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文档简介
1、初学者在结构设计中的常见问题一、关于 SATWE铰接1、次梁与主梁的铰接(1)、做个实验,次梁都按主梁输入,一个次铰,一个次梁不点铰,一个取消次梁。图一(不点铰接)图 2(点铰接)图 3(取消次梁)图 1、图 2 说明按主梁输入的次梁在点铰后,会影响侧向刚度计算,但很微弱。图3说 明 , 次 梁 对 整 体 侧 向 刚 度 的 贡 献 :14938/14590=1.0239。仅仅 2.39%,不会超过 5%。图 4(不点铰接)图 5(点铰接)图 4、图 5 的周期继续说明次梁的刚度共享微弱,点铰不点铰对整体结构的计算都并没有影响图 6(不点铰接)图 7(点铰接)图 8(取消次梁)图 6、图 7
2、、图 9 继续反应次梁的作用对力作用下的基底剪力的贡献很微弱,说明次梁不管是用主梁输入还是用次输入,对整体结构的影响微弱。基底剪力反应结构的刚度图 9(不点铰接)图 10(点铰接)结论 1:次铰,不影响整体结构结论 2:次梁对整体结构刚度贡献很微弱结论 3:SATWE 对次铰后,并不是忽略了次梁的刚度共享。(以上说明次梁,可以点铰,对整体影响不大,但注意也不能乱点,以致结构形成机构)(2)、次铰的实质首先要认清为什么要铰接处理?不要认为是铰接,其实质是在受力过程中控制约束条件,弯矩。图 11(不点铰)图 12(端部点铰)图 11、图 12 说明掉次的弯矩,转移到次梁底部弯矩。(次弯矩也是按刚度
3、分配,应根据实际情况,考虑是否点铰弯矩)那么很多朋友就会问了,这不是与实际真实受力情况不同了吗?在实际工程中,混凝土都是整体现浇的,也就是说,所有的连接都是刚性连接。但在结构中,所有构件的受力都是按刚度分配,次端点铰后,仍然有刚度存在,也就会分配到力。那次铰还有意义吗?看下图解释:图 13图 14图 13、图 14 说明,边框架梁除了剪力突变,还产生了T=19 的扭矩。剪力突变无法避免,但扭矩可以掉,从而使得框架梁的受力变得稍微简单明确一点。结论 4:控制支座的约束条件,掉不利弯矩。结论 5:不要老想成铰接与实际不符,应承认,它最初的连接仍然是刚接,仅仅是掉支座的弯矩约束。结论 6:弯矩的实现
4、,是通过降低其抵抗弯矩能力的约束配筋。但其自身的截面的截面抵抗矩仍会影响弯矩的,因此,不能认为点铰处理后,就不对此类进行抗扭构造措施。结论 7:受弯构件在集中荷载中用下,影响其抗剪承载力的主要是剪跨比。(3)、控制配筋是如何实现弯矩的?次铰,只是对内力分布作了一个人为的计算假定,然而这个计算假定是可以通过配筋来改变内力的分布,从而实现的。其真实的受力情况,是根据相对刚度进行分配决定的,意思就是,这根次梁与仍然是刚接状态,因此,在最初的力的传递过程中,仍然会受扭。但在铰接处理后,上部配筋只需要满足构造要求。那么就会使得上部配筋,不能满足抗力要求,从而让这根次梁在内力分配时没有有效的钢筋进行抵抗,
5、所以这个次梁就会在开裂。一旦开裂,就立卸载,并且允许为可以转动,从而使得边梁与次梁之间的约束解除刚接效果,掉弯矩。那么也就达到的设计目的了。然而此时,下部的正弯矩钢筋,却还是有效的连接,所以这就是铰接。通过上述内容,可以明白,对SATWE 计算结果的判断,与人为的进行配筋设计,是可以看到力的传递途径的,同时也可以通过配筋改变力的传递途径。那么对于初学者在设计时,就最好不要用 PKPM 出施工图自动配筋了,应当自己配筋设计,从而熟悉这个过程。结论 8:配筋并不是越大越好,应与自己的设计思路吻合。2、与剪力墙平面外相连的梁铰接同样的道理,搭接在剪力墙平面外的梁也应该采用铰接处理。这是因为剪力墙在平
