新规范的计算问题及其处理办法课件.ppt
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- 规范 计算 问题 及其 处理 办法 课件
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1、2010新规范的新规范的计算问题及处理办法计算问题及处理办法 广东省建筑设计研究院作为广东省建筑设计研究院作为抗规抗规和和高规高规的参编单位,积极参与了新规范的编制工作。特别的参编单位,积极参与了新规范的编制工作。特别是一年来,对新规范的可操作性做了大量的工作,是一年来,对新规范的可操作性做了大量的工作,并对新规范应用过程中可能遇到的问题及其处理办并对新规范应用过程中可能遇到的问题及其处理办法做了详细的总结。法做了详细的总结。今天讲座内容涉及今天讲座内容涉及建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范、混混凝土结构设计规范凝土结构设计规范和和高层建筑混凝土结构技术高层建筑混凝土结构技术规程规程 3 3本新
2、规范本新规范。希望通过今天的讲座,帮助大家完成旧规范计希望通过今天的讲座,帮助大家完成旧规范计算到新规范计算的转换算到新规范计算的转换 。讲座包括讲座包括7 7方面的主要内容方面的主要内容:一、第一、第1 1次以规范的形式确定基于性能的抗震设计方法次以规范的形式确定基于性能的抗震设计方法;二、新规范如何真正实现强柱弱梁?二、新规范如何真正实现强柱弱梁?三、取消楼面无限刚假定三、取消楼面无限刚假定(全弹性是抗震计算基本假定全弹性是抗震计算基本假定););四、如何进行楼梯构件的抗震承载力验算?四、如何进行楼梯构件的抗震承载力验算?五、新规范设计中一些概念的变化五、新规范设计中一些概念的变化;六、新
3、规范新增的计算内容六、新规范新增的计算内容;七、新旧规范设计含钢量的变化。七、新旧规范设计含钢量的变化。一、第一、第1 1次以规范的形式确定基于性能的抗震设计方法次以规范的形式确定基于性能的抗震设计方法 1.1.基于性能设计的国内外应用现状;基于性能设计的国内外应用现状;2.2.抗规抗规如何规定抗震性能目标如何规定抗震性能目标?3.3.介绍性能设计的计算方法;介绍性能设计的计算方法;4.4.工程实例中进行不同性能目标的计算对比。工程实例中进行不同性能目标的计算对比。美国加州结构工程师协会美国加州结构工程师协会(SEAOC)19951995年提出年提出;一直受到美国、日本、欧洲、新西兰、中国等国
4、重视一直受到美国、日本、欧洲、新西兰、中国等国重视;已经被美国和日本以规范的形式确认已经被美国和日本以规范的形式确认;正被我国以规范的形式确认正被我国以规范的形式确认。1.1.基于性能设计的国内外应用现状基于性能设计的国内外应用现状2.2.抗震性能目标抗震性能目标 1 1)旧规范的)旧规范的“小震不坏,中震可修、大震不倒小震不坏,中震可修、大震不倒”也也是一种性能目标是一种性能目标,新规范更加完善和系统;,新规范更加完善和系统;2)新抗附录新抗附录M提出了提出了4个性能目标等级、个性能目标等级、3个个地震水地震水准、准、7个性能水准(个性能水准(7种计算方法种计算方法)。)。性能目标 性能水准
5、地震水准性能1性能2性能3性能4多遇地震1111设防烈度地震2345预估的罕遇地震3567图示:图示:1-4个性能目标等级、个性能目标等级、3地震水准、地震水准、7个个性能水准性能水准(计算方法计算方法)1 17性能水准性能水准性能目标增高性能目标增高罕遇罕遇设防设防多遇多遇性能性能4性能性能3性能性能2性能性能1结构性能增加结构性能增加地震作用增加地震作用增加1 11 11 12 23 34 45 53 35 56 67 7罕遇地震、性能1、方法3目标最高7 7性能水准性能水准(计算方法计算方法)结构预期的震后性能状况结构预期的震后性能状况抗震性能抗震性能水准水准宏观损坏程度宏观损坏程度承载
