19第16章混凝土框架设计及壳设计李立课件.docx
- 文档编号:4877430
- 上传时间:2022-12-11
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:1.66MB
19第16章混凝土框架设计及壳设计李立课件.docx
《19第16章混凝土框架设计及壳设计李立课件.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《19第16章混凝土框架设计及壳设计李立课件.docx(28页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
19第16章混凝土框架设计及壳设计李立课件
第16章混凝土框架结构设计及壳设计
16.1混凝土框架结构设计的一般过程
在运行分析以前,设计菜单中的命令为非激活状态。
完成一次分析后,才可对模型进行设计。
混凝土框架结构设计的一般步骤如下:
1)设置混凝土框架设计首选项。
使用选项>首选项>混凝土框架设计命令选择混凝土框架设计规范,并查看其设计首选项,如果有必要可进行修改。
程序已为所有混凝土框架设计首选项提供了默认值,因此无需定义任何首选项,除非需要修改一些默认的数值。
2)查看修改覆盖项。
使用设计>混凝土框架设计>查看/修改覆盖项命令,可以对选定构件的覆盖项进行修改。
使用该命令前,需先选择框架单元,然后再点击此命令查看。
这里可以选择单个构件,也可以选择多个构件,查看修改其覆盖项。
程序已经为全部混凝土框架设计覆盖项提供了默认值,除非希望修改默认值,一般情况下不必人工指定。
3)选择设计组合。
程序会自动生成规范规定的设计荷载组合,若仅按规范规定的组合形式进行设计,可不操作这一步。
但如果需要使用与默认生成项不同的荷载组合,可点击设计>混凝土框架设计>选择设计组合,通过添加或移除按钮对组合列表中的组合形式进行添减。
设计过程中将考虑设计组合列表中的所有组合形式。
4)运行设计。
点击设计>混凝土框架设计>开始结构设计/检查,运行混凝土框架设计。
5)显示设计信息。
运行设计完成以后,程序会自动显示梁柱的纵向配筋值。
也可点击设计>混凝土框架设计>显示设计信息,在弹出对话框中的下拉菜单中选择需要显示的设计结果,其中包括纵向配筋、抗剪配筋、纵向配筋率、轴压比、抗扭配筋等结果。
此外,SAP2000提供了交互式混凝土框架设计和检查功能。
即运行一次设计后,可以对设计参数进行交互式的修改和即时查看修改后的设计结果。
混凝土框架结构的设计过程是一个迭代的过程。
开始分析时所用的截面往往与最终设计时所用的截面不相同。
这里需要明确两个概念:
分析截面和设计截面。
分析截面是前一次分析所采用的截面,设计截面是当前设计所采用的截面。
必须确保使用最终框架截面尺寸进行结构分析,然后用分析所得来的力进行设计或校核。
也就是最终需要将设计截面和分析截面统一。
使用设计>混凝土框架设计>校核分析与设计截面,可以检查此时的设计截面是否与分析截面相同。
如果校核结果存在构件的分析截面与设计截面不符,程序会自动选择这部分构件,将目前设计截面信息替换所有分析截面,重新运行分析,再进行设计就可以了。
16.2设计首选项及设计组合
混凝土框架设计首选项是设计前首先需要查看的内容。
点击选项>首选项>混凝土框架设计,弹出如下对话框(图16-1)。
首选项表格左边一列是各选项的名称,右边一列是其对应的值,当选中某项时,在“项描述”一栏中将出现对选中项的阐述。
当需要修改某项时,可点击该项来激活它,随后进行修改。
各选项的修改形式有两种,一种是选择性的,即点击激活该项后将显示一个下拉菜单,然后可选择菜单中的任意一项,这种形式不能自由填写内容;另一种形式是数据填写,点击激活后,光标将处于该值位置,等待我们改写。
若对首选项进行修改后,若要还原为程序默认值,可点击对话框下端“设置为程序指定(默认)值”一栏中的相应按钮。
若想将首选项的内容还原为前一个指定值,则点击对话框下端“设置为前一个值”一栏中的相应按钮。