6、面内的刚度非常大,远远大于其平面外的刚度,因此,剪力墙平面外的刚度可以忽略不记,我们计算时也是不考虑剪力墙平面外的刚度的,所以设计时才要求尽量不要出现一字墙。那么如果一根梁搭接在剪力墙的平面外,不就是让其平面外受弯了吗?而且,墙的面外刚度小,约束就端负弯矩自然就小。所以,才需要在这种情况点铰处理。此时,就是首先要优先考虑竖向构件的安全。参看高规7.1.7 条:该条条文说明:3、板计算时的铰接对于板计算时是按铰接还是按固端计算?板的设计,一般采用弹性算法,虽然很多书谈到(特别是地区)楼板的富余量很大,应当采用塑性算法,进而挖掘楼板的潜力,并且以塑性算法可以节约 20%30%的钢筋用量。但是如果你
7、要考虑混凝土构件塑性内力重分布,那么就要注意计算时你这块板是连续板,因为只有连续板才有塑性算法。塑性算法主要是可以节约连续板的支座处负筋,因为它是允许混凝土开裂后进行内力重分布。此外,按有限元壳单元对楼板进行计算分析,发现,楼板应该是与梁协同变形的,因此,楼板在梁边支座处的负弯矩也不应有这么大,因为梁是有支座沉降的,一旦有沉降就会进行卸载,故,在对楼板的设计时,也可采用塑性算法。板的约束条件,是这样区分的。首先要正确认识能够提供给板约束的是相邻的板,而不是梁,当然如果梁的相对刚度很大,也有可能作为板的支座,这个也是由相对刚度决定的。因此,对于,错层板一般都视为铰支座。所以,计算时,需要采用铰接
8、计算,才能把底部正弯矩钢筋算足。同时也应注意避免受到楼板弯曲变形的影响,从而使得边变形协调而受扭。总结:对于铰接,其实质是控制支座的约束条件,通过使其达不到抗力要求而开裂卸载,保证重要构件的安全。同时,通过上述实验,次梁的对整体刚度的贡献非常微弱。对于框架结构中,有效抗侧力结构是由框架梁、框架柱组成。而框架结构中的次梁是楼板的组成部分,承受竖向荷载并传递给框架梁,有抗震设计与无抗震设计一样可不考虑延性,次梁箍筋按剪力确定,构造按非抗震时梁的要求,没有 135弯钩及 10 倍直径直线段的要求,次梁跨中上铁可设架立筋。所以次梁不参与抗震设计。值得注意的是,以上的铰接处理,是需要人工进行判断的,并不
9、是什么都可以点铰,过多的铰接会让结构产生大量的塑性内力重分布,内力分配不合理加大,使得计算结果的失真。结构分析应真实可靠。同时注意不要让结构产生机构,也就是几何可变体系。希望通过我上面对铰接的介绍,使各位朋友能够对此有了一定的了解,但由于本人水平有限,以上仅属个人见解。二、 错层梁、板的建模与配筋1、标高有错层在建筑结构设计时,常常会遇到由于使用功能的不同或带有裙房的建筑,那么就有可能会降板。然而如果需要降板的建筑使用区域内,有隔板格,那么为了不影响这个建筑区域的功能使用,则需要降标高,使其与降板后的板面标高一致,才不会造成“踢脚”现象。如下图所示:图 1图 2图 1:空中花园和外阳台通常需要
