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发表于 2004-1-28 21:31:51
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砌体结构设计软件MSSP
用户使用手册
版本 1.x
华南理工大学
哈尔滨工业大学
广州市民用建筑科研设计院
广州比约科工贸有限公司
2002年6月14日
目 录
1 软件简介 4
1.1 软件的功能及限制 4
1.2 运行环境及安装 5
2 总说明 6
3 操作流程 8
4 界面简介 10
4.1 界面设置 10
4.2 功能键设置 11
5 菜单命令 12
5.1 主菜单 12
5.2 文件菜单 12
5.3 编辑菜单 13
5.4 控制信息菜单 15
5.5 轴网菜单 24
5.6 墙菜单 26
5.7 柱菜单 30
5.8 梁菜单 31
5.9 板荷载菜单 35
5.10 计算、验算菜单 36
5.11 视图菜单 42
5.12 查询构件菜单 43
5.13 帮助菜单 45
6 输出结果说明 46
6.1 验算结果文件 46
6.2 显示控制及显示说明 46
7 软件编制依据 49
7.1 砌体结构房屋的整体空间作用 49
7.2 内力计算 49
7.3 承载力验算 60
8 抗震计算软件的基本原理 78
8.1 动力方程的质量、刚度矩阵形成 78
8.2 时程分析软件的编制原理简单说明 80
9 弹塑性分析软件数据准备和计算结果说明 84
9.1 数据文件的准备 84
9.2 计算结果说明 85
1 软件简介
1. 1软件的功能及限制
本软件是在全国标准化协会砌体结构委员会的领导下,根据《砌体结构设计规范》GB50003-2001、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002相关条文开发而成,是一个用于砌体结构验算的软件。它可以快速建立结构计算简图,进行结构内力计算(包括地震作用计算),自动进行结构的承载力验算,对配筋砌体部分,可进行配筋计算,并生成结果文件。软件的基本功能简述如下:
1. MSSP拥有独立的绘图平台,操作简单,易于掌握,用户可以像操作AutoCAD一样轻松操作MSSP;
2. 结构几何输入与楼面导荷同一程序;
3. 可以同时定义多组轴网,包括正交和圆极轴网,支持轴网的平移、拷贝、镜像;
4. 能够自动捕捉梁墙中点、结点、轴网交点、垂足点、梁墙端点设定距离的点、正交点、网格点、最近点,实时显示捕捉点的位置,保证梁墙绝对准确的定位;
5. 具有多种选择目标方式,即单点选择、直线选择、窗口选择、弧线选择、椭圆选择,用户可以使用鼠标自由在各种选择方式之间切换,软件会自动切换单点选择和窗口选择;
6. 无限制撤消(Undo)前面操作的功能,错误的撤消允许重做(Redo)一次;
7. 可以选择任意单元进行层内平移、旋转、镜像拷贝或进行层间拷贝,一次选择可以多次拷贝;
8. 添加结点或梁墙端点可以用鼠标捕捉,也可时采用绝对坐标、相对坐标、相对极坐标等方式直接输入点的坐标;
9. 灵活拷贝荷载,可以从平面布置不同但位置相同的层拷贝梁附加荷载、楼面荷载;
10. 设置“图形锁”功能,在高厚比验算后,自动将图形操作菜单锁定,防止因改动了结构图形而影响计算结果的准确性,如果在计算过程中需要修改结构图形,则可点击“图形锁”,将“锁”打开,此时,形操作菜单功能恢复,计算菜单被锁定。
11. 定义砌体结构的形式后,可选择下拉菜单中的计算|验算菜单,进行内力计算、承载力验算以及生成计算结果文件;
12. 可根据需求选择传统砌体内力计算模型或接口SAP84运用有限元进行结构的内力计算;
13. 可自行定义内力组合系数,对竖向荷载、风荷载、地震荷载进行组合;
14. 在抗震验算中,可选择底部剪力法或者振型分解反应谱法进行地震作用力计算,还可以对超规(超出设计规范规定的)结构进行弹塑性时程分析:串联多自由度层间模型和双向激励空间协同模型抗震计算;
15. 单独构件验算功能,可选择任意构件,进行构件验算;它不需要用户建立准确的模型,可在验算界面自行修改构件的长、宽、配筋等属性,进行验算;它可以独立读取、保存计算结果数据。
16. 在单独验算阶段,可以考虑构件翼缘的作用,对“T”型、“L”型构件进行承载力验算;
17. 在单独验算阶段,可以考虑连续墙梁的计算;
18. 可以在任意有节点位置设置构造柱;
19. 在计算结果文件中,将显示每一墙肢的编号、内力、允许内力,每一过梁、挑梁、墙梁的编号、内力、允许内力,以及地震作用下,结构分别在x、y方向的周期、振型、层间地震作用力和结构破坏状态等内容;
20. 可查询构件的内力、配筋等属性。
由于编制时间的限制,此版本MSSP软件存在以下的使用限制:
1. 适用于比较规整的多层、高层砌体结构;
2. 在自动验算过程中,不能考虑构件翼缘作用;
3. 在自动验算过程中,不能验算连续墙梁。
4. 由于底部框架抗震墙砌体房屋抗震设计的复杂性,许多问题目前是在简化计算简图下进行的,有些计算还没有包括。例如托墙梁的水平地震作用计算、开孔剪力墙或抗震砌体墙的刚度计算方法等等。
5. 软件未能很好处理交叉梁情况, 所以对空旷的开间计算精度有待提高。
1.2运行环境及安装
软件环境:Windows98,98SE,NT4.0,2000,XP中文版。
硬件环境:凡是能够运行上述操作系统的机器都可运行本软件。
推荐配置:PentiumⅡ300以上,64MB RAM,4M VRM,1024·768分辨率,小字体。
软件的安装:软件可以由网络直接下载安装,也可以由光盘安装,网络下载的版本用Winzip压缩,分5个文件disk1.zip,disk2.zip,disk3.zip,disk4.zip,disk5.zip,用户把这5个文件解压到5个不同的子目录后,运行disk1中的setup.exe,按照安装程序的提示把文件安装到硬盘的任意子目录下即可。
软件包含的文件清单:
windows98,ME(NT,2000,XP)的system(system32)子目录下:
vcl50.bpl 可视化支撑文件
vclx50.bpl 可视化支撑文件
用户安装目录(user dir)下:
mssp.exe 主执行文件
pkshares.bpl 图形支撑系统
pkmssp.bpl 结构分析包
cfg.ini 初始设置
mssp.ini 界面设置
User dir\Timehistory下:
Times.exe 抗震分析主程序
砌体材料.dat 抗震分析程序附属文件
曲线1.dat 抗震分析程序附属文件
曲线2.dat 抗震分析程序附属文件
另外还有14条地震波的记录文件,文件名与地震波的名字相同。
2 总说明
1. 开始一个新工程之前,首先应存盘,建议每个工程分别存入不同的文件夹,以免结果文件互相覆盖。
2. 软件采用单位为mm(毫米);力和力偶的单位为:kN/m(分布力),kN(集中力),kN·m(力偶)。
3. 输入一个新的结构从定义轴网开始,可定义多组轴网。
4. 在建立梁、墙之前,应定义梁的截面尺寸及墙的厚度。
5. 输入点的坐标有几种方式:相对直角坐标、绝对直角坐标、相对极坐标、相对长度。
相对直角坐标(@x,y):
当输入@x,y坐标时,表示相对直角坐标,此时的参考点为当前捕捉的光标点;
绝对坐标(x,y):
如果直接输入坐标,则是绝对坐标;
相对极坐标(r<a):
如果输入的坐标形式为r<a,则是相对极坐标,此时的极点为当前捕捉的光标点,角度逆时针为正;
相对长度(Length):
相对长度的输入仅对两点加梁和两点加墙起作用,当一选取(输入)了起点后,移动鼠标拉动一条直线,输入一个长度,则以起点未断点,沿直线方向截取长度为给定值的一段量(墙)。
6. 添加梁、墙荷载时,必须先定义荷载类型。
7. 梁与梁,墙与墙,梁与墙会自动计算交点并自动分断。各层结构图形生成后,还应用“自动用结点”分断梁墙。
8. 选择或删除对象时,默认状态不进行过滤选择,可根据提示输入2,3指定梁、墙。
9. 要进行层拷贝或层荷载拷贝,需选择本层对象,此时,可指定起始层和结束层,起始层到结束层之间,不能包含被拷贝层。拷贝时可以从下面的拷贝到上面层,也可以从上面的拷贝到下面层。
10. 具有Undo、Redo功能,可无限次Undo,但只能Redo一次。
11. 软件允许采用单点、窗口区域、直线交点、弧线交点、椭圆区域选择对象,软件自动在单点选择和窗口选择之间切换。要进入其它选择方式,可从命令行中输入S-单选,W-窗选,A-弧线,F-直线,E-椭圆。要取消全部选择,可按ESC键。要使选择生效,必须按鼠标右键。
12. 要取消选择,可使用ESC键。
13. 以过梁作为墙肢编号的标志,即有过梁的地方,则把同一方向的墙体分为两个不同墙肢。
14. 当组成板的板边超过15时,需要用户人为在板的适当位置设置小梁(截面不大于10mm),将板分开,否则不能形成板。
15. 构造柱的设置需要认为控制,对于墙肢编号相同的墙,应根据实际构造柱的数量,确定每段墙单元中构造柱的数量。
3 操作流程
软件从总体信息设置到结构平面图绘制、到内力计算、承载力验算,有较为明显的操作流程(抗震分析将单独说明)。
其流程图可见3.1图。
图3.1 操作流程
1. 存盘(选定项目名,及时保存资料);
2. 初始设置,Limit命令;
3. 定义轴网;
4. 定义总体信息(中间可以修改或重新定义);
5. 定义层信息(中间可以修改或重新定义);
6. 定义梁墙荷载(也可在使用之前定义);
7. 定义梁截面、墙厚度,建立本层结构,并进行编辑;
8. 进行板荷载、梁墙荷载编辑;
9. 进行层拷贝;
10. 修改各层梁墙的属性(截面、荷载);
11. 进行结构高厚比验算,高厚比验算前,内力计算、承载力验算等菜单被锁定,高厚比验算后,内力计算、承载力验算等菜单命令将成为有效命令,但图形操作菜单将被锁定,即结构平面图将不能再进行修改,如果需要进行结构的修改,则需要重新打开“图形锁”,此操作后,内力计算、承载力验算等菜单又被重新锁定,必须重新验算高厚比;
12. 进行结构内力计算及结构构件的设计与验算等;
13. 查看结果文件(内力、配筋、超限信息、结构的总体评价等);
14. 如果对结果不满意,可重复11以前的步骤。
15. 如果是对超规(超过规范或规程规定的)结构进行弹塑性分析,则必须在总体信息表的‘地震作用计算’选择项选择3或4,则菜单‘弹塑性动力时程分析’将被激活。
4 界面简介
4.1界面设置
界面可见4.1图。
图4.1 软件界面
它包括:
标题栏;显示软件的名称及工程项目名称。
下拉菜单(软件的全部功能);
工具栏:标准工具栏、梁工具栏、墙工具栏、柱工具栏;
状态区:输入窗口、提示、捕捉设置、显示设置、坐标显示;
命令栏:用于输入命令或参数。
捕捉设置Osnap:可设置正交输入、设置捕捉格式,单击该按钮,弹出如下对话框:
显示设置:可在屏幕图形上显示墙、梁等构件的截面、编号、荷载、配筋和内力。
输入窗口有:
设置当前层;
当为砌体类型为4(即单排孔灌实砌体)时有效,设置当前梁、墙砌块的灌浆率,添加梁墙或修改梁墙砌块的灌浆率时,需要先选择,取只范围为0~1;
设置当前墙厚度,添加墙或修改墙厚时,需要先选择;
设置当前梁截面,添加梁或修改梁截面时,需要先选择;
设置当前柱截面,添加柱或修改柱截面时,需要先选择;
设置梁端伸入墙体的长度,添加梁或修改伸入长度时,需要先选择;
选择梁墙荷载,在添加梁墙荷载时,需要先选择。
4.2功能键设置:
F2:设定捕捉点到梁端的距离;
F3:设置目标捕捉方式;
F4:设置显示选择项;
F6:设置捕捉梁墙近端点的距离;
F7:Grid显示网格点;
F8:Ortho捕捉正交点;
F9:Snap捕捉网格(Grid)点。
Ctrl+A:切换轴网方向。
5 菜单命令
5.1主菜单.