6、力要求承载力要求第第1水准水准小震完好小震完好按常规设计按常规设计第第2水准水准中震完好中震完好承载力承载力按抗震等级调整地震效应的设计值按抗震等级调整地震效应的设计值复核,不计复核,不计入风荷载效应入风荷载效应第第3水准水准基本完好基本完好承载力承载力按不计抗震等级调整地震效应的设计值按不计抗震等级调整地震效应的设计值复核,复核,不计入风荷载效应不计入风荷载效应第第4水准水准轻微轻微损损坏坏承载力承载力按标准值按标准值复核,不计入风荷载效应复核,不计入风荷载效应第第5水准水准轻轻中等破坏中等破坏承载力承载力按极限值按极限值复核,不计入风荷载效应复核,不计入风荷载效应第第6水准水准中等破坏中等
7、破坏承载力承载力达到极限值后能维持稳定达到极限值后能维持稳定,降低少于,降低少于5%,不,不计入风荷载效应计入风荷载效应第第7水准水准不严重不严重破坏破坏承载力承载力达到极限值后基本维持稳定达到极限值后基本维持稳定,降低少于,降低少于10%,不计入风荷载效应不计入风荷载效应1)1)详细定义了每种计算对应的宏观损坏程度、内力组合和材料强度的取值详细定义了每种计算对应的宏观损坏程度、内力组合和材料强度的取值;2)2)如第如第3 3水准水准:不计设计内力调整和风荷载效应,取设计内力和设计材料强度。不计设计内力调整和风荷载效应,取设计内力和设计材料强度。3.性能设计的计算方法性能设计的计算方法 计算方
8、法分为两类:基于荷载和基于位移的计算方法。计算方法分为两类:基于荷载和基于位移的计算方法。1)41)4种基于性能的抗震设计方法种基于性能的抗震设计方法 a a、振型分解方法、振型分解方法7 7水准弹性分析和设计水准弹性分析和设计(GSSAP):(GSSAP):i i、弹性反应谱分析、弹性反应谱分析 iiii、弹性动力时程分析、弹性动力时程分析 iiiiii、竖向地震计算、竖向地震计算 b b、静力弹塑性分析(、静力弹塑性分析(PUSHOVERPUSHOVER)和能力谱方法)和能力谱方法 (GSNAP);(GSNAP);c c、动力弹塑性分析、动力弹塑性分析(GSNAP);d d、结构弹性、弹塑
9、性的静力、动力抗震试验。、结构弹性、弹塑性的静力、动力抗震试验。2)通用计算通用计算GSSAP 如何实现如何实现7水准弹性计算?水准弹性计算?地震信息中增加两参数:地震水准和性能地震信息中增加两参数:地震水准和性能要求,实现要求,实现抗规抗规附录附录M的性能计算。的性能计算。常规设计选择:多遇和性能1抗规抗规性能设计过程中性能设计过程中3种内力的选择种内力的选择(由大到小由大到小)有:有:a、调整后的设计内力、调整后的设计内力 b、未调整的设计内力、未调整的设计内力 c、标准内力。、标准内力。材料强度的选择材料强度的选择(由小到大由小到大)有:有:设计强度、标准强度和极限强度。设计强度、标准强
10、度和极限强度。性能水准性能水准宏观损坏程度宏观损坏程度承载力计算承载力计算第第1水准水准小震完好小震完好按常规设计按常规设计第第2水准水准中震完好中震完好承载力按抗震等级调整地震效应的设计值复核,不承载力按抗震等级调整地震效应的设计值复核,不计入风荷载效应计入风荷载效应第第3水准水准基本完好基本完好承载力按不计抗震等级调整地震效应的设计值复核,承载力按不计抗震等级调整地震效应的设计值复核,不计入风荷载效应不计入风荷载效应第第4水准水准轻微轻微损损坏坏承载力按标准值复核,不计入风荷载效应承载力按标准值复核,不计入风荷载效应第第5水准水准轻轻中等破坏中等破坏承载力按极限值复核,不计入风荷载效应承载