10、降板处理,这是考虑到住户若以后把空中花园与阳台连通使用而方便排水与挡水。那么图中所画的虚线,也就需要降标高至板面标高,才不会造成出入的不方便。图 2:屋面裙房标高比楼面标高低 300mm,水平在屋面处标高降-0.300,而在楼面处不降,这就造成了一个标高不同的变截面缺口梁。(1)建模处理以上两种情况在建模处理的时候,不做降标高处理,仍然按平直梁建模,因为 SATWE 计算时,不考虑 500mm 以内(含 500mm)的错层处理。因此没有必要去复杂的操作“上节点高”。(2)配筋处理在建模计算时,并没有考虑由于标高不一致,面钢筋无法贯通,从而有可能造成无法形成连续梁的计算模型,而导致的 SATWE
11、 计算配筋的误差。因此,在手工配筋时,就不能够按照SATWE 的计算结果配筋了。那怎么判断是否仍然属于连续梁的计算模型,支座节点仍然能够视为固端支座,平衡节点弯矩呢?这就需要用到结构力学的知识了:以上结论得出,能否视为支座,是根据相对线刚度理论来定义的,那么在结构设计中,相对线刚度理论就尤为重要了。以一个例子来计算相对线刚度。例:已知条件:层高 3m,混凝土强度等级、钢筋强度等级、弹性模量E 均相同;梁 200mm*500mm,跨度 3m。(1)剪力墙:200mm 厚,截面高度 1600mm。(2)框架柱:600mm*600mm(3)框架主梁:250mm*700mm请各位完成以答:1、 求梁、
12、剪力墙、框架柱、框架主梁的线刚度值2、 求其相对线刚度比值结论:通过以上例子说明,当标高不同,面钢筋不能拉通时。应按照 STAWE 计算结果,把上部负筋配足,同时按考虑,加大该梁的底部配筋。2、 板面标高错层与前面“标高有错层”原理一样,但是在建模时,需注意的是,在用PMCAD 计算楼板配筋时,若考虑“楼板错层为铰接计算”,那么“楼板错层”的输入就有作用了。然而前面提到楼板的支座一般情况下都是与之相邻的楼板,所以如果楼板有错层,应为铰接计算。其余类似问题,以此类推三、帖子1、关于新手刚到设计院2、关于大院小院3、关于腰筋4、关于裂缝对于裂缝,应先对几个概念进行了解:1、荷载标准荷载规范条文说明
13、 3.1.2:混规第 8 章:即便是按标准组合进行计算,仍可能了活荷载对裂缝的影响,因为标准组合是按 50 年内的效应最大值。受拉翼缘,所以支座处应按 T 型截面,跨中按矩形截面。但矩形截面应考虑其双筋梁,有一定的受压钢筋来抵抗其跨中受拉处的拉应力。但在计算抗弯承载力时,是又是要扣除受拉翼缘的混凝土的抗弯承载力。需要区分清楚。混规8.1.2:混规8.1.2 条文说明:acr=0.85*1.66*1.5=2.1165规范规定室内为 0.3mm,室外为 0.2mm,比欧美规范严格。规范裂缝计算值偏大的主要原因:1、对最大裂缝宽度取用的 95%的保证率(裂缝最大宽度与平均宽度之比为 1.66)可能偏
14、大;2、按标准荷载组合进行计算可能过计了活荷载对裂缝的影响;3、在荷载裂缝的计算公式中引入了长期收缩的影响。结论:1、构件裂缝宽度控制的目的是防止钢筋锈蚀,保证结构的耐久性,因此混规规定了不同环境中裂缝宽度的限制。2、混规规定的裂缝控制验算,是对线性构件的,单向板按线性构件坐近似计算,但现浇楼板实际支承情况没有真正的单向板,裂缝计算结果是不真实的。(双向板是属于面单元构件,配筋计算不论按弹性还是塑性,跨中和支座以最大弯矩点进行确定钢筋面积,并通跨布筋。裂缝计算也以最大弯矩点确定裂缝宽度是不真实的(想想圣原理)。因此双向板的裂缝如何计算目前没有确切方法,而按线性构件计算裂缝宽度也无理论依据,实际