图16-1混凝土框架设计首选项对话框
首选项
项目
意义
默认值
设计规范
选择各国设计规范
Chinese2002
时程设计
选择时程分析方法Envelopes/Step-by-Step
Envelopes
相关曲线数
形成相关面所需要的相关曲线数(4或4的倍数)
24
相关点数
形成相关曲线所需要的点数量(奇数)
11
结构重要性系数
对应混凝土规范3.2.1、3.2.3条
1
柱设计步骤
柱设计采用的方法Simplified/AppendixF,即对双向偏心受压构件正截面受压承载力的计算方法可选择简化法和附录F的方法(GB50010-2002第7.3.14条)
Simplified
抗震设计等级
对应抗震规范6.1.2条
GradeI
样式活荷载系数
考虑连续梁和悬臂梁活荷载不利分布的参数(国外规范),中国用户一般取0
0.75
截面承载力利用率
截面承载力面积与截面面积比值
0.95
当所有的选项均定义完毕后,点击确定,程序将退出首选项菜单,并保留所作修改。
若不想保存修改可以点击取消,程序将不保存所作修改。
首选项定义完成后,可以对框架结构本次设计所考虑的荷载组合进行定义。
点击设计>混凝土框架设计>选择设计组合,将弹出如下对话框(图16-2)。
程序默认生成的设计组合以及自定义添加的组合都将出现在右边的“设计组合”一栏中,可使用添加或移除按钮对设计组合列表中的组合项进行增减。
若无需更改,可不进行此项操作。
程序在设计过程中将考虑设计组合列表中的所有组合形式。
图16-2选择设计组合对话框
首选项和设计荷载组合定义完成后便可运行混凝土框架结构设计。
设计完成后,视窗中将自动显示梁柱的纵向配筋值。
16.3交互式设计
设计运行完成后,屏幕将显示每个构件的设计结果。
这时选中某根构件后点击鼠标右键,可进入该构件的交互设计模式。
如果当前没有显示设计结果(而设计已被运行),则可点击设计>混凝土框架设计>交互式混凝土框架设计,然后右键点击框架单元进入该单元的交互式设计模式。
进入交互式设计模式后,梁会弹出如图16-3所示的对话框,柱会弹出如图16-4所示的对话框。
图16-3混凝土梁设计信息对话框
图16-4混凝土柱设计信息对话框
混凝土框架梁(柱)设计信息
项目
意义
FrameID
框架单元的标签
AnalysisSection
分析截面,即前一次分析所采用的截面形式
DesignCode
选择的设计规范
DesignSection
设计截面,即当前设计所采用的截面形式
COMBOID
荷载组合的名称
STATIONLOC
测站位置
TOPSTEEL
顶部配筋,该项仅用于梁,它是指测站上的纵向顶部配筋所需总面积
BOTTOMSTEEL
底部配筋,该项仅用于梁,它是指测站上的纵向底部配筋所需总面积
SHEARSTEEL
抗剪配筋,该项仅用于梁,它是指测站上的每单位长度抗剪配筋所需总面积。
LONGITUDINALREINFORCEMENT
纵向配筋,该项仅用于柱。
MAJORSHEARREINFORCEMENT
主轴方向抗剪配筋,该项仅用于柱,它是柱主方向上的每单位长度抗剪配筋所需总面积
MINORSHEARREINFORCEMENT
次轴方向剪切配筋,该项仅用于柱,它是柱次方向上的每单位长度抗剪配筋所需总面积
覆盖项
查看、修改覆盖项
Summary
设计信息摘要显示输出
弯曲细节
弯曲设计细节显示输出
抗剪细节
抗剪设计细节显示输出
相关
相关性信息显示输出
节点剪力
节点剪力信息显示输出
表数据
表格数据,将设计信息以表格形式显示输出,可导出或打印表格信息
表格式文件
程序以默认或用户自定义的电子表格形式输出构件设计信息
对话框中间位置的活动窗口显示了选中构件的配筋信息输出,它包括选中构件的每个输出站上,每个设计荷载组合所得到的设计信息。
对由程序设计的柱,活动窗口中最初被高亮显示的项目是所需最大纵向钢筋的数据项。
对于程序设计的梁,活动窗口中最初被高亮显示的项目是最大底部配筋的数据项。
对于程序校核的柱,带有最大承载力比的数据最初被高亮显示。
