三种刚度比理解与应用.docx

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三种刚度比理解与应用

三种刚度比理解与应用

但SATWE软件并未提供转换层下部侧向位移Δ1与上部侧向位移Δ2，需要通过各层剪弯刚度转换而来，具体计算方法如下：

；

②当转换层设置在第2层以上时，按

（1）式计算的转换层与其相邻的侧向刚度比不应小于0.6。

（1）

SATWE软件的结构总信息：

相应塔侧移刚度的比值为：

Ratx1，Raty1；

相应侧移刚度和扭转刚度（地震剪力与地震层间位移的比）：

RJX3，RJY3，RJZ3；

2.SATWE软件所采用的计算方法：

高位侧移刚度的简化计算

　　3.应用范围：

可用于执行《高规》第E.0.2条规定的工程的刚度比的计算。

四、《上海规程》对刚度比的规定

《上海规程》中关于刚度比的适用范围与国家规范的主要不同之处在于：

1.《上海规程》第6.1.19条规定：

地下室作为上部结构的嵌固端时，地下室的楼层侧向刚度不宜小于上部楼层刚度的1.5倍。

2.《上海规程》已将三种刚度比统一为采用剪切刚度比计算。

五、工程算例：

1.工程概况：

某工程为框支剪力墙结构，共25层（包括二层地下室），地上第四层为框支转换层。

结构三维轴测图、第四层及第五层平面图如图1所示（图略）。

该工程的地震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.15g.

2.负2～11层X向刚度比的计算结果：

表1为SATWE软件计算的三种刚度，第一段为地震剪力与地震层间位移比的算法，第二段为剪切刚度，第三段为剪弯刚度。

表1：

SATWE计算刚度

层数

层高

地震剪力与地震层间位移比

剪切刚度

剪弯刚度

RJX3

（×106）

Ratx1

Ratx2

薄弱层

RJX1

（×107）

Ratx

薄弱层

RJX2

（×107）

转换层侧向位移（×107）

薄弱层

-2

4.8

75.599

2.9124

2.4162

否

11.595

1.0000

否

20.977

否

-1

4.5

37.082

5.8211

4.5275

否

12.368

1.0667

否

23.354

否

1

4.5

9.1005

1.9681

1.5307

否

5.6580

1.0000

否

8.2784

否

2

4.5

6.6057

1.7567

1.0000

否

5.6576

1.0000

否

8.0260

否

3

4.5

5.3657

1.4973

1.1981

否

5.6576

1.0000

否

8.0656

否

4

5.4

4.1467

1.1619

1.3903

否

4.7147

0.8333

是

6.6503

是

5

3.9

4.5885

1.3822

1.4093

否

6.5885

1.3974

否

7.4734

否

6

3.0

4.7028

1.5937

1.2769

否

8.5923

1.3041

否

8.5324

否

7

3.0

4.0923

1.5293

1.2444

否

8.5923

1.0000

否

8.4538

否

8

3.0

3.6539

1.4830

1.2229

否

8.5923

1.0000

否

8.5137

否

9

3.0

3.3198

1.4436

1.2051

否

8.5923

1.0000

否

8.5134

否

10

3.0

3.0608

1.4081

1.1895

否

8.5923

1.0000

否

8.4538

否

11

3.0

2.8591

1.3753

1.1749

否

8.5923

1.0000

否

8.5137

否

注：

1.其中RJX是结构总体坐标系中塔的侧移刚度；Ratx1为本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均刚度80%的比值中的较小者。

2.SATWE软件在进行“地震剪力与地震层间位移比”的计算时“地下室信息”中的“回填土对地下室约束相对刚度比”里的值填“0”；

3.在SATWE软件中没有单独定义薄弱层层数及相应的层号；

4.本算例主要用于说明三种刚度比在SATWE软件中的实现过程，对结构方案的合理性不做讨论。

3.计算结果分析

①按不同方法计算刚度比，其薄弱层的判断结果不同。

②设计人员在SATWE软件的“调整信息”中应指定转换层第四层薄弱层层号。

指定薄弱层层号并不影响程序对其它薄弱层的自动判断。

③当转换层设置在3层及3层以上时，《高规》还规定其楼层侧向刚度比不应小于相邻上部楼层的60%。

这一项SATWE软件并没有直接输出结果，需要设计人员根据程序输出的每层刚度单独计算。

例如本工程计算结果如下：

满足规范要求。

④地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端的判断：

a）采用地震剪力与地震层间位移比

地下室顶板能够作为上部结构的嵌固端

b）采用剪切刚度比

地下室顶板能够作为上部结构的嵌固端

⑤SATWE软件计算剪弯刚度时，H1的取值范围包括地下室的高度，H2则取等于小于H1的高度。

这对于希望H1的值取自0.00以上的设计人员来说，或者将地下室去掉，重新计算剪弯刚度，或者根据程序输出的剪弯刚度，人工计算刚度比。

以本工程为例，H1从0.00算起，采用刚度串模型，计算结果如下：

转换层所在层号为4层（不含地下室），转换层下部起止层号为1～4，H1=18.9m，转换层上部起止层号为5～10，H2=18.9m。

则剪弯刚度比

满足要求。

六、关于三种刚度比性质的探讨

1.地震剪力与地震层间位移比：

是一种与外力有关的计算方法。

规范中规定的Δui不仅包括了地震力产生的位移，还包括了用于该楼层的倾覆力矩Mi产生的位移和由于下一层的楼层转动而引起的本层刚体转动位移。

2.剪切刚度：

其计算方法主要是剪切面积与相应层高的比，其大小跟结构竖向构件的剪切面积和层高密切相关。

但剪切刚度没有考虑带支撑的结构体系和剪力墙洞口高度变化时所产生的影响。

3.剪弯刚度：

实际上就是单位力作用下的层间位移角，其刚度比也就是层间位移角之比。

它能同时考虑剪切变形和弯曲变形的影响，但没有考虑上下层对本层的约束。

三种刚度的性质完全不同，它们之间并没有什么必然的联系，也正因为如此，规范赋予了它们不同的适用范围。

七、地下室嵌固端其它要求

1.《建筑结构施工图设计文件审查常见问题分析》P94页“当满足下列要求时，地下室顶板仍可作为上部结构的嵌固部位：

（1）地下室顶板与室外地面的高差小于地下室层高的1/3，且不大于1.0m“。

2.《建筑结构设计常见及疑难问题分析》P126“

（2）若由于地下室大部分顶板标高降低较多、开大洞、地下室顶板标高与室外地坪的高差大于本层层高的1/3或地下1层为车库（墙体较少）等原因，不能满足地下室顶板作为结构嵌固部位的要求时”

据上1、2条地下室顶板与室外地面的高差是否小于地下室层高的1/3是能否作嵌固的标准之一。

楼板开洞没有量化标准（可按开洞面积不大于30%），楼板错层没有量化标准（可按错层面积不大于30%）。

6.1.14条文解释“一般可从地上结构（主楼、有裙房时含裙房）周边外延不大于20m”注意该“相关范围”与6.1.3条抗震等级“相关范围”的区别，后一个“相关范围”据其条文解释是“裙房与主楼相连的相关范围，一般可从主楼周边外延3跨且不小于20m”。