结构体系及结构分析计算部分
一、前言
本篇文章主要从结构体系、结构分析与计算层面介绍通用规范的主要变化以及对混凝土结构设计的影响。为方便叙述,现行规范如《混凝土结构规范》等均简称为现行规范,新实施的通用规范如《工程结构通用规范》等均简称为通用规范。
二、通用规范规主要变化
(一)结构体系
1、对于B级高度的建筑通用规范并无抗震等级的要求,但对于现行规范中一般性条文依然有B级高度建筑的划分,那么对于此类建筑抗震等级的定义笔者建议仍在后续规范更新中以一般性条文给出,设计人员在进行超限结构专项设计时有明确指导参考,现行规范相关条文如下:
2、现行规范中明确规定对于框架剪力墙结构应在两个方向均布置剪力墙,通用规范中对此未做具体规定;虽然相关条文已废止,但笔者认为从抗震概念角度考虑,对框架剪力墙结构而言,为能实现多道防线的目的,双向均设置剪力墙是有必要的,后续规范更新也是建议能以一般性条文给出。
现行规范:
(二)结构分析与计算
1、结构整体稳定性计算
现行规范主要是通过控制结构的刚重比来达到控制整体稳定性的目的,并给出了刚重比具体量化指标,通用规范仅给出需要进行稳定性验算原则性要求,对于如何计算或者采用什么方法未作具体要求。随着现行规范相关强制性条文的废止,对于稳定分析计算笔者认为仍可按现行的这套方法进行稳定性计算,另外呢也可采用更一般性的方法即整体屈曲分析,当采用此种计算方法时,建议在没有新的国家相关标准规定出台之前可参照深圳高规相关规定,控制屈曲因子不小于9。
通用规范规定:
现行规范规定:
深圳高规:
2、双向地震作用计算
现行规范对质量与刚度分布明显不对称的结构要求计算双向水平地震作用,通用规范对此未作规定。虽然通用规范无具体要求,但笔者认为对于质心与刚心明显不对称的仍然有必要进行双向地震验算,抗震计算本身存在较大不确定性,当以概念为主计算为辅,但当结构先天性存在缺陷时即概念层面讲已经不合理时对其进行计算层面加强仍然很有必要,但也仅是承载力层面控制,其它如位移等指标不必进行双向地震控制。
现行规范:
通用规范:
2、连体结构竖向抗震验算
现行规范对于连体结构7度(0.15g)及8度时需要进行竖向地震验算,通用规范无此规定;
通用规范仅对大跨度及长悬臂结构及构件提出竖向地震验算要求,对于连体未做强制性要求;但根据现行规范其它一般性条文要求,跨度大于12米的连体还是需要进行竖向地震验算。
现行规范条文:
通用规范:
2、大跨度、长悬臂结构竖向地震要求
对大跨度及长悬臂结构及构件现行规范仅高层建筑要求烈度7度(0.15g)及以上时需要进行竖向地震作用验算,多层结构对于7度(0.15g)没有明确要求,新规则进行了完善统一即对所有建筑7度(0.15g)烈度以上均需进行竖向地震作用验算;
《抗规》5.1.1
《高规》4.3.2
通用规范:
5、舒适度验算
通用规范将舒适度问题调整为强制性条文,通用规范关于舒适度问题主要涉及两个方面,其一是楼板在竖向振动下舒适度问题,其二是高层建筑在风振下的舒适度问题,但未给出具体控制指标,目前计算仍按有关现行规范相关条文要求执行;通用规范主要变化的地方是对高层建筑均需要验算风振舒适度问题,而现行规范有关规定是仅对于高度不小于150m时有要求,需要说明的是,现行规范也不是说低于150m以下的高层建筑不需要控制风振舒适度,而是对于一般高层建筑而言风振舒适度通常不存在问题,故对于高度较高的超过150m以上对风振更加敏感一些舒适度问题可能比较突出需要关注。通用规范不再区分高度,对于高层均需要进行此方面验算。
6、混凝土结构收缩、徐变以及温度作用计算
通用规范对于混凝土收缩、徐变以及温度作用对结构影响提升为强条。根据通用规范要求,当收缩、徐变对结构性能影响不能忽略时需要考虑,那么什么样的结构或情况可视为不能忽略,根据通用规范的条文解释,对于工程中常见的情况比如大跨度以及高层混凝土结构等需要考虑收缩徐变的影响,目前除需要进行超限专项分项以外的普通项目设计计算时通常不考虑此部分影响,通用规范实施后尤其是混凝土高层结构及大跨结构需注意补充进行此方面验算。由于目前关于混凝土收缩徐变相关材料参数在民用建筑规范中此方面规定较少,在一些桥梁规范中有一些具体规定,现阶段计算分析可参照桥梁相关规范或者有关文献确定,在计算操作上有较多不确定性不能完全统一。
混凝土结构通用规范规定:
7、大体积、复杂截面混凝土构件应力分析
通用规范增加了对于大体积混凝土以及复杂截面采用应力表达式对承载力设计的要求;对大体积混凝土,参照《大体积混凝土施工标准》的相关定义,构件实体最小尺寸不小于1米均属于大体积混凝土,故对大多数基础构件来说通常都属于此范畴,对民建工程中如高层建筑的筏板、承台等截面厚度往往很大,高达几米,采用一般构件内力计算方法势必与实际受力情况产生较大误差,故给出应力设计的方法,并给出具体配筋方法。实际上是对此类构件采用实体有限元进行补充分析,再对应力结果进行人为处理转化成配筋形式,但当设计采用此方法进行配筋操作时依然有较大难度操作性不强。
三、本章小结
通过以上对比,关于结构体析及分析计算部分主要内容总结如下:
1、B级高度结构抗震等级要求未列入通用规范中;框架剪力墙结构两个方向都需要布置墙体的强制要求也未再列入通用规范中;
2、结构稳定性验算仅给出原则性要求,具体计算方法未作要求。
3、通用规范对于双向地震计算未作要求;
4、对连体结构的连体竖向地震验算不再作要求;对于长悬挑及大跨度结构不区分高层建筑与否在烈度7度(0.15g)以上均需要进行竖向地震验算;
5、楼板及风振舒适度列入强制性条文,对于风振舒适度要求由高度150米以上才需要验算调整为高层建筑均需要验算;
6、对于大跨度混凝土结构及高层建筑提出需要考虑混凝土收缩徐变对受力影响的要求;
7、对大体积及截面复杂结构提出采用应力表达式进行验算要求;