交互式设计的主要访问途径是覆盖项按钮。
点击Concretedesignbeam(column)information对话框中的Overwrites按钮,将弹出混凝土框架设计覆盖项对话框(图16-5)。
图16-5混凝土框架设计覆盖项对话框
覆盖项对话框中列举了可以进行修改的设计参数。
当选中某项时,在右边“项描述”框中会显示对该项的简要阐释。
若想改变某项的值,可点击选中该项进行选择式或填写式修改。
与前面介绍设定首选项的操作相同,若想将某项还原为程序默认值,或还原为前一个指定值,可使用对话框下方“设置为程序指定(默认)值”或“设置为前一个值”一栏中的相关按钮。
覆盖项的修改只应用于被选定的框架结构构件,并且程序已经给各覆盖项指定了默认值,因此往往不需要重新指定所有的覆盖项。
根据需要,当某覆盖项被修改时,程序只将其修改指定给所选择的构件。
点击确定按钮退出混凝土框架设计覆盖项对话框,此时程序会根据新的覆盖项内容对选定杆件进行一次交互式设计,相应地设计细节的输出内容会随之变化。
但此时只是临时考虑覆盖项修改所带来的影响,不会被长期保存。
若继续点击Concretedesignbeam(column)information对话框中的确定按钮,覆盖项的修改才会长期有效。
混凝土框架设计覆盖项
项目
意义
默认值
单元截面类型
已定义的截面
构件截面
抗震设计等级
抗规6.1.2
首选项中的定义
框剪结构SMF
框架承担最小地震剪力调整系数对应高规8.1.4
程序计算
弯矩放大系数
针对框架柱或框支柱的弯矩调整
按规范取值
剪力放大系数
针对框架梁、框架柱的剪力调整
按规范取值
轴力放大系数
针对框支柱的轴力调整
按规范取值
柱相对位置
选择中柱、边柱、角柱、端柱或独立柱。
(CenterColumn、SideColumn、CornerColumnEndColumn、IndividualColumn)
程序自动判断
是否为转换梁或框支柱?
是否按转换梁或框支柱调整设计内力
No
角柱(抗震调整)?
是否按角柱调整设计内力
No
梁重力负弯矩折减系数
梁端弯矩调幅系数
0.85
无支撑长度比(主)
主轴方向净长度比率(去掉节点叠合区域,以及支撑的影响)
程序自动计算
无支撑长度比(次)
次轴方向净长度比率(去掉节点叠合区域,以及支撑的影响)
程序自动计算
有效长度系数(K主)
对应混凝土规范7.3.11-2
按规范取值
有效长度系数(K次)
对应混凝土规范7.3.11-2
按规范取值
扭矩调整系数
对应高规5.2.4,可根据具体情况输入
1
扭矩设计系数(Zeta)
对应混凝土规范7.6.4
按规范取值
闭合箍筋混凝土覆盖层
箍筋钢筋保护层厚度(用于计算受扭时混凝土核心部分周长)
梁30mm柱20mm
执行设计>混凝土框架设计>重置所有覆盖项命令,则所有混凝土框架单元的全部覆盖项都被恢复为默认值,并且所有当前设计结果都将被删除。
16.4中国规范相关信息
16.4.1刚度调整系数
SAP2000中文版允许用户输入适当的比例系数来调整构件的力学属性。
这些属性包括:
1)轴向刚度AE1
2)剪切刚度As2G12和As3G12
3)扭转刚度JG12
4)弯曲刚度I33E1和I22E1
5)截面质量
6)截面重量
用户可以通过调整构件的上述力学属性,来进一步合理地修正分析模型。
对于中国的工程设计人员,根据JGJ3-2002第5.2.2条,楼面中梁的刚度由于考虑楼面的约束作用可予以增大,增大系数可取1.3~2.0。
在SAP2000中,若楼板使用膜单元,未考虑楼板平面外刚度的贡献,与上述规范条文阐述的情况相符,因此可修正杆件相应的惯性矩来增大其弯曲刚度。
具体来讲,即选中需要修正的楼面梁,点击指定>框架/索/钢束>属性修正命令,然后在“输入围绕3轴的惯性矩”一项中输入放大系数。
16.4.2竖向荷载作用下梁弯矩调整
梁端负弯矩调整系数。