11、力按极限值复核,不计入风荷载效应第第6水准水准中等破坏中等破坏承载力按极限值的承载力按极限值的1.05倍复核倍复核,不计入风荷载效应,不计入风荷载效应第第7水准水准不严重不严重破坏破坏承载力按极限值的承载力按极限值的1.1倍复核倍复核,不计入风荷载效应,不计入风荷载效应 新抗新抗5.5.25.5.2应进行弹塑性变形验算的结构:应进行弹塑性变形验算的结构:a)8a)8度度、类场地和类场地和9 9度时高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向度时高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架排架;b)7-9b)7-9度时楼层度时楼层屈服强度系数小于屈服强度系数小于0.5 0.5 的钢筋混凝土框架结构的钢筋混凝土框架结
12、构;c)c)高度大于高度大于150m 150m 的结构的结构(此条为新增内容此条为新增内容);d)d)甲类建筑和甲类建筑和9 9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构;e)e)采用隔震和消能减震设计的结构。采用隔震和消能减震设计的结构。3)弹塑性计算弹塑性计算GSNAP的静力弹塑性分析的静力弹塑性分析(PUSHOVER)和能力谱方法)和能力谱方法 实现第二阶段弹塑性变形验算实现第二阶段弹塑性变形验算平时计算常碰到的情况弹塑性计算弹塑性计算GSNAP的静力弹塑性分析的静力弹塑性分析(PUSHOVER)和能力谱方法)和能力谱方法单元模型:a)梁、杆、柱、撑采用
13、纤维束模型;b)剪力墙、楼板采用弹塑性壳单元。接力GSSAP自动读取钢筋,考虑全弹塑性模型。UNFVbVbUN顶点推覆曲线1)对水平力对水平力高规高规要求采用:地震剪力换算的要求采用:地震剪力换算的水平力;水平力;2)得到弹塑性下的顶点位移荷载曲线;得到弹塑性下的顶点位移荷载曲线;3)根据位移荷载曲线转换为加速度根据位移荷载曲线转换为加速度-位移曲线(能位移曲线(能力谱)力谱)需求谱1)将反应谱的加速度将反应谱的加速度-周期曲线转换为加速度周期曲线转换为加速度-位位移曲线;移曲线;2)实际我们习惯看反应谱的加速度实际我们习惯看反应谱的加速度-周期曲线;周期曲线;3)所以位移荷载曲线进一步转换为
14、加速度所以位移荷载曲线进一步转换为加速度-周期曲周期曲线,进行如下抗倒塌验算。线,进行如下抗倒塌验算。周期-影响系数曲线需求谱曲线周期-最大位移角曲线周期-加速度曲线能力曲线T影响系数1/105等效单自由度体系验算曲线层间位移角 a)a)需求谱曲线(周期需求谱曲线(周期-影响系数曲线)影响系数曲线)结构在静力推覆分析过程中,随着结构的破坏、结构阻尼的增加、结构自振周期的变化,反映出结构在设计烈度大震下的弹塑性最大水平地震影响系数曲线。该曲线综合反映了结构弹塑性变形过程中地震作用变化的情况。(弹塑性有效阻尼对应的需求谱弹塑性有效阻尼对应的需求谱)b)能力曲线(周期能力曲线(周期-加速度曲线)加速
15、度曲线)基于等效单质点体系综合统计出的结构周期加速度曲线。随着结构进入弹塑性状态,结构的自振周期、顶点加速度反应也发生变化,当该曲线穿过需求普曲线时,说明结构能够抵抗设计烈度的大震,否则就认为不能抵抗设计烈度的大震情况。越早穿过需求普曲线,说明结构抵抗大震的能力越强,当曲线趋于水平时,说明结构接近破坏、倒塌;结构抗倒塌验算结构抗倒塌验算 c)周期周期-最大层间位移角曲线最大层间位移角曲线基于等效单质点体系综合统计出的结构周期顶点位移曲线。随着结构进入弹塑性状态,结构的自振周期、顶点位移反应也发生变化,竖向连接需求谱与能力谱曲线的交点,则该点的层间位移值可以理解为抵抗设计烈度大震时的结构弹塑性层