MSSP主菜单中包括:文件、编辑、控制信息、轴网、墙、梁、板荷、计算|验算、视图、帮助等11个下拉菜单,如图
5.2文件菜单
文件菜单包含如下各菜单项:
新建[NEW]
创建一个新的工程项目,同时把原来的项目从内存中清除。启动本软件,相当于执行本命令。值当你正在编辑一个旧的项目,想开始一个新的项目时,需要执行本命令。
打开[OPEN]
打开一个存在的工程项目,同时把原来的项目从内存中清除。
保存[SAVE]
保存项目文件,文件的后缀为.msp,文件的名字可以是Windows系统任何合法的名字。
另存为
换名保存项目文件,文件的后缀为.msp,文件的名字可以是Windows系统任何合法的名字。
存图
把当前图形用Windows metafile或enhanced metafile的格式存成文件。
打印机设置
设置打印机参数。从已经定义的系统打印机中选择打印机。
打印当前层
打印当前窗口中显示的图形。
退出[Q,QUIT]
退出本软件,同时清除所占内存。
5.3编辑菜单
编辑菜单包含如下各项:
撤消[U,UNDO]
撤消前一次的操作,在没有清除Undo缓冲区之前(更换层时清除Undo缓冲区),可以无限制地撤消前面的任何一次操作。
重做[RE,REDO]
如果错误撤消,可以马上重做一次。
删除
删除梁、墙等元素。可以使用单选,窗选,直线选,弧线选,椭圆选。此时,在命令行会弹出提示:
。
默认为所有对象,即用鼠标选择到什么就是什么。如果想过滤选择,可键入2或者3,可以动态改变要删除的对象,即只删除梁或者墙。
确认删除选中的对象,按鼠标右键,否则按ESC。
拷贝、镜像、旋转等操作的对象选择过程,同上。
延伸[EXT,EXTEND]
先选择延伸边界,再选择要延伸的梁或者墙。
Offset[OFF,OFFSET]
选择该命令后,软件提示先选择参考梁(或墙),从命令行输入平行拷贝的距离后,在参考梁(或墙)一侧点击鼠标左键。
层拷贝[FCP,FCOPY]
选择该项后,首先提示选择要拷贝的对象,右击鼠标完成选择对象后,将弹出如下对话框。
填写起始层和结束层后,完成该操作。
注意:起始层必须小于等于结束层,起始层到结束层中不能包含当前层。如果起始层到结束层中包含了当前层,则软件将做出提示,并自动退出操作。
平移拷贝[CP,COPY]
选择该项后,首先提示选择要拷贝的对象,右击鼠标完成选择对象后,提示选择插入基点、插入点(可以用鼠标选择,也可以直接输入坐标)。
旋转拷贝[RCP]
选择该项后,首先提示选择要拷贝的对象,右击鼠标完成选择对象后,提示选择插入基点、旋转角、插入点(可以用鼠标选择,也可以直接输入坐标)。
镜像拷贝[MIROR]
选择该项后,首先提示选择要拷贝的对象,右击鼠标完成选择对象后,提示选择镜像上的两个点(可以用鼠标选择,也可以直接输入坐标)。
5.4控制信息菜单
控制信息菜单包含如下各项:
初始设置
选取该命令后,将弹出下面的对话框。点按颜色区可以根据个人的爱好设置显示界面。自动存盘的间隔必须大于1分钟。在结点控制距离范围内将不允许建立新的结点和新的轴线。确认直接按“确定”键,取消按“取消”键。
设置图形显示范围
选取该命令后,从命令行提示
左下角(当前x,y)>:新x,y
右上角(当前x,y)>:新x,y
总体信息
选取该命令后,将弹出下面的对话框,确认直接按“确定”键,按“取消”键将使输入无效。所添入数据,如果超出所给范围,则软件将自动提示。
下面给出各参数的说明。
结构总层数
砌体结构实际层数,限制范围1~18。
砌体类型
1—普通砖砌体,
2—灰渣砖砌体,
3—单排孔混凝土空心砌块,
4—单排孔混凝土灌实砌块,
5—双排孔混凝土砌块,
6—毛料石,
7—毛石。
砌体重度
单位:kN/m3,如果输0,则砌体构件的自重将不计算。此值应该为砌体的实际重度。当砌体类型为4(即单排孔混凝土灌实砌块),软件将根据孔洞率、灌浆率的大小自动计算灌浆砌体的重度(重度=砌块实际重度+灌浆混凝土重度×砌块孔洞率×灌浆率)。
混凝土重度
单位:kN/m3,如果输0,则混凝土构件的自重将不计算。
砌块孔洞率
当为砌块砌体结构时有效。取值范围0~1。
圈梁高度
圈梁实际高度,单位为:mm。
地震作用计算
0— 不考虑地震作用;
1— 底部剪力法计算地震作用;
2— 振型分解法计算地震作用;
3— 串联模型弹塑性动力时程分析;
4— 空间协同双向激励弹塑性动力时程分析。
场地土类型
取值范围1,2,3,4。
地震影响
0—多遇地震,1—罕遇地震。
基本地震加速度
设计基本地震基速度值分别与抗震设防烈度相对应,当抗震设防烈度取6,7(4),8(5),9时,设计基本地震基速度值对应为0.05g,0.10(0.15)g,0.20(0.30)g,0.40g。
振型组合个数
取值范围1,2,3,4,5,6。
结构阻尼比
取值0.05。计算风振的脉动增大系数时用到。
设计地震分组
1—小震、2—中震、3—大震。
地震波
取值范围1-15。分别为
1. elcentro波;
2. mexico波;
3. 3-nanhe波;
4. tianjin波;
5. peking波;
6. pasadena波;
7. giffith波;
8. 自定义波;
9. 天津波(双向,下同);
10. TAFT波;
11. TAFT2波;
12. 迁安波;
13. 滦河桥波;
14. ELCENTRO1波;
15. ELCENTRO2波。
在使用自定义地震波时,必须按照说明填写userwave.dat文件。做串联多自由度弹塑性时程分析时已知地震波只能在(1,7)中选用。做空间协同双向激励弹塑性时程分析时可在(1,15)间选用。
userwave.dat文件包含以下数据:自定义地震波名,时间间隔,积分时间间隔,记录持时(所需积分的持续时间)。
抗震等级
结构的抗震等级。
活载组合值系数
砌体结构设计规范GB5003-2001公式4.1.5-2中的活载组合值系数。
结构类型
0—多层结构, 1—高层结构。
楼盖类型
0—刚性楼盖, 1—半刚性楼盖,2—柔性楼盖。刚性楼盖包括现浇和装配整体式钢筋混凝土楼盖。柔性楼盖是指木楼盖或虽是钢筋混凝土楼盖,但楼盖开洞率很大的情况。半刚性楼盖是指装配式钢筋混凝土楼盖,其刚度介于刚性楼盖和柔性楼盖之间。
结构安全等级
取值范围1,2,3。
抗压强度调整系数
根据规范要求,对砌体抗压强度进行调整。取值范围0-1。
抗拉抗剪强度调整系数
根据规范要求,对砌体抗拉、抗剪强度进行调整。取值范围0-1。
风荷载计算
0—不考虑风荷载, 1—考虑风荷载。
基本风压
指修正后的基本风压,单位:kN/m2。
风载体型系数
风荷载体型系数,按荷载规范取值。
地面粗糙度
取值范围1,2,3,4对应A,B,C,D。
估算结构周期
估计的结构第一周期,用于计算脉动增大系数。如果估算值与计算值相差太大,请使用计算值。
剪力墙保护层厚度
剪力墙保护层厚度,单位:mm。
梁保护层厚度
梁保护层厚度,单位:mm。
底框层数
当计算底框结构时,底层框架的层数,取值范围0、1、2。当取值为0时,表示为非底框结构。
结构变形模式
结构变形模式,取值
0- 层剪切型
1- 层弯剪型
梁箍筋抗拉强度(N/mm2)
按实际使用材料输入。
梁纵筋抗拉强度(N/mm2)
按实际使用材料输入。
纵筋抗拉强度(N/mm2)
按实际使用材料输入。
剪力墙竖向分布筋抗拉强度(N/mm2)
剪力墙水平分布筋抗拉强度(N/mm2)
剪力墙竖向端部筋抗拉强度(N/mm2)
剪力墙竖向分布筋直径(mm)
剪力墙竖向分布筋间距(mm)
网状配筋钢筋抗拉强度(N/mm2)
构造柱组合墙钢筋抗压强度(N/mm2)
层信息定义
选取该命令后,将弹出下面的对话框,确认直接按“确定”键,取消按“取消”键。
各栏参数解释如下:
砌体强度等级
普通砖强度等级范围为30,25,20,15,10;
灰砂砖强度等级范围为25,20,15,10;
单排孔混凝土砌块及灌孔混凝土砌块强度等级范围为20,15,10,7.5,5;
双排孔轻集料混凝土砌块强度等级范围为10,7.5,5;
毛料石及毛石砌体的强度等级为100,80,60,50,40,30,20。
如果超出以上范围,软件将自动选定边界值。
砂浆强度等级
普通砖:15, 10,7.5,5,2.5;
灰砂砖:15, 10,7.5,5;
单排孔混凝土砌块及灌孔混凝土:15, 10,7.5,5;
双排孔轻集料:10,7.5,5;
毛料石及毛石砌体:7.5,5,2.5。
如果超出以上范围,软件将自动选定边界值。
砌体结构中,砂浆强度等级不能大于砌体强度等级,如果输入时,砂浆标号大于砌体标号,则软件将给出提示。
梁砼强度等级
混凝土强度等级范围为80,75,70,65,60,55,50,45,40,35,30,25,20,15。. 如果超出以上范围,软件将自动选定边界值。
墙柱砼强度等级
混凝土强度等级范围为80,75,70,65,60,55,50,45,40,35,30,25,20,15。. 如果超出以上范围,软件将自动选定边界值。
灌孔砼强度等级
混凝土强度等级范围为80,75,70,65,60,55,50,45,40,35,30,25,20,15。. 如果超出以上范围,软件将自动选定边界值。
层高
楼板表面到上一层楼板表面的距离,单位:m。
活荷载折减系数
垂直活荷载在计算楼板时是常数,但在计算每层墙和基础时则应根据其上部楼层数的多寡进行折减,理论上取值范围为0~1。
砌体灌浆率
梁墙类型荷载定义
选取该命令后,将弹出下面的对话框。
先选择荷载类型(有均布,不等边梯形分布,集中力,梯形荷载,柱荷载几种类型),然后输入各参数,其中,下标1表示靠近左端的值,下标2标靠近右端的值。一次可以全部定义所有梁墙荷载,也可分几次定义,定义完毕后按关闭。