装配式整体框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.7~0.8,现浇框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.8~0.9(JGJ3-2002第5.2.3条)。
该系数在程序中的默认值为0.85,用户也可以通过修改覆盖项中“梁重力负弯矩折减系数”来重新指定。
此调整针对竖向荷载作用下的梁端负弯矩进行。
梁端负弯矩调整之后,梁的跨中弯矩会根据内力平衡条件自动进行相应调整。
梁的跨中弯矩调整。
根据JGJ3-2002第5.2.3条,梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩设计值的50%。
此规则程序会自动执行。
16.4.3结构周期比验算
为了控制结构在地震作用下的扭转效应,《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)中第4.3.5条规定,结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9;B及高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。
完成结构分析后,SAP2000中文版会详细输出结构的振型信息,包括平动和扭转周期的数值,用户可根据这些数据对规范此条进行判断。
16.4.4框架构件的抗震等级
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第6.1.2条规定了钢筋混凝土房屋的抗震等级。
《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)4.8节对高层建筑钢筋混凝土结构的抗震等级作了进一步的规定。
总体上将抗震等级划分为特一级、一级、二级、三级和四级(SAP2000中文版相应的代号为:
SuperⅠ、GradeⅠ、GradeⅡ、GradeⅢ和GradeⅣ)。
用户可通过首选项>混凝土框架设计首选项来设定结构的抗震等级,也可以根据实际情况通过交互式设计(即修改覆盖项)来调节个别构件的抗震等级。
16.4.5框架构件的内力调整
构件内力调整的意义在于贯彻结构抗震设计的基本思想,即“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点、强柱根”。
其目的是限制大震下塑性铰出现的部位,避免或减少脆性剪切破坏先于弯曲破坏;加强柱子,推迟塑性铰的形成,预防结构倒塌整体失效。
构件内力调整的基本做法是依据结构类型、抗震设防烈度和房屋高度决定结构抗震等级;然后按抗震等级对结构构件内力进行调整。
抗震等级定义完成后,程序会对框架构件的属性进行判断,然后根据规范对其内力进行调整,调整系数可以在设计细节中查看。
一般框架中的梁、柱构件程序会自动识别,但对于角柱、框支柱等构件需要在覆盖项中人工指定。
另外,在覆盖项中可以人为修改内力调整系数(即覆盖项中的弯矩放大系数、剪力放大系数、轴力放大系数),因此对于一些程序不能自动判断的特殊构件,工程师可以在覆盖项中直接修改其内力调整系数。
16.5设计结果输出
SAP2000中文版的结构设计结果输出方式主要有三种:
图形、表格和文本。
图形输出可以直接将配筋结果,包括梁柱的纵向配筋面积、抗剪配筋面积、纵向配筋率以及柱轴压比等信息在视窗中标识于结构的几何模型上。
表格输出可以将框架结构的分析结果和设计结果以表格的方式输出,输出内容还可以包括模型本身的几何物理信息。
文本输出实际是将表格输出的内容以文本的形式输出,形成指定的文本文件。
下面以图16-6所示的模型为例,介绍混凝土框架结构设计结果的输出。
图16-6混凝土框架设计示例模型
16.5.1图形输出
混凝土框架结构设计运行完成后,程序当前用户界面激活窗口(包括3D视图、平面和立面视图)将自动显示构件纵向配筋结果。
实现图形输出的主要命令是设计>混凝土框架设计>显示设计信息。
设计运行完成后,点击该命令将弹出显示混凝土设计结果对话框,如图16-7所示。