16、间位移,也可以把该点的层间位移角与规范限值比较,比规范小则满足设计要求,反之则认为不满足设计要求。4)不同性能目标的计算对比不同性能目标的计算对比a)性能水平性能水平1-4的计算算例:的计算算例:20层框剪结构,设防层框剪结构,设防烈度烈度8度,抗震等级度,抗震等级3级级层层2 2柱柱2121各性能目标下最大轴力、配筋和轴压比比较各性能目标下最大轴力、配筋和轴压比比较N(kN)B边(mm)轴压比多遇地震1399.661703.810.27设防地震性能11734.453230.830.34设防地震性能21734.452420.140.34设防地震性能31408.961936.210.19设防地震
17、性能41408.961465.550.15罕遇地震性能12383.634950.180.46罕遇地震性能21908.333005.540.20罕遇地震性能31908.332839.310.19罕遇地震性能41908.332690.190.18表中可见,该柱按照规范多遇地震设计的配筋(1703)满足中震性能4(1465)要求,但不满足大震性能4(2690)要求。b)b)静力推覆算例:框架静力推覆算例:框架结构实际工程结构实际工程材 料 参 数:梁、柱 主 筋 采 用300Mpa,梁、柱箍筋和板钢筋采用210Mpa,钢筋蜕化系数0.015;梁板混凝土强度等级为C25,柱混凝土强度等级为C30。模
18、型 参 数:柱 有 两 种 截 面400*600(mm)和600*500(mm),梁的截面为200*600(mm),层高3米,总层数为11层,柱底嵌固。梁、柱单元剖分尺寸小于2米。计算模型xyPushover分析 荷载定义:沿X向作用倒三角形水平荷载;1、5个计算软件比较:荷载顶层位移和最大层间位移角;2、纤维束模型的结构极限承载力明显比塑性铰模型要大,原因在于塑性铰模型在C点会马上失去承载力,而纤维束模型由于钢筋的延性不会突然失去承载力;荷载柱顶位移曲线层间位移角各阶段的位移和基底剪力比较各阶段的位移和基底剪力比较二、新规范如何真正实现强柱弱梁?二、新规范如何真正实现强柱弱梁?1.提高框架结
19、构柱的设计内力调整;提高框架结构柱的设计内力调整;2.考虑压筋对梁抗弯承载力的贡献;考虑压筋对梁抗弯承载力的贡献;3.考虑板对梁承载力计算的贡献;考虑板对梁承载力计算的贡献;4.新的梁挠度和裂缝计算。新的梁挠度和裂缝计算。1 1、提高框架结构柱的设计内力调整、提高框架结构柱的设计内力调整 旧抗旧抗6.2.26.2.2柱端弯矩增大系数,一级取1.4,二级取1.2,三级取1.1。新抗新抗6.2.26.2.2 框架柱端弯矩增大系数;对框架结构,一级取1.7,二级取1.5,三级取1.3,四级取1.2;其他结构类型中的框架,一级取1.4,二级取1.2,三、四级取1.1。1)框架增大了20%;2)其它增加
20、了四级调整。新旧规范框架结构设计内力调整对比新旧规范框架结构设计内力调整对比:(增大系数的推导过程):(增大系数的推导过程)抗震等级抗震等级旧规范旧规范弯矩弯矩新规范新规范弯矩弯矩旧规范旧规范剪力剪力新规范新规范剪力剪力特一特一1.41.2=1.681.71.2=2.041.681.41.2=2.8222.041.51.2=3.6729度一度一1.21.11.1=1.4521.71.1=1.871.4521.452=2.1082.551.1=2.805一一1.41.71.41.4=1.961.71.5=2.55二二1.21.51.21.2=1.441.51.3=1.95三三1.11.31.11