修改已有荷载时,可先用鼠标从列表框中选择要修改的项,此时将几何按钮“修改荷载”,输入修改的数据,点按该按钮。数据一旦修改,则原来采用该数据的梁墙荷载将全部自动修改。如果不想全部修改,但采用该数据的梁墙比较多,则仍然可采用上述方法,不想修改的部分必须定义另一组荷载,然后删除该部分的梁墙荷载,再新添加梁墙荷载。
梁端设定距离的点
指定捕捉点到梁端的距离。选取该命令后,将出现以下对话框:
在编辑框中添入需要的距离值即可。
5.5轴网菜单
轴网菜单包含如下各项:
定义/修改/删除轴网
选取该命令后,将弹出下面的对话框。
在定义一组轴网之前,必须先选择轴网名称、轴网的类型(分为正交轴网和圆极轴网,缺省的选择为正交轴网)、原点坐标,如果为斜交轴网,还需要输入轴网倾角,再输入X,Y轴间距,按“确定”,就定义了一组轴网。轴网中所含的轴线可用添加X轴、添加Y轴、删除X轴、删除Y轴进行添加和删除。如果希望原点的坐标由鼠标从屏幕捕捉,则先使用任意一种可以捕捉点的操作,比如添加X轴,把鼠标移到该捕捉点,然后按Ctrl+A。
可以对轴网进行标注,在对话框中可选择标注的形式,例如箭头方式、标注线定义、分界线定义、标注的位置等。
定义完毕后按“关闭”。
如果某组轴网已经不需要,可以从已经定义的轴网中选中它,然后按“删除”轴网把它删除。
软件最多允许同时定义10组轴网。
距离添加X轴
先选择要添加轴线的轴网,点按该选项后,从命令行输入与参考轴的距离d(可正可负),若没有任何参考轴,则以轴网原点为参考轴,然后用鼠标选择参考轴,就在距离参考轴距离d的地方建立一根轴线。(该轴线的局部坐标x值为常数,如果时圆极轴网,则为角度=常数的轴,即径向轴)。
距离添加Y轴
先选择要添加轴线的轴网,点按该选项后,从输入窗口输入与参考轴的距离d(可正可负),若没有任何参考轴,则以轴网原点为参考轴,然后用鼠标选择参考轴,就在距离参考轴距离d的地方建立一根轴线。(该轴线的局部坐标y值为常数,如果时圆极轴网,则为半径=常数的轴,即环向轴)。
添加X轴(拾取点处)
在鼠标捕捉处添加X轴。
添加Y轴(拾取点处)
在鼠标捕捉处添加Y轴。
删除X轴
先选择要删除轴线的轴网(菜单命令:设当前轴网),启动该命令后,移动鼠标到要删除的轴,单击,就可删除该轴线。(该轴线的局部坐标x值为常数,如果时圆极轴网,则为角度=常数的轴,即径向轴)。
删除Y轴
先选择要删除轴线的轴网(菜单命令:设当前轴网),启动该命令后,移动鼠标到要删除的轴,单击,就可删除该轴线。(该轴线的局部坐标y值为常数,如果时圆极轴网,则为直径=常数的轴,即环向轴)。
移动当前轴网
先选择移动的基点,然后移动基点到目标点,就移动了当前轴网到新的地方。
复制当前轴网
先用鼠标捕捉基点,在选择插入点,则复制了当前轴网,轴网的名称由系统分配。
对称拷贝当前轴网
对称复制当前轴网,只支持正交轴网。
设当前轴网
点取任意一个轴网的交叉点,则把该交叉点所在的轴网设为当前轴网。
切换轴线方向Shift+A
当作添加或删除轴线时,按快捷键shift+A可以切换x-y方向。
设置网格点
从命令行输入网格尺寸,格式GridX,GridY。
显示网格点F7
在窗口中显示所有的网格点。
5.6墙菜单
墙菜单包含如下各项:
注意:墙左右端的定义,当x坐标不同时,x坐标小的一端为左端,当x坐标相同时,y坐标小的一端为左端。梁的左右端定义与此相同。
轴网加墙[WAXIS,WA]
先输入墙厚,用定义一个矩形区域,则该区域内当前轴网的网格上将用当前墙厚置墙。
在建立墙时,注意“初始设置”对话框中的复选项“自动分割梁墙”是否选上。
两点加墙[W,PL,PLINE,WALL]
先输入墙厚,再选择或输入墙的两个端点,则以当前墙厚建立一段墙,如果“初始设置”对话框中的复选项“自动分割梁墙”选上,则软件会自动分割墙肢。
可以用鼠标捕捉端点,也可以直接从输入框输入端点的坐标,坐标输入参见下面:
输入点的坐标有如下几种方式:相对直角坐标、绝对值坐标、相对极坐标、相对长度。
当输入@x,y坐标时,表示相对直角坐标,此时的参考点为当前捕捉的光标点(当做两点加梁和两点加墙时,第二各地那的参考点为第一个点,当做连续加梁和连续加墙时,后一个点的参考点为前一个点);
当输入x,y坐标时,表示绝对直角坐标;
当输入r<a(其中r为极半径,a为夹角)坐标时,表示相对极坐标,此时的极点为当前捕捉的光标点(当做两点加梁和两点加墙时,输入第二个点时,极点为第一个点);
相对长度的输入仅对两点加梁和两点加墙起作用,当已经选取或输入了起点后,移动鼠标拉动一条直线,输入所需长度,则以起点为端点,沿直线方向截取所需长度的一段梁(墙)。
连续加墙
参见两点加墙。
修改墙厚
先输入墙厚,选择墙,确认按鼠标右键,取消按ESC。
添加荷载[WL]
添加墙荷载。先选择定义过的单元荷载,然后选择墙。确认按鼠标右键,取消按ESC。
墙上附加荷载仅对恒载工况,每道墙最多可加5个附加荷载。
删除荷载[WDL]
删除墙荷载。在单选状态下,直接移动鼠标(注意捕捉点的位置)删除单根梁的附加荷载;在线选状态下,用两点定义一条直线,与该直线相交的墙段的附加荷载;在窗选状态下,用两点定义一个窗口,删除所有两个端点在该窗口内的墙段的附加荷载。
删除荷载将完全删除该墙段上的所有附加荷载。
墙上开洞
先从屏幕右下角选择输入 ,
启动该命令后,命令栏将出现以下提示:
选择墙>:
用户需要从命令行输入洞口离墙左(右)边的距离(正值为左,负值为右),输入完毕后,选取需要开洞的任一墙段或几段墙,即可在选定的墙上开洞。如果洞口宽度>墙段长度,或者洞口宽度+洞口离墙左边的距离>墙段长度,或者洞口高度大于层高,则软件自动退出该命令。
开洞后,洞口处的梁高度为层高-洞口高,梁宽度为墙厚度,梁长度为洞口长度。
中间开洞
此命令同上述命令,但它不需用户输入洞口中心到墙边距离,而是直接将洞口开在墙段中点位置。如果洞口宽度>墙段长度,则软件自动退出该命令
开洞后,洞口处的梁高度为层高-洞口高,梁宽度为墙厚度,梁长度为洞口长度。
加构造柱 [WWC]
用户根据需要,可以在任意节点处,添加构造柱。
用户按需要定义构造柱宽度、构造柱高度,选取需要添加构造柱的节点(墙段端点),即可在选定的节点上生成构造柱。如果构造柱宽度或者高度小于等于零,则软件会在自动提示后,退出该命令。
构造柱生成后,与构造柱相连的墙段会自动被认为是砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙,如果不想考虑为组合墙,可在单独验算时,将墙体改为非组合墙。
软件将根据抗震等级自动对构造柱配筋,当抗震等级为一级时,构造柱配筋为4?16;当抗震等级为二级时,构造柱配筋为4?14;当抗震等级为三、四级时,构造柱配筋为4?12。
删除构造柱
用户根据需要,可以在任意加构造柱的节点上,删除构造柱。
注意:构造柱的删除不同于梁、墙的删除,不能直接用“E”命令进行删除。
构造柱删除后,与构造柱相连的墙段会自动取消组合墙属性。
配筋形式定义
当点取此命令时,出现以下对话框。
墙的配筋形式共有4种,分别为网状配筋、剪力墙、组合砖墙、钢筋混凝土剪力墙。在墙体生成时,墙体默认为无筋。当墙节点处设置构造柱时,该墙体配筋形式自动为组合墙。点取其中一种配筋形式,然后选取需要配筋的墙段,则所选取的墙段,为指定的配筋形式。当点取“无筋”时,墙体为无筋砌体;当点取“网状配筋”时,墙体为网状配筋砌体;当点取“剪力墙”时,墙体为砌体剪力墙;当点取“钢筋砼剪力墙”时,墙体为钢筋混凝土剪力墙,此项主要用于底框结构计算。
修改砌块灌浆率
选择该项后,首先提示选择要拷贝的对象,右击鼠标完成选择对象后,即可将所选对象的灌浆率改为当前灌浆率。
注意:如果墙体配筋形式已经为组合墙,当点取“无筋”时,墙体配筋属性不变,仍为组合墙。当点取“网状配筋”或者“剪力墙”时,墙体配筋属性变为网状配筋形式,或剪力墙配筋形式。相同编号的墙段,其配筋形式相同。
在定义墙体配筋形式同时,软件将按构造要求自动给墙体配筋。当为网状配筋时,墙体钢筋体积配筋率为0.1%,水平钢筋面积配筋率为0.07%;当为剪力墙时,对于一级抗震,剪力墙水平分布钢筋为?8@400,竖向分布钢筋为?12@400,端部钢筋为3?18(无构造柱)或4?16(有构造柱),对于二级抗震,剪力墙水平分布钢筋为?8@600,竖向分布钢筋为?12@600,端部钢筋为3?16(无构造柱)或4?14(有构造柱),对于三级抗震,剪力墙水平分布钢筋为?6@600,竖向分布钢筋为?12@600,端部钢筋为3?14(无构造柱)或4?12(有构造柱),对于四级抗震和非抗震,剪力墙水平分布钢筋为?6@600,竖向分布钢筋为?12@600,端部钢筋为3?12(无构造柱)或4?12(有构造柱)。
此配筋仅为墙的构造配筋,在计算后,如果不满足承载力需要,软件将按照计算结果重新给墙体配筋。
5.7柱菜单
柱菜单包含如下各项:
单点建柱
在选取该命令之前,先定义柱截面,在任意点上加柱,软件也允许从输入窗口直接输入平面坐标x,y来生成柱。可以连续输入,每次输入完毕均需按回车键,同时清除该输入内容。
轴网加柱[CAXIS]
在选取该命令之前,先定义柱截面,在当前轴网的网点上用当前截面尺寸建立柱,此时,柱的倾角与轴网的倾角相同。
修改柱截面[CCS、CCHS]
在选取该命令之前,先定义柱截面,再选择柱,确认后改变按鼠标右键,否则按ESC。
添加荷载
添加柱上荷载。先选择定义过的单元荷载,然后选择柱。确认按鼠标右键,取消按ESC。
柱上附加荷载仅对恒载工况。
删除柱上荷载
删除柱上荷载。选择已加荷柱,确认按鼠标右键,取消按ESC。
修改转角
修改柱转角。先输入柱转角,再选择柱,确认按鼠标右键,取消按ESC。
柱的转角以逆时针为正。
砖柱确认
柱建立时,默认为钢筋混凝土柱,如果要定义为砌体柱,则采用该命令。
5.8梁菜单
梁菜单包含如下各项:
轴网加梁[BAXIS]
先定义梁截面,用定义一个矩形区域,则该区域内当前轴网的网格上将用当前梁截面置梁。