在设计输出的下拉菜单中选择需要图形输出的显示内容,其中包括纵向配筋、抗剪配筋、纵向配筋率、轴压比、抗扭配筋等结果。
注意此时设计结果显示值的单位与视窗右下角的全局单位制一致。
图16-7显示混凝土设计结果对话框
图形输出的显示内容
项目
意义
LongitudinalReinforcing
框架构件的纵向配筋
RebarPercentage
框架构件的配筋率
ShearReinforcing
框架构件的抗剪配筋
ColumnP-M-MInteractionRatios
柱P-M-M相关比率(用于柱的截面校核)
JointShearReinforcing
节点抗剪配筋
TorsionReinforcing
框架构件的抗扭配筋
N/(fc*A)
轴压比
IdentifyP-MFailure
区别显示P-M失效构件
IdentifyShearFailure
区别显示剪切失效构件
IdentifyAllFailures
区别显示所有失效构件
1.LongitudinalReinforcing纵向配筋
构件的纵向包络配筋结果在三维视图和二维视图中都可以显示。
一般通过xy视图清楚地显示梁的纵向配筋结果,通过xz或yz视图来查看柱的配筋结果。
图形输出中梁的纵向配筋数据为两排,分别对应梁截面顶部和底部配筋,每排三个数据分别对应梁的两端和跨中三个控制截面。
图16-8混凝土梁纵向配筋结果图形输出(xy视图)
图16-9混凝土梁柱纵向配筋结果图形输出(xz视图)
图16-10混凝土梁柱纵向配筋结果图形输出(yz视图)
2.ShearReinforcing抗剪配筋
抗剪包络配筋结果图形输出中柱的抗剪配筋数据有两排,分别对应柱X和Y方向上的抗剪配筋结果。
本例中抗剪配筋为构造配筋,因此显示输出值为零。
另外,梁的抗剪配筋数据为一排三个数据,分别对应梁的两端和跨中三个控制截面。
图16-11混凝土梁抗剪配筋结果图形输出(xy视图)
图16-12混凝土梁柱抗剪配筋结果图形输出(xz视图)
3.N/(fc*A)轴压比
在立面或三维视窗中可以显示每根柱的轴压比设计结果。
轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值。
若出现轴压比不符合规范要求的情况,视窗中将出现相应的提示,具体内容可在设计细节中查看。
4.ColumnP-M-MInteractionRatios柱P-M-M相关比率
当混凝土框架柱用于截面校核时,程序可输出截面的承载力比率,即柱P-M-M相关比率。
定义柱截面时,设定实际的截面尺寸和配筋方式,并勾选“配筋用于检查”一项。
此时,柱截面用于校核。
运行完分析与设计,选择显示“ColumnP-M-MInteractionRatios”,视窗中将显示每根需要校核的柱的截面承载力比率,如图16-13所示。
若柱截面承载力超限,柱构件将显示红色并标注“O/S”,并且在细节中输出相应的警告信息。
图16-13柱P-M-M相关比率
16.5.2各荷载组合工况设计结果及细节输出
上述图形输出的设计结果都是包络值,即所有设计组合的设计结果的包络值,这通常是设计人员最关心的设计结果。
但有时也需要关心某个特定荷载组合下的设计值。
SAP2000中文版可以输出每一个荷载组合下的设计结果。
在显示设计结果的状态下,选中构件然后点击鼠标右键,将弹出设计信息对话框。
如果选择的是梁,弹出图16-3所示的对话框,如果选择的是柱,弹出图16-4所示的对话框,对话框中各项的意义请参见16.3节的表格。
对话框中的活动窗口显示了各个荷载组合下构件各个控制截面的配筋信息,高亮选择其中的一项再点击Flex.Details(抗弯细节)或ShearDetails(抗剪细节)按钮,即可查看选定设计组合下选定截面的详细的设计细节,这里显示的设计信息均基于首选项中选定的设计规范。
比如点击Summary(摘要)按钮,将输出选定荷载组合下选定截面的设计细节摘要。
“摘要”的内容是对构件“抗弯细节”和“抗剪细节”的归纳,包括构件的尺寸信息、材料信息、抗震信息以及设计内力和配筋计算结果等。