15、工程的双向板可以不验算裂缝。混凝土裂缝不光是按公式计算的,还有其他很多,如混凝土硬结时自身的收缩裂缝、温度、干缩引起的、以及材料碱-骨料反应等。这些并未在计算公式内。3、不能因为控制计算裂缝而任意减小保护层厚度。混凝土的耐久性要求,应该比控制其用计算公式算出来的裂缝要重要得多。4、电算结果,梁宽度裂缝多数不真实。因为电算弯矩是取在柱中,实际应取在柱边。(经试验,考虑刚域,可解决是问题)且应考虑双筋梁的受压钢筋能够抵抗一部分实际受拉应力。5、不能因为控制支座裂缝而忽略强柱弱梁、强节点这样的原则性问题。6、以上结论,并不是说明可以不控制裂缝。当点算结果有超规范限制的现象,不应简单的多配钢筋处理,应
16、作分析判断,必要时采用手算进行验算。5、关于筋选筋如梦无痕:1、施工需要;2、抗裂需要6、300 宽梁的箍筋选用及抗震三原则答:1、强柱弱梁是指强度,不是刚度(大学结构抗震设计P133 页,但之间的相对刚度差也不能太大,否则柱子无法约束柱梁,使得框架梁趋近于而形成排架结构体系。2、 可用两肢箍,节约钢筋7、锚固长度不够的解决办法解决办法:1、 不能满足水平段 0.4LaE 的情况下,节点处,可做柱帽,也可退梁挑耳朵,还可加弯钩,加钢板、短钢筋焊接,或机械锚固等。2、节点,加短筋构造补偿8、加密区的设置答:不参与抗震的构件,均可不设置加密区。10、标准层施工图的归并答:要扣用钢量,不是靠胆子大,
17、而是靠细心。并要掌握结构的基本变形特点,合理的节约。四、柱内多节点及短梁在工程中常遇到SATWE 弹出的警告信息“节点距离小于多少,将会使后续产生复杂运算”,通常都没有管它。但是其实此警告信息是有用的。但具体怎么解释这个问题。下面我为大家阐述:首先,要了解 SATWE 的基本计算原理,SATWE是以有限单元法为基本。然而在有限元中,最重要的就是节点和位移函数。也就是说程序在计算时,只考虑节点的计算。既然以节点为单元计算,那么说明了几个问题:1、 模型里面节点数越多,计算所消耗的时间越长2、 计算时,程序等杆系单元的刚度矩阵时,是以节点为3、 程序只有节点的相关信息。通过上述的基本原理,下面来内
18、多节点的问题。在实际工程中,常遇到一根柱子上放的梁并没有在柱子本身的节点上,因此不能形成封闭的房间。导致计算上的误差或者出错。其原理也就是上述的,有限元是以节点为,只计算与节点相关联的信息。既然梁节点并没有与柱节点相连接,那肯定会使得计算出现误差。那如何解决呢?请看下面资料:上述的,指的是程序中 100*100 的。刚性梁的意义在于,通过该梁使得与其相连的节点形成一个刚体。但新版 PKPM 已能自动生成刚域,解决此问题,但对于上下层节点不能对齐,仍需采用刚性梁的方法(如转换层,SATWE 不考虑广义协调位移函数,要求上下墙体节点对齐)。五、 有限元计算分析若干1、 异形板的计算异形板的计算,通常有两种:一是通过经验计算法计算,对于此计算方法可参考混凝土结构设计及实例(著)第 5 章,11;二是通过有线元计算进行内力分析。现目前很多已能够对异形板进行计算,我在这里采用SAP2000 作为分析例子。对于操作,我就不细说了。需要注意的一点是,通常分析结果显示,在异形板的形状突变处会存在局部的应力集中,此应力集中无需理会,这是由于计算模型的问题,可以用“圣原理”解释这一现象。只需按照M11 和M22 输出的两个方
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