在建立梁时,注意“初始设置”对话框中的复选项“自动分割梁墙”是否选上。
两点加梁[BEAM,B,L,LINE]
先输入梁截面,再选择或输入梁的两个端点,则以当前梁截面建立一条梁,如果“初始设置”对话框中的复选项“自动分割梁墙”选上,则软件会自动分割梁。
可以用鼠标捕捉端点,也可以直接从输入框输入端点的坐标,坐标输入参见下面:
输入点的坐标有如下几种方式:相对直角坐标、绝对值坐标、相对极坐标、相对长度。
当输入@x,y坐标时,表示相对直角坐标,此时的参考点为当前捕捉的光标点(当做两点加梁和两点加墙时,第二各地那的参考点为第一个点,当做连续加梁和连续加墙时,后一个点的参考点为前一个点);
当输入x,y坐标时,表示绝对直角坐标;
当输入r<a(其中r为极半径,a为夹角)坐标时,表示相对极坐标,此时的极点为当前捕捉的光标点(当做两点加梁和两点加墙时,输入第二个点时,极点为第一个点);
相对长度的输入仅对两点加梁和两点加墙起作用,当已经选取或输入了起点后,移动鼠标拉动一条直线,输入所需长度,则以起点为端点,沿直线方向截取所需长度的一段梁(墙)。
连续加梁
参见两点加梁。
弧线加梁
在选取该命令之前,先定义梁截面。
画弧线梁的步骤为:选择[输入]圆弧的起点 选择[输入]圆弧的终点 选择[输入]圆弧的圆心 输入分段数。
注意:圆弧是逆时针定义。
修改截面[BCS,BCHS]
先输入梁截面,然后选择梁,选择完毕后按鼠标右键结束。
修改梁支承长度[BCSH]
先输入梁支承长度,然后选择梁,选择完毕后按鼠标右键结束。
挑梁确认[BCAN]
选取该命令后,选择梁,选择完毕后按鼠标右键结束,该梁段颜色改变为挑梁的颜色。
墙梁确认[BCAN]
选取该命令后,选择梁,选择完毕后按鼠标右键结束,该梁段颜色改变为墙梁的颜色。
过梁/连梁确认[BLIN]
选取该命令后,将弹出下面的对话框。
过梁/连梁类型
总共有3种类型:混凝土过梁,钢筋砖过梁,砖过梁。
砼过梁/连梁高
混凝土过梁、连梁的实际高度,单位:mm。
注意:此高度与建模时使用的梁高度不同。建模时使用的梁高实际上是洞口顶面到上层楼面的距离,而不是实际的混凝土过梁、连梁的实际高度。
洞口高
洞口的实际高度,单位:mm。
注意:墙上开洞时,定义的洞口高,主要为了确定洞口上部的梁高度,此处的洞口高度为实际洞口高,一般应该与以前定义的洞口高一致,这是软件需要改进的地方。
洞底到楼面距离
洞口底面到该层楼面的距离,单位:mm。对话框中的内容填写完毕后,双击对话框或点击键“×”,对话框消失。然后选择梁,选择完毕后按鼠标右键结束,该梁段颜色改变为过梁的颜色。
取消梁属性
取消过梁、挑梁、墙梁的属性。选取该命令后,选择过梁、挑梁、墙梁,选择完毕后按鼠标右键结束,该梁段颜色改变为一般梁的颜色。
当定义过梁、挑梁、墙梁时,可直接选择梁,而不需要先取消梁属性。即如果梁原属性为过梁,需要将其定义为墙梁,可直接按照定义墙梁的顺序进行,而不需要先取消梁的过梁属性。
添加荷载[BL]
添加梁上荷载。先选择定义过的单元荷载,然后选择梁。确认按鼠标右键,取消按ESC。
梁上附加荷载仅对恒载工况,每条梁最多可加5个附加荷载。
删除荷载[BDL]
删除梁荷载。在单选状态下,直接移动鼠标(注意捕捉点的位置)删除单根梁的附加荷载;在线选状态下,用两点定义一条直线,与该直线相交的梁段的附加荷载;在窗选状态下,用两点定义一个窗口,删除所有两个端点在该窗口内的梁段的附加荷载。
删除荷载将完全删除该梁段上的所有附加荷载。
删除梁上指定荷载[BDSL]
从输入窗口输入要删除的荷载编号,然后选择梁。确认按鼠标右键,取消按ESC。
层拷贝梁上荷载
先选择要拷贝荷载的梁,选择后,出现以下对话框:
在对话框中填写一个标准层号,指定从哪一个标准层拷贝荷载。两个标准层布置不必相同,拷贝时只是拷贝位置相同的梁。
合并梁
点取相邻的两个梁段,软件将把该两段梁合并,合并后的梁截面取先点取的那段梁的截面。
注意:在生成梁同时,软件已经按构造要求给梁配筋。对于一般梁,底筋配筋率为0.15%(混凝土标号≤35)或者0.20%(混凝土标号>35),面筋为2?10(梁长≤4m)或2?12(梁长>4m),箍筋为?6@200或者最小配箍率×梁宽度;对于混凝土过梁,底筋配筋率为0.15%(混凝土标号≤35)或0.20%(混凝土标号>35),面筋为2?10(梁长≤4m)或者2?12(梁长>4m),箍筋为?6@200或者最小配箍率×梁宽度;对于钢筋砖过梁,底筋为?5@120,面筋为0,箍筋为0;对于砖过梁,底筋为0,面筋为0,箍筋为0;对于墙梁,配筋率为0.6%,箍筋为?6@200或者最小配箍率×梁宽度;对于挑梁,面筋配筋率为0.15%(混凝土标号≤35)或者0.20%(混凝土标号>35),底筋为2?10(梁长≤4m)或2?12(梁长>4m),箍筋为6@200或者最小配箍率×梁宽度。
此配筋仅为梁的构造配筋,在计算后,如果不满足承载力需要,软件将按照计算结果重新给梁配筋。
5.9板荷菜单
板荷菜单包含如下各项:
数据检查1
程序自动检查梁与墙交叉点是否形成结点,单元的网格是否正确。在自动形成楼面荷载之前,建议作该操作。
生成各层楼面荷载
软件自动搜索指定楼面内由墙和梁段围成的楼板,搜索条件为组成每块板的板边大于等于3条、小于等以15条。并在形成的楼面板上置均布恒载|活载。
注意:楼面板为刚性板,不包含厚度,楼面板的厚度必须折算成恒载输入。
生成本层楼面荷载
软件自动搜索本层楼面内由墙和梁段围成的楼板,搜索条件为组成每块板的板边大于等于3条、小于等以15条。并在形成的本层楼面板上置均布恒载|活载。
基本荷载[PBLOAD,PBL]
在输入框输入楼面荷载值,单位kN/mm2,先恒载,后活载,之间用“,”分隔。此时,该层所有板荷载将全部为该荷载值。
注意:输入荷载为荷载标准值,输入的楼面荷载包含楼板自重。
修改荷载
在输入框输入需要修改的楼面荷载值,单位kN/mm2,先恒载,后活载,之间用“,”分隔。然后选取需要修改的楼板即可。
注意:输入荷载为荷载标准值,输入的楼面荷载包含楼板自重。
导荷模式[PMODE]
共有五种导荷模式,如右图。
点取需要的模式,然后选取板即可。
删除楼面荷载[PDEL,PD]
选取该命令后,用鼠标选取要删除的板块。板块删除时,只是简单把荷载值为0。
层拷贝楼面荷载
该命令的操作与“层拷贝”命令的操作相似,可参见前面。
5.10计算|验算菜单
计算|验算菜单包含如下各项。
注:在验算构件高厚比之前,其它计算菜单为无效菜单,此时,“图形锁”打开,可以对结构平面图进行修改;在验算构件高厚比之后,“内力计算”菜单为有效菜单,其它计算菜单仍未无效,此时,“图形锁”关闭,不能对结构平面图进行修改;在内力计算之后,所有计算菜单均为有效菜单。
数据检查2
程序自动判断墙单元的传力是否合理。建议计算前作该操作。
验算高厚比
选取该命令后,自动验算结构各层的高厚比,不符合验算的构件显示红色。
内力及承载力计算
按传统砌体结构内力计算方式进行内力计算。
查看计算结果文件
可以查看内力、配筋、超限信息;还可以查看输出报告。输出报告包括:
1、 总体信息
2、 结构各层重量及总重量
3、 各阶振型及周期(振型分解法)
4、 层总地震剪力。
5、 风载产生的各层剪力。
自定义构件验算
该命令主要对单独的墙、梁等构件进行验算。在单独验算时,可考虑到自动验算时无法考虑到的因素,进行验算。,注意:在自动验算之前,一般应先进行结构自动运算,这样,手动验算框中各参数的初始值来源于自动验算的结果。
墙体
点取该命令后,选取所需验算的某段墙体。注意:如果用户选择了多段墙体,软件将自动认定最先选取的一段墙。选取墙段后,将出现以下界面。
界面生成时,表格中的各项内容为所选构件实际属性,其中内力为单工况下内力标准值。除了承载力为计算而得,其它各项内容均可根据用户需要进行调整。如果构件承载力不满足,可调整砌体类型,砌体强度,配筋形式等方面内容,使构件满足承载力要求。墙体形式可选择矩形、I型、T型、L型等形式,其对应的形状参数,可在图例中显示。
功能选择中,可考虑抗震计算、验算单根构造柱、自动计算构件配筋。
更改数据后,点击“计算”按钮,可计算出墙体承载力。
如果需要保存计算结果,可点击“保存数据”按钮,文件的后缀为.out,文件的名字可以是Windows系统任何合法的名字。
如果需要读取以前保存的数据,可点击“读数据”按钮,读取后缀为.out的文件。
当验算结束后,可点击“关闭”按钮。
单跨梁
点取该命令后,选取所需验算的某条梁。注意:如果用户选择了多条梁,软件将自动认定最先选取的一条梁。选取梁后,将出现以下界面。
界面生成时,表格中的各项内容为所选构件实际属性。除了内力和承载力为计算而得,其它各项内容均可根据用户需要进行调整。如果构件承载力不满足,可调整梁材料强度,配筋大小等方面内容,使构件满足承载力要求。
功能选择中,可自动计算梁端压力、自动导用荷载、自动计算梁配筋。
梁端承压验算中,可考虑刚性梁垫或者垫梁的作用。
更改数据后,点击“计算”按钮,可计算出梁的内力和承载力。
如果需要保存计算结果,可点击“保存数据”按钮,文件的后缀为.out,文件的名字可以是Windows系统任何合法的名字。
如果需要读取以前保存的数据,可点击“读数据”按钮,读取后缀为.out的文件。
当验算结束后,可点击“关闭”按钮。
弹塑性动力时程分析
当总体信息中的地震作用计算标志取值=3或4时,将激活该菜单。对所生成的结构进行相应的弹塑性动力时程计算,在显示计算所用时间后稍停3秒即自动返回系统。
串联模型地震结果
当对超规结构作串联多自由度做剪切型或弯剪型弹塑性地震反应分析时,地震作用计算完成后再进计算\验算\k可看到串联模型地震结果变为可用。并出现其下级菜单,可选择查看相关的计算结果。
空间模型地震结果
