值再乘以1.15增大系數(shù)，計(jì)算結(jié)果仍然要滿足剪重比規(guī)定以保證薄弱樓層抗震能力。為保證結(jié)構(gòu)豎向均勻布置，避免剛度有突變存在，突變處由于在地震作用下變形一致容易破壞。由于本工程結(jié)構(gòu)豎向布置均勻，未形成薄弱層。

3.4剪重比計(jì)算結(jié)果分析

采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算自振周期長結(jié)構(gòu)時，由于地震影響系數(shù)取值偏小，相應(yīng)地震作用計(jì)算值偏低，按照規(guī)范規(guī)定本工程剪重比最小值為0.024。若軟件計(jì)算剪重比結(jié)果小于規(guī)范要求時說明結(jié)構(gòu)剛度相對于水平地震剪力過小，結(jié)構(gòu)不安全；但剪重比過分大，雖然結(jié)構(gòu)剛度好但經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較高宜適當(dāng)減少墻、柱等豎向構(gòu)件截面面積達(dá)到節(jié)省工程造價(jià)目的。本工程地上主體結(jié)構(gòu)一層為第4層，剪重比計(jì)算結(jié)果滿足相應(yīng)要求。X方向有效質(zhì)量系數(shù)99.49％，Y方向有效質(zhì)量系數(shù)99.47％。

3.5剛重比計(jì)算結(jié)果分析

高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自身重量很大，如果沒有側(cè)向荷載作用，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好不會發(fā)生失穩(wěn)破壞，但在風(fēng)或地震等水平荷載作用下結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生側(cè)移，由于自身強(qiáng)大慣性產(chǎn)生明顯二階效應(yīng)。為保證結(jié)構(gòu)良好抗震抗風(fēng)性能，需要控制二階效應(yīng)影響，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生整體側(cè)向位移變形時失穩(wěn)倒塌。本工程X向剛重比EJd/GH**2=6.47，Y向剛重比EJd/GH**2=6.42，二者都大于1.4，能夠通過結(jié)構(gòu)整體地穩(wěn)定性驗(yàn)算，都大于2.7，可以不考慮重力二階效應(yīng)。

4結(jié)論

本章結(jié)合實(shí)際工程，通過PKPM系列軟件中的PM－CAD對結(jié)構(gòu)建立模型，并在軟件中進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)合實(shí)際工程詳細(xì)說明軟件計(jì)算參數(shù)的選取，得到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果分析數(shù)據(jù)，通過分析軟件計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性來推測結(jié)構(gòu)方案中存在問題，更好地為設(shè)計(jì)者提供參數(shù)。

作者：張慧琦梅長騫單位：撫順市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司