21、.1=1.211.31.2=1.56四四1.21.21.1=1.32 实际工程看内力和钢筋增大多少:实际工程看内力和钢筋增大多少:7 7层框层框架结构,设防烈度架结构,设防烈度7 7度,抗震等级度,抗震等级2 2级级1)1)算例中弯矩增大了算例中弯矩增大了2525%(1.5/1.2=1.251.5/1.2=1.25),配筋增大了配筋增大了38%38%;2)2)结论:一般工程中弯矩增大结论:一般工程中弯矩增大20%20%左右,配筋增大左右,配筋增大30%30%。N(kN)Mx(kN.m)B边配筋面积(mm2)旧规范-485-189929新规范-485-2371285增大比例25%38%2 2、考
22、虑梁压筋对梁抗弯承载力的贡献、考虑梁压筋对梁抗弯承载力的贡献 新混新混6.2.10 6.2.10 梁受弯承载力计算包含压筋项,梁受弯承载力计算包含压筋项,可以考虑压筋的贡献。可以考虑压筋的贡献。如何考虑?如何考虑?1)1)实配压筋一般情况下并未达到承载力极限,采用实配压筋一般情况下并未达到承载力极限,采用fyAsfyAs不成立;不成立;2)2)不考虑受压筋计算的受拉筋配筋率不考虑受压筋计算的受拉筋配筋率2%2%,压筋达到承载力极限;,压筋达到承载力极限;3)3)在在0%-2%0%-2%之间按线性插值考虑受压筋比例;之间按线性插值考虑受压筋比例;4)4)按构造要求设定受压和受拉钢筋比例。按构造要
23、求设定受压和受拉钢筋比例。实际工程算例:梁截面实际工程算例:梁截面200X500mm200X500mm,C20C20混混凝土凝土,三级抗震等级三级抗震等级负负弯矩弯矩正正弯矩弯矩-136.25-136.25175.82175.82未考虑压筋的梁配筋面积未考虑压筋的梁配筋面积(cm2)(cm2)12.2712.2717.1417.14考虑压筋的梁配筋面积考虑压筋的梁配筋面积(cm2)(cm2)11.3311.3314.9614.96减少比例减少比例7.7%7.7%12.7%12.7%结论:结论:1)1)配筋一般减少比例配筋一般减少比例10%-20%10%-20%左右;左右;2)2)随配筋率增加,
24、减少比例增加;随配筋率增加,减少比例增加;3)3)计算时考虑的压筋承载力仍偏小,梁计算拉筋还计算时考虑的压筋承载力仍偏小,梁计算拉筋还是偏于保守。是偏于保守。3 3、考虑板对梁承载力计算的贡献、考虑板对梁承载力计算的贡献 新混新混5.2.4 5.2.4 对现浇楼板和装配整体式结构,对现浇楼板和装配整体式结构,宜宜考虑楼板作为翼缘对考虑楼板作为翼缘对梁刚度和梁刚度和承载力的影响承载力的影响。如何考虑?如何考虑?1)1)梁配筋计算可考虑每侧梁配筋计算可考虑每侧3 3倍板厚的影响;倍板厚的影响;2)2)当板为梁的上翼缘时,对于负弯矩当板为梁的上翼缘时,对于负弯矩(支座支座),按板,按板构造钢筋面积考
25、虑对梁的影响,对于正弯矩构造钢筋面积考虑对梁的影响,对于正弯矩(跨跨中中),按板混凝土受压考虑对梁的影响;,按板混凝土受压考虑对梁的影响;3)3)当板为梁的下翼缘时,对于负弯矩,按板混凝土当板为梁的下翼缘时,对于负弯矩,按板混凝土受压考虑对梁的影响,对于正弯矩,按板构造钢受压考虑对梁的影响,对于正弯矩,按板构造钢筋面积考虑对梁的影响。筋面积考虑对梁的影响。1)考虑上下翼缘的不同影响;2)考虑两侧相邻板不同标高的影响。在总信息中可选择:梁配筋计算考虑板的影响,在总信息中可选择:梁配筋计算考虑板的影响,建议考虑。建议考虑。实际工程:梁截面实际工程:梁截面200X500mm200X500mm,C20
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