当对超规结构作空间协同模型做弹塑性地震反应分析时,地震作用计算完成后再进计算\验算\k可看到空间模型地震结果变为可用。并出现其下级菜单,可选择查看相关的计算结果。
5.11视图菜单
视图菜单包含如下各项:
固定字体高度
固定屏幕显示字体,不随图形的缩放而缩放。
可变字体高度
打印机输出时的字体高度,单位:mm。屏幕固定的字体高度。
平面视图XOY
软件进行各种操作的实际平台,各种元素的添加或者删除只能在该平面视图内进行。
平面视图YOZ
把结构投影到YOZ平面内,在该平面内只能平易,局部放大操作,主要用来检查单元的空间连续。
平面视图XOZ
把结构投影到XOZ平面内,在该平面内只能平易,局部放大操作,主要用来检查单元的空间连续。
空间视图
只能做平移,局部放大操作,主要用来检查单元的空间连续。
显示全图
显示全部图形。
显示全部区域
按各层最大区域显示图形。
局部放大
用鼠标选定要局部放大的区域。如果由命令行输入Z,则该命令为透明命令,在右击鼠标后,回到前一状态。
显示预设区域
按“初始设置”里面设置的显示区域显示图形。
图形平移
用鼠标平移图形。如果由命令行输入P,则该命令为透明命令,在右击鼠标后,回到前一状态。
改变显示分辨率
可以动态改变显示分辨率,有800×600,1024×768两种。
隐藏/显示Window状态条
隐藏/显示标题栏
5.12查询菜单
查询菜单包含如下各项:
查询梁
选取该命令后,选取需要查询的梁,然后弹出下面对话框。框内包括了该梁的所有信息。其中,表示尺寸的单位为:mm。
在弹出对话框后,可根据用户需要,修改梁编号,从而得到该编号梁的信息。
点击键“×”,对话框消失。
查询墙
选取该命令后,选取需要查询的墙,然后弹出下面对话框。
框内包括了该墙的所有信息。其中,表示尺寸的单位为:mm。
在弹出对话框后,可根据用户需要,修改墙肢编号,从而得到该编号墙肢的信息。
点击键“×”,对话框消失。
查询两点距离
选取该命令后,任意选取两点,在提示栏中将显示两点x方向的距离、y方向的距离以及两点的净距离。
5.13帮助菜单
帮助菜单包含如下各项:
注册
通过正式渠道获取的软件将需要注册,每台机有不同的注册码,用户可以使用Internet把机器的特征码发送给软件开发人员获取注册码。
关于MSSP软件
6 输出结果说明
在该版本的MSSP中,输出结果比较简单,易于阅读。输出内容可根据用户需求,再进行改进。
6.1验算结果文件
在运行完所有的验算步骤后,生成最后的结果文件。文件内容包括墙、梁在恒载、活载、地震、风载下的内力及配筋情况,以及地震作用及风载的大小。
串联多自由度(层间模型)弹塑性时程分析主要计算结果文件有:
“周期”即“PERIOD_INF.OUT” 是时程分析法输出的数据文件,记录结构的周期和计算所用的时间等,以及结构各层破坏总信息。
“X状态改变” “Y状态改变”即"STAT_X.DAT"、"STAT_Y.DAT"是时程分析法输出的数据文件,记录结构在X方向和Y方向地震作用时候的状态改变的信息。
“X 向结果”“Y向结果”即"JIEGUO_X.DAT"、"JIEGUO_Y.DAT"是时程分析法输出的数据文件,记录结构在X方向和Y方向地震作用时候的每层最大位移、速度、加速度、层间剪力和层间位移。
空间协同弹塑性时程分析法的主要计算结果文件即为“edap_out.OUT”:
“edap_out.OUT”是楼板刚心位置,剪切刚度,最大相对地面位移和时间,并输出各层墙片及楼层的状态等信息。
关于弹塑性动力时程分析的内容,祥见第八章。
6.2显示控制及显示说明
按键F4,将生成“显示选择项”对话框,如下图。
被选中的项目为图中的显示内容,轴、墙、梁、楼面荷载等四个选项由软件自动选中。但需要用户注意,有些选项不能同时显示,即使全部选中,也只能显示其中一项内容。
梁配筋
形式为##-##-##,前一个##代表梁的底筋面积、中间一个##代表梁的面筋面积、后一个##代表梁的一米内箍筋面积,单位为mm。
梁内力
形式为##-##,前一个##代表梁的弯矩、后一个##代表梁的剪力。
墙配筋
形式为##,##-##-##,最前一个##表示配筋类型。(1)为网状配筋、(2)为剪力墙、(3)为组合墙。
当为网状配筋时,##-##分别表示:钢筋的体积配筋率和水平钢筋面积配筋率。
当为剪力墙时,##-##-##分别表示:端部钢筋面积、竖向分布钢筋面积(1m范围内)、水平分布钢筋面积(1m范围内)。
当为组合砖砌体时,##-##分别表示:构造柱钢筋总面积、构造柱根数、构造柱一米内配箍面积。
当为无筋砌体时,此项不显示。
墙内力
墙体的内力按恒载、活载、地震、风载单独输出,恒载和活载输出轴力和平面外弯矩,地震和风输出剪力和平面内弯矩。
7 软件编制依据
7.1 砌体结构房屋的整体空间作用
砌体结构房屋一般是由屋盖、楼盖、纵墙、横墙和基础组合而成,整个房屋如同一个空间盒子,承受着各种垂直方向和水平方向荷载的作用[2]。对于空旷单层或多层砌体房屋在规范的静力计算方案一章中,介绍了根据横墙间距要按弹性、刚性和刚弹性三种方案之一进行计算(见表7-1)。对弹性方案按刚架或半刚结刚架进行计算;对刚性方案按连续梁考虑风荷载作用的出平面弯矩,也给出了连续梁支座弯矩简化计算的公式: ;对刚弹性方案则要根据规范所给的有关表格,根据楼盖(屋盖)类型和横墙间距确定空间工作系数,按规范有关规定进行分析。对于单层或多层空旷厂房一般可能要做弹性或刚弹性静力分析,对其他的一般房屋一般都属于刚性方案房屋,就不需要考虑空间整体作用了。
表7-1 房屋的静力计算方案
Table7-1 Static Analysis Scheme of Building
屋 盖 或 楼 盖 类 别 刚性方案 刚弹性方案 弹性方案
1 整体式、装配整体和装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖、钢筋混凝土楼盖 s<32 32≤s≤72 s>72
2 装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖、轻钢屋盖和密铺望板的木屋盖、木楼盖 s<20 20≤s≤48 s>48
3 瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖 s<16 16≤s≤36 s>36
7.2内力计算
对砌体结构房屋,屋盖类型和横墙间距直接影响其空间刚度[3]。本软件主要适用于横墙间距较小,刚度较大的多层房屋,因此,选择刚性方案进行房屋静力计算(图7-1)。
竖向荷载主要指重力荷载,包括结构自重、非结构构件自重及活荷载。活荷载取用依据荷载规范。本软件中没有考虑活荷载的不利布置。在竖向荷载作用下,墙在每层高度范围内,可近似地视作两端铰支的竖向构件。
水平荷载包括了风荷载和水平地震作用。在水平荷载作用下,墙在每层高度范围内,可近似地视作竖向连续梁。
7-1图 多层刚性方案
Fig.7-1 Rigid Analysis Scheme of Multistorey Building
7.2.1竖向荷载
竖向荷载计算中,上层传来的竖向荷载不考虑其弯矩影响,而为作用与上一楼层墙的截面重心处。本层传来的竖向荷载考虑其对墙的实际偏心影响。其对墙外边缘的距离根据理论研究和试验的实际情况,对屋盖梁取0.33a0(a0为梁端有效支承长度),对楼盖梁考虑上部荷载和内力重分配的塑性影响取0.4 a0[5]。
(a)屋盖梁 (b)楼盖梁
7.2图 梁端有效支承长度
Fig.7-2 Eddective Support Length of Beam End
设墙厚为h,则偏心距分别为
和 (7-1)
其中a0近似计算为
(7-2)
式中,
hc——梁的截面高度;
f ——砌体的抗压强度。
作用于每层墙上端的垂直荷载N和弯矩M分别为:
(7-3)
式中,
Ng——本层墙体自重;
e——N0、Nl的合力对墙重心轴的偏心距。
每层墙的弯矩图为三角形,上端M=Ml·e,N=N0+Nl,弯矩最大,垂直荷载最小,下端M=0,N=N0+Nl+ Ng,弯矩最小,垂直荷载最大。
对于梁跨度大于9m的墙承重的多层房屋,除按上述方法计算墙体承载力外,宜按梁两端固结计算梁端弯矩,再将其乘以系数γ后,按墙体线性刚度分到上层墙底部和下层墙顶部,修正系数γ可取为:
(7-4)
a——梁端实际支承长度;
h——支承墙体厚度,当上下墙厚度不同时取下部墙厚,当有壁柱时取hf。
这种方法将墙视作两端铰接,大大简化了砌体结构的设计,且偏于安全,是世界各国目前较为广泛采用的方法。
7.2.2风荷载
是否考虑风荷载作用,可由用户指定。一般说来,风荷载引起的内力,对刚性方案房屋而言,其值不大,往往不足全部内力的5%,风荷载组合时,可以乘以小于1的组合系数,承载能力由竖向荷载所控制。《砌体结构设计规范》5003-2001规定,当刚性方案多层房屋的外墙符合下列要求时,静力计算可不考虑风荷载的影响(注意:当设计单层或多层空旷厂房时,风荷载的计算要考虑空间整体作用):
2. 洞口水平截面面积不超过全截面面积的2/3;
3. 层高和总高不超过表7-2的规定;
4. 屋面自重不小于0.8kN/m2。
5. 对于多层砌块房屋190mm厚的外墙,当层高不大于2.8m,总高不大于19.6m,基本风压不大于0.7 kN/m2。
表7-2 外墙不考虑风荷载影响的最大高度
Table7-2 Most Height of Exterior Wall without regard to Wind Load
基本风压值(kN/m2) 层高(m) 总高(m)
0.4 4.0 28
0.5 4.0 24
0.6 4.0 18
0.7 7.5 18
当需要考虑风荷载时,软件计算受风面积及风力作用点取法为:第i层受风面积为Si,风力作用点为:竖向在层标高Hi处,水平在迎风投影面积的形心Xi处,则
(7-5)