图16-14显示了某根混凝土梁,在编号为DCON27的荷载组合下,位于6m处截面(梁端)的设计信息摘要。
图16-14混凝土梁设计摘要输出
点击Flex.Details(抗弯细节)按钮,将输出抗弯设计的细节信息,包括构件的基本信息、设计弯矩、以及抗弯设计过程中的中间参数。
图16-16a和图16-16b分别显示了混凝土梁和混凝土柱的抗弯设计细节。
其中混凝土柱是按双向受弯构件设计,设计方法可在混凝土框架设计首选项中进行选择。
图16-16a混凝土梁抗弯设计细节输出
图16-16b混凝土柱抗弯设计细节
点击ShearDetails(抗剪细节)按钮,将输出抗剪设计的细节信息。
图16-17和图16-18显示了混凝土梁和混凝土柱的抗剪设计细节。
其中包括构件的基本信息、设计内力、剪扭设计过程中的中间参数、以及设计结果。
主要参数和项目名称的含义列于表中。
图16-17混凝土梁抗剪设计细节输出
图16-18混凝土柱抗剪设计细节输出
抗剪细节释义
名称
含义
参数
β_c系数
混凝土强度影响系数参见GB50010-2002第11.3.3条
β_t系数
混凝土受扭承载力降低系数参见GB50010-2002第7.6.8条
λ系数
剪跨比。
参见GB50010-2002第7.5.4条、第11.4.9条
ρ_svmin百分率
梁箍筋的配筋率参见GB50010-2002第11.3.9条
柱箍筋加密区的体积配箍率参见GB50010-2002第11.4.17条
Pl.惯性矩Wt
矩形截面受扭塑性抵抗矩参见GB50010-2002第7.6.3条
Pl.惯性矩Wtw
腹板部分受扭塑性抵抗矩参见GB50010-2002第7.6.3条
Pl.惯性矩Wtf
翼缘部分受扭塑性抵抗矩参见GB50010-2002第7.6.3条
λ_v系数
柱箍筋最小配箍特征值参见GB50010-2002第11.4.17条
ζ系数
受扭的纵向钢筋与箍筋的配筋强度比值参见GB50010-2002第7.6.4条
ρ_tlmin百分率
受扭纵筋的配筋率
项目名称
抗剪设计系数
抗剪设计中的中间系数参见GB50010-2002第7.5.1条、第7.6.8条、第11.3.3条、第11.4.8条
抗剪配筋最大值
剪扭截面验算参见GB.50010-2002第7.6.1条、第11.3.3条、第11.4.8条
抗剪配筋设计
剪扭承载力验算及受剪承载力计算参见GB50010-2002第7.6.2条、第7.6.8条、第11.3.4条、第11.4.9条
扭矩设计参数
抗扭设计中的中间参数参见GB50010-2002第7.6.8条
抗扭设计配筋
剪扭承载力计算参见GB50010-2002第7.6.8条、第7.6.11条、第7.6.13条、第7.6.14条
抗扭纵向配筋
参见GB50010-2002第10.2.5条
注:
表中“栏目名称”一项没有将混凝土梁和混凝土柱分开注释,而是将相关的规范条款统一标注于相应的计算项目中,读者可根据构件类型自行判断。
16.5.3表格输出
表格输出可以更详细的列举出关于杆件的设计信息.点击命令显示>显示表格,将弹出如图16-19所示的对话框。
左边区域的树状图列举了可以表格显示的内容,主要包括三个部分:
模型定义、分析结果和设计数据。
每个部分又有若干分类,每种类别下都列举有相应的表格名称。
点击DESIGNDATA>混凝土框架>混凝土框架概要,出现两个表格的名称,分别是关于混凝土柱和梁的设计摘要数据信息。
点击需要输出的表格名称,前面方框内显示有叉,即代表选中。
对话框中的内容设置完毕后,点击OK,即生成需要显示的表格,如图16-20、16-21所示。
此外,可以有选择性地对某些指定构件的设计结果进行表格输出。
在模型中点击选中需要查看的构件,再点击显示>显示表格命令,弹出的对话框中右边选项一栏中,“仅选择的”一
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 19 16 混凝土 框架 设计 课件