其中,hi——第i层的层高。
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值w按下式计算[8]:
(7-6)
式中 w0——基本风压,应根据《建筑结构荷载规范》(GBJ9-8)中“全国基本风压分布图”中的数值乘以系数1.1采用;对于特别重要和有特殊要求的建筑,可按图中数值乘以系数1.2采用。用户按修正后的基本风压在总体信息中输入。
μz——风压高度变化系数,可按地面粗糙度分类,由用户指定地面粗糙度,软件根据建筑物高度按表7-3选用;
μs——风荷载体型系数,由用户指定,可按下列方法取用。
1) 圆形和椭圆形平面建筑,μs =0.8。
2) 正多边形和截角三角形平面建筑,风荷载体型系数μs由下式决定:
(n代表多边形边数) (7-7)
3) 矩形、鼓形、十字形平面建筑(除细高的塔式建筑物外),μs =1.3。
4) V形、Y形、双十字形、井字形、L形、槽形平面建筑,μs =1.4。
5) 当需要细致地进行风荷载计算时,风荷载体型系数可以由风洞试验等其它方法确定。
βz——z高度上的风振系数,对于房屋高度不大于30m、高宽比小于1.5的建筑,风力振动影响可不考虑,βz =1.0;当房屋高度大于30m、高宽比大于1.5的建筑,风力振动系数按下列公式,由软件自行计算。
(7-8)
注意:对体型复杂的建筑物,软件自动计算的风荷载值可能不能完全反映实际情况。
对风荷载,连续梁的弯矩近似取:
(7-9)
式中 w——沿楼层高均布风荷载设计值;
Hi——层高。
表7-3 风压高度变化系数μz
Table7-3 Height Variational Coefficient μz with Wind Pressure
距离地面或海平面高度(m) 地面粗糙度类别
A 类 B类 C类
2001501009080706050403020105 2.832.642.402.342.272.202.122.031.921.801.631.381.17 2.612.382.092.021.951.861.771.671.561.421.251.000.80 2.362.111.791.721.641.551.461.361.241.110.940.710.54
说明:A类指海岸、湖岸、海岛地区;
B类指中小城镇和大城市郊区;
C类指有密集建筑群的大城市市区。
7.2.3地震作用
结构地震分析主要指水平对水平地震作用的一般计算原则,依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的有关规定。
抗震设计中,多层砌体房屋的层数、高度、层高应符合下列要求:
1) 一般情况下,房屋的层数和高度不应超过表7-4的规定。
2) 对医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋,总高度应比表7-4的规定降低3m,层数相应减少一层;各层横墙很少(指同一楼层内开间大于4.2m的房间占该层总面积的40%以上)的多层砌体房屋,还应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。
3) 横墙较少的多层砖砌体住宅楼,当按规定采取加强措施并满足抗震承载力要求时,其高度和层数应允许仍按表7-4。
表7-4 多层砌体房屋的层数、总高、层高限值(m)
Table7-4 Extremum of Multistorey Building
房屋类型 最小墙厚(mm) 烈 度
6 7 8 9
高度 层数 层高 高度 层数 层高 高度 层数 层高 高度 层数 层高
普通砖 240 24 8 7.6 21 7 7.6 18 6 7.6 12 4 7.6
多孔砖 240 21 7 7.6 21 7 7.6 18 6 7.6 12 4 7.6
多孔砖 190 21 7 7.6 18 6 7.6 15 5 7.6 - - -
小砌块 190 21 7 7.6 21 7 7.6 18 6 7.6 - - -
建筑所在地区遭受的地震影响,应采用相应于抗震设防烈度的设计基本地震加速度和设计特征周期或中国地震动参数区划图规定的设计地震动参数来表征。抗震设防烈度和设计基本地震加速度取值应符合表7-5的规定。设计基本地震加速度为0.15g和0.30g地区内的建筑,除抗震规范另有规定外,应分别按抗震设防烈度7度和8度的要求进行抗震设计。建筑场地为Ⅲ、Ⅳ时,对涉及基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区,除抗震规范另有对定外,宜分别按抗震设防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)时各类建筑的要求采取抗震构造措施。
表7-5 抗震设防烈度和设计基本地震加速度值对应关系
Table7-5 Correlation Coefficient between Seismic Fortification Intensity and
Design Basic Acceleration of Ground Motion
抗震设防烈度 6 7 8 9
设计基本地震加速度值 0.05g 0.10(0.15)g 0.20(0.30)g 0.40g
建筑的设计特征周期应根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定。设计地震共分为三组。对Ⅱ类场地,第一组、第二组和第三组的设计特征周期,应分别为0.35s、0.40s、0.45s采用。
各类建筑结构的抗震计算,应采用下列方法:
1) 高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法等简化方法。
2) 除1款外的建筑结构,宜采用振型分解反应谱法。
3) 特别不规则的建筑、甲类建筑等,应采用时程分析法进行多余地震下的补充计算,可取多条时程曲线计算结构的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。其水平地震影响系数最大值按表7-6采用;特征周期应根据场地类别和设计地震分组按7-7采用,计算8、9度罕遇地震作用时,特征周期应增加0.05s。
表7-6 水平地震影响系数最大值
Table7-6 Max. Influence Coefficient of Horizontal Earthquake Action
地震影响 6度 7度 8度 9度
多遇地震 0.04 0.08(0.12) 0.16(0.24) 0.32
罕遇地震 - 0.5(0.72) 0.90(1.20) 1.40
注意:括号中数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。
表7-7 特征周期值
Table7-7 Chararcteristic Period of Ground Motion
设计地震分组 场地类别
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
第一组 0.25 0.35 0.45 0.65
第二组 0.30 0.40 0.55 0.75
第三组 0.35 0.45 0.65 0.90
软件内置的计算地震作用力的方法有:底部剪力法和振型分解反应谱法,此外,软件还可进行串联多自由度层间模型和双向地震激励空间协同的弹塑性时程反应分析计算,对弹塑性时程分析有关内容见第八章。
采用底部剪力法:
对于多层砌体房屋、底部框架房屋和多层多排柱内框架房屋的抗震计算,一般采用底部剪力法。各楼层可仅取一个自由度,结构的水平地震作用标准值,按下列公式确定(如图7-3):
7.3图 结构水平地震作用计算简图
Fig.7-3 Calculating Sketch of Horizontal Earthquake Action
(7-10)
(7-11)
(7-12)
式中
FEk——结构总水平地震作用标准值;
α1——相应与结构基本自振周期的水平地震影响系数值,按表7-6采用,对多层砌体房屋、底部框架和多层内框架砖房,宜取水平地震影响系数最大值;
Geq——结构等效总重力荷载,单质点应取总重力荷载代表值,多质点可取总重力荷载代表值的85%;
Fi——质点i的水平地震作用标准值;
Gi,Gj——分别为集中于质点i、j的重力荷载代表值,取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和,各可变荷载组合值系数如表7-8。
Hi,Hj——分别为质点i、j的计算高度;
δn——顶部附加地震作用系数,多层钢筋混凝土和钢结构房屋按规范要求取用,多层内框架砖房可采用0.2,其它房屋可采用0.0。
ΔF n——顶部附加水平地震作用。
表7-8 组合值系数
Table7-8 Combination Coefficient
可变荷载种类 组合值系数
雪荷载 0.5
屋面集灰荷载 0.5
屋面活荷载 不计入
按实际情况计算的楼面活荷载 1.0
按等效均布荷载计算的楼面活荷载 藏书库、档案库 0.8
其它民用建筑 0.5
吊车悬吊物重力 硬钩吊车 0.3
软钩吊车 不计入
采用振型分解反应谱法(不进行扭转耦联计算):
这时结构的计算模型对多层为层间剪切型,对高层(小高层)为弯剪型(当然进行底部剪力法计算时,也可采用这两种模型。两种模型计算模型中的一些具体问题,将统一在第八章内介绍)。在计算得到结构周期的条件下,按规范作如下计算:
1) 结构j振型i质点的水平地震作用标准值,按下列公式确定:
(7-13)
(7-14)
式中
Fij——j振型i质点的水平地震作用标准值;
αj——相应于j振型自振周期的地震影响系数,取法同前;
X ij——j振型i质点的水平相对位移;
γj——j振型的参与系数。
2) 水平地震作用效应(弯矩、剪力、轴向力和变形),按下式确定:
(7-15)
式中
S Ek——水平地震作用标准值的效应;
S j——j振型水平地震作用标准值的效应,可只取前2~3个振型,当基本自振周期大于1.5s或房屋高度比大于5时,振型个数应适当增加。
7.2.4水平作用力的分配
将求得的层间水平作用力(包括水平荷载和地震作用)按墙片的层间等效侧向刚度进行分配。层间等效侧向刚度是衡量墙体刚柔的重要指标[9],可表示为:
(7-16)
式中,Δ为墙体在单位力作用下所产生的变形。
墙体的变形一般由三部分组成,包括弯曲变形、剪切变形和基础转动,可表示为:
(7-17)
式中,第一项为弯曲变形,H为墙高,I为墙的惯性矩;第二项为剪切变形,包括一个1.2的系数,这是对矩形截面而言的;第三项为基础转动引起的变形,由于它不引起墙体发生变形,而且评价起来很困难,所以设计一般不考虑它的影响,(7-17)转化为:
(7-18)
式中的Em和G为砌块砌体结构的弹性模量和剪切模量。
进行地震剪力分配和截面验算时,砌体墙段的层间等效侧向刚度还按下列原则确定:
1) 刚度的计算应计及高宽比的影响。墙段的高宽比指层高与墙长之比,对门窗洞边的小墙段指洞净高与洞侧墙宽之比。高宽比小于1时,可只计算剪切变形;高宽比大于4且不小于1时,应同时计算弯曲和剪切变形;高宽比大于4时,等效侧向刚度可取0.0。
2) 墙段宜按门窗洞口划分;对于小开口墙段按毛墙面计算的刚度,可根据开洞率乘以表7-9的洞口影响系数。开洞率为洞口面积与墙段毛面积之比;窗洞高度大于层高50%时,按门洞对待。但此项原则,在自动计算、验算时无法考虑,需要用户在单独验算时,作人为调整。
表7-9 墙段洞口影响系数
Table7-9 Influence Coefficient of Wall
开洞率 0.10 0.20 0.30
影响系数 0.98 0.94 0.88
注意:以上原则2在自动计算、验算时无法考虑,需要用户在单独验算时,作人为调整。
7.2.5 内力组合
使用人机对话框窗口确定组合系数,用户根据需要进行竖向荷载和水平荷载的内力组合,可求得需求荷载工况组合下各墙片的内力。
7.2.6 抗震计算例题
以一个12层房屋为例,简要说明,图形见sample/1.msp。该工程是单排孔空心砌块房屋,结构的质量和刚度布置较为均匀,总层高不超过40米,结构计算模型应采用剪切型模型,验算方法宜采用底部剪力法进行地震验算。结构所在地的地震烈度为8度,地震分组为第一组,场地类型为II。
操作步骤:
1、填写总体信息对话框。首先将地震作用计算,改为1,即采用底部剪力法。 然后,按工程实际情况,填写场地类型(2);地震影响(多遇地震为0);基本地震(烈度)加速度 8(度)。结构类型为0。阻尼比为0.05。
2、计算。点击计算\验算K菜单下的内力计算,软件自动计算底部剪力法并组合验算。
3、查看计算结果。点击计算\验算K菜单下的生成计算结果,然后点击计算\验算K菜单下的查看计算结果。
4、进行振型分解法验算。只需修改总体信息,将地震作用计算,改为2,即采用振型分解法。组合振型数为3。
5、计算。重复步骤2、3。
6、进行串联多自由度弹塑性时程分析法验算。首先将地震作用计算,改为3,即采用串联多自由度层间模型弹塑性时程分析。将地震波改为1,即采用Elcentro波。
7、计算。点击计算\验算K菜单下的地震作用计算。
8、查看结果。
9、进行空间协同弹塑性时程分析验算。首先将地震作用计算,改为4。将地震波仍为1,即采用Elcentro波。
10、如果没有作内力计算,必须先做内力计算,然后重复步骤7、8。
11、地震验算结束。
注:对很多结构只需进行步骤1-5即可。根据具体的结构情况,按规范进行验算。
7.3承载力验算
对于无筋砌体构件承载力、配筋砌体构件承载力、砌体结构抗震、过梁、墙梁以及挑梁的验算公式,均根据GB5001-2001《砌体结构设计规范》的有关规定。
7.3.1 高厚比验算
墙体高厚比按下列公式验算:
(7-19)
式中
H0——墙体计算高度,多层房屋的刚性方案计算时,按下列方式采用:
,其中,s为房屋横墙间距,H为层高;
h——墙体厚度;
μ1——自承重墙允许高厚比的修正系数,对于承重墙和厚度大于240mm的自承重墙,μ1=1.0,对于厚度小于或等于240mm的自承重墙,系数μ1按下列规定采用:
,其中,h为墙厚;
μ2——有门窗洞口墙允许高厚比修正系数,按下列公式计算:
(μ2≥0.7)
其中, s为相邻窗间墙之间的距离,bs为宽度s范围内门窗洞口的总宽度;
[β]——墙的允许高厚比,按表7-10采用,当砌体类型为毛石时,墙体允许高厚比按表中的数值降低20%;当构件为组合砖砌体构件时,墙体允许高厚比可按表中数值提高20%,但不得超过28。
表7-10 墙体允许高厚比
Table7-10 Allowable Ratio of Hight to Sectional Thickness of Wall
砂浆强度等级 墙 体
M2.5M5.0≥M7.5 222426
软件不能自动验算带壁柱墙和带构造柱墙的高厚比,需要在自定义构件验算部分进行。验算时,按下列规定进行:
1) 按公式(7-19)验算带壁柱墙的高厚比,公式中的h应改为带壁柱墙截面的折算厚度hT。
2) 在确定带壁柱墙截面回转半径时,墙截面的翼缘bf的取法为:当有门窗时,取窗间墙宽度;当无门窗时,每侧翼墙宽度可取壁柱高度的1/3。
3) 在确定带壁柱墙的计算高度H0时,s应取相邻横墙间的距离。
4) 当构造柱截面宽度不小于墙厚时,可按公式(7-19)验算带构造柱墙的高厚比,此时,公式中的h为墙厚。
5) 在确定带构造柱墙的计算高度H0时,s应取相邻横墙间的距离。
6) 带构造柱墙的允许高厚比[β]可乘以提高系数μc:
(7-20)
式中
γ——系数,对细料石、半细料石,γ=0,对混凝土砌块、粗料石、毛料石及毛石砌体,γ=1.0,其它砌体,γ=1.5;
bc——构造柱沿墙长方向的宽度;
l——构造柱的间距。
当bc / l〉0.25时取bc / l=0.25,当bc / l<0.05时取bc / l=0。
7.3.2 无筋砌体构件验算
受压构件的承载力按下式计算:
(7-21)
式中
N——轴向力设计值;
f——砌体抗压强度设计值;
A——截面面积,对各类砌体均按毛截面计算;
φ——高厚比β和轴向力的偏心距e对受压构件承载力的影响系数。
φ可由下列公式计算:
(7-22)
(7-23)
式中
β——构件的高厚比,不同砌体材料的高厚比修正系数见表7-11;
表7-11 墙体高厚比修正系数
Table7-11 Modified Ccoefficient of
Ratio of Hight to Sectional Thickness of Wall
砌体材料类别 γβ
烧结普通砖、烧结多孔砖 1.0
混凝土及轻集料混凝土砌块 1.1
蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖、细料石、半细料石 1.2
粗料石、毛石 1.5
e——轴向力的偏心距,e=M/N;
h——矩形截面的轴向力偏心方向的边长;
φ0——轴心受压构件的稳定系数;
α——与砂浆强度等级有关的系数,当砂浆强度等级大于或等于M5时,α等于0.0015;当砂浆强度等级等于M2.5时,α等于0.002;当砂浆强度等级等于0时,α等于0.009。
对每一墙片,取上下两个截面进行验算,即轴力小、弯矩大,轴力大、弯矩小两个危险截面。截面验算时,考虑大梁产生的平面外弯矩和地震作用、风荷载产生的平面内弯矩分别作用时,墙体的承载能力。如果任一项承载力不满足,则墙体验算不符合。
7.3.3 网状配筋砖砌体构件验算
网状配筋砖砌体受压构件的承载力按下列公式计算:
(7-24)
(7-25)
式中
N——轴向力设计值;
fn——网状配筋砖体的抗压强度设计值;
A——截面面积,对各类砌体均按毛截面计算;
e——轴向力的偏心距;
ρ——体积配筋,当采用截面面积为As的钢筋组成的方格网,网格尺寸为a和钢筋网的间距为Sn时, ;
fy——钢筋的抗拉强度设计值,当fy大于320Mpa时,仍采用320Mpa;
φn——高厚比β和配筋率以及轴向力的偏心距e对网状配筋砖砌体受压构件承载力的影响系数。
φn可由下列公式计算:
(7-26)
(7-27)
式中
ρ——体积配筋;
φ0n——网状配筋砖砌体受压构件的稳定系数。
墙体配筋形式由用户指定,配筋形式是否合适,需由用户判定。网状配筋砖砌体受压构件应符合下列规定:
1) 偏心距超过截面核心范围,对于矩形截面即e/h>0.17时或偏心距未超过截面核心范围,但构件的高厚比〉16时,不宜采用网状配筋墙砖砌体构件;
2) 当网状配筋砖砌体构件下端与无筋砌体交接时,尚应验算无筋砌体的局部受压承载力。
对每一墙片,取上下两个截面进行验算,即轴力小、弯矩大,轴力大、弯矩小两个危险截面。截面验算时,考虑大梁产生的平面外弯矩和地震作用、风荷载产生的平面内弯矩分别作用时,墙体的承载能力。当用户指定墙体配筋形式为网状配筋时,软件自动按网状配筋砌体的构造要求进行墙体配筋。如果构造配筋满足承载力要求,即为墙体配筋;如果构造配筋不满足承载力要求,软件将重新计算墙体配筋。
7.3.4砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙构件验算
砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙的轴心受压承载力按下列公式计算:
(7-28)
(7-29)
式中
N——轴向力设计值;
η——强度系数,当l/bc小于4时,取l/bc等于4;
l——沿墙长方向构造柱的间距;
bc——沿墙长方向构造柱的宽度;
An——砖砌体的净截面面积;
Ac——构造柱的截面面积;
φcom——组合砖墙的稳定系数,按规范规定采用。
对每一墙片,只取轴力最大的截面进行验算。截面验算时,没有考虑大梁产生的平面外弯矩和地震作用、风荷载产生的平面内弯矩分别作用时,墙体的承载能力。这是软件需要改进的地方。当用户指定墙体构造柱时,软件自动认为与构造柱相连的墙体为砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙,并按组合墙的构造要求进行墙体配筋。如果构造配筋满足承载力要求,即为墙体配筋;如果构造配筋不满足承载力要求,软件将重新计算墙体配筋。
7.3.5配筋砌块砌体剪力墙构件验算
配筋砌块砌体剪力墙构件正截面承载力按下列基本假定进行计算:
1) 截面应变保持平面;
2) 竖向钢筋与其相邻的砌体、灌孔混凝土的应变相同;
3) 不考虑砌体、灌孔混凝土的抗拉强度;
4) 根据材料选择砌体、灌孔混凝土的极限压应变,且不应大于0.003;
5) 根据材料选择钢筋的极限拉应变,且不应大于0.01。
轴心受压配筋砌块砌体剪力墙,当配有箍筋或水平分布钢筋时,其正截面受压承载力按下式计算:
(7-30)
(7-31)
式中
N——轴向力设计值;
fg——灌孔砌体的抗压强度设计值;
f`v——钢筋的抗压强度设计值;
A——构件的毛截面面积;
A`s——全部竖向钢筋的截面面积;
φ0g——轴心受压构件的稳定系数;
β——构件的高厚比,其计算高度H0可取层高。
当大偏心受压时按下列公式计算:
(7-32)
式中
N——轴向力设计值;
fg ——灌孔砌体的抗压强度设计值;
fy ,f`y——竖向受拉、受压主筋的强度设计值;
b——截面宽度;
fsi——竖向分布钢筋的抗拉强度设计值;
A s、 A`s——竖向受拉、压主筋的截面面积;
Asi——单根竖向分布钢筋的截面面积;
Ssi——第i根竖向分布钢筋对竖向受拉主筋的面积矩;
eN——轴向力作用点到竖向受拉主筋合力点之间的距离。
当受压区高度x<2a`s时,其正截面承载力可按下式进行计算:
(7-33)
式中
e`N——轴向力作用点到竖向受压主筋合力点之间的距离。
当小偏心受压时按下列公式计算:
(7-34)
对每一墙片,取上下两个截面进行验算,即轴力小、弯矩大,轴力大、弯矩小两个危险截面。截面验算时,考虑大梁产生的平面外弯矩和地震作用、风荷载产生的平面内弯矩分别作用时,墙体的承载能力。当用户指定墙体配筋形式为剪力墙配筋时,软件自动按配筋砌块砌体剪力墙的构造要求进行墙体配筋。如果构造配筋满足承载力要求,即为墙体配筋;如果构造配筋不满足承载力要求,软件将重新计算墙体配筋。
在自动计算、验算过程中,不能对T形、倒L形截面进行验算。但在单独验算时,可以考虑墙体翼缘的共同工作,翼缘的计算宽度按表7-12中的最小值采用。
其正截面受压承载力按下列规定计算:
当受压区高度x≤h`f时,按宽度为b`f的矩形截面计算。
当受压区高度x〉h`f时,
大偏心受压:
(7-35)
小偏心受压:
(7-36)
表7-12 T形、倒L形截面偏心受压构件翼缘计算宽度
Table7-12 Effective Cross-sectional Wwidth of Wall
考虑情况 T、I形截面 L形截面
按构件计算高度H0考虑 H0/3 H0/6
按腹板间距L考虑 L L/2
按翼缘厚度h`f考虑 b+12h`f b+6h`f
按翼缘实际宽度b`f考虑 b`f b`f
7.3.6过梁验算
过梁的荷载,按下列规定采用:
1) 对砖和小型砌块砌体,当梁、板下的墙体高度hw<ln时(ln为过梁的净跨),应计入梁、板传来的荷载;当梁、板下的墙体高度hw≥ln时,可不考虑梁、板荷载。
2) 对砖砌体,当过梁上的墙体高度hw<ln/3时,按墙体的均布自重采用。当墙体hw≥ln/3时,按高度为ln/3墙体的均布自重采用。
3) 对混凝土砌块砌体,当过梁上的墙体hw<ln/2时,按墙体的均布自重采用。当墙体hw≥ln/2时,按高度为ln/2墙体的均布自重采用。
砖砌平拱过梁
砖砌平拱过梁受弯承载力可按下列公式计算:
(7-37)
式中
M——弯矩设计值;
ftm——砌体沿齿缝截面的弯曲抗拉强度设计值;
W——截面抵抗弯矩,对矩形截面 。
砖砌平拱过梁受剪承载力可按下列公式计算:
(7-38)
式中
V——剪力设计值;
Fv——砌体沿齿缝截面的弯曲抗剪强度设计值;
b——截面宽度;
z——内力臂,对矩形截面 。
钢筋砖过梁
钢筋砖过梁受弯承载力可按下列公式计算:
(7-39)
式中
M——弯矩设计值;
fy——钢筋抗拉强度设计值;
As——受拉钢筋的截面面积;
h0——过梁截面的有效高度, ;
as——受拉钢筋重心至截面下边缘的距离;
h——过梁的截面计算高度,取过梁底面以上的墙体高度,但不大于ln/3;当考虑梁、板传来的荷载时,则按梁、板下的高度采用。
钢筋砖过梁受剪承载力可按公式(7-38)。
钢筋混凝土过梁
钢筋混凝土过梁受弯承载力可按下列公式计算:
(7-40)
(7-41)
式中
As——纵向受拉钢筋的截面面积,当As小于构造配筋时,As取构造配筋面积;
M——弯矩设计值;
fy——钢筋抗拉强度设计值;
fcm——混凝土弯曲抗压强度设计值;
b——截面宽度;
x——等效矩形应力分布图受压区高度;
h0——过梁截面的有效高度, ;
as——受拉钢筋重心至截面下边缘的距离;
h——过梁的截面高度。
钢筋混凝土过梁受剪承载力可按下列公式计算:
(7-42)
Asv——每米内所需箍筋的截面面积,当Asv小于构造配筋时,Asv取构造配筋面积;
V——剪力设计值;
fyv——箍筋抗拉强度设计值;
fc——混凝土抗压强度设计值;
b——截面宽度;
h0——过梁截面的有效高度, 。
7.3.7墙梁验算
在自动验算过程中,只能对简支墙梁进行验算。其计算简图如7-4。
墙梁各个计算参数按下列规定取用:
1) 墙梁计算跨度l0,取1.1ln或lc两者的较小值;ln为净跨,lc为支座中心线距离。
2) 墙体计算高度hw,取托梁顶面上一层墙体高度,当hw> l0时,取hw= l0。
3) 墙梁跨中截面计算高度H0,取 。
4) 翼墙计算宽度bf,取窗间墙宽度或横墙间距的2/3,且每边不大于7.5h(h为墙体厚度)和l0/6。
墙梁的计算荷载,按下列规定采用:
1) 托梁顶面的荷载设计值Q1、F1,取托梁自重及本层楼盖的恒荷载和活荷载。
2) 墙梁顶面的荷载设计值Q2,取托梁以上各层墙体自重,以及墙梁顶面以上各层楼(屋)盖的恒荷载和活荷载;集中荷载可沿作用的跨度近似化为均布荷载。
7.4图 墙梁计算简图
Fig7-4
墙梁分别进行托梁使用阶段正截面承载力和斜截面受剪承载力计算、墙体受剪承载力验算。
托梁跨中截面按混凝土偏心受拉构件计算,其弯矩Mb及轴心拉力Nb按下列公式计算:
(7-43)
(7-44)
(7-45)
(7-46)
(7-47)
式中
M1——荷载设计值Q1、F1作用下的梁跨中弯矩;
M2 ——荷载设计值Q2作用下的梁跨中弯矩;
αM——考虑墙梁组合作用的托梁跨中弯矩系数,公式(7-45)中,如果hb/l0>1/6,取hb/l0=1/6;
ηN——考虑墙梁组合作用的托梁跨中轴力系数,公式(7-46)中,如果hw/l0>1,取hw/l0=1;
ψM——洞口对托梁弯矩的影响系数,对无洞口墙梁取1,对有洞口墙梁,按公式(7-54)计算;
a1——洞口边至墙梁最近支座的距离,当a1>0.35 l0时,取a1=0.35 l0。
墙梁的托梁斜截面受剪承载力按钢筋混凝土受弯构件计算,计算公式同(7-42),其剪力Vb可按下列公式计算:
(7-48)
V1——荷载设计值Q1、F1作用下的梁支座边剪力;
V2——荷载设计值Q2作用下的梁支座边剪力;
βM——考虑组合作用的托梁剪力系数,无洞口墙梁边支座取0.6,中支座取0.7;有洞口墙梁边支座取0.7,中支座取0.8。
墙梁墙体受剪承载力,按下列公式计算:
(7-49)
式中
V2——荷载设计值Q2作用下的梁支座边剪力;
ξ1——翼墙或构造柱影响系数,对单层墙梁取1.0,对多层墙梁,当bf/h=3时,取1.3,当bf/h=7或设置构造柱时,取1.5,当3<bf/h<7时,按线性插入取值;
ξ2——洞口影响系数,无洞口墙梁取1.0;多层有洞口墙梁取0.9,单层有洞口墙梁取0.6;
ht——墙梁顶面圈梁截面高度。
7.3.8挑梁验算
钢筋混凝土挑梁计算倾覆点至墙外边缘的距离可按下列规定采用:
1) 当l1≥2.2hb时, ,且不大于0.13l1。
2) 当l1<2.2hb时, 。
式中
l1——挑梁埋入砌体墙中的长度;
x0——计算倾覆点至墙外边缘的距离;
hb——挑梁的截面高度。
挑梁的抗倾覆力矩设计值可按下列公式计算:
(7-50)
式中
Gr——挑梁的抗倾覆荷载,为挑梁尾端上部45°扩展角的阴影范围内本层的砌体与楼面恒荷载标准值之和;
l2——Gr作用点至墙外边缘的距离。
挑梁的抗倾覆按下列公式进行验算:
(7-51)
式中
Mr——挑梁抗倾覆力矩设计值;
Mov——挑梁的荷载设计值对计算倾覆点产生的倾覆力矩。
挑梁的最大弯矩设计值Mmax与最大剪力Vmax设计值按下列公式计算:
(7-52)
(7-53)
式中
Vo——挑梁的荷载设计值在挑梁墙边缘处截面作用下的剪力。
挑梁抗弯承载力计算和抗剪承载力计算按(7-40)、(7-41)、(7-42)进行。
7.3.9一般梁验算
一般梁抗弯承载力计算和抗剪承载力计算按(7-40)、(7-41)、(7-42)进行。
7.3.10梁端砌体局压验算
无梁垫
在自动验算过程中,梁端砌体局压验算,全部按无梁垫的情况考虑。如果砌体局压不能满足承载力要求,则可在构件验算中,单独验算有刚性垫块或垫梁的情况。
梁端支承处砌体的局部受压承载力按下列公式计算:
(7-54)
(7-55)
(7-56)
(7-57)
(7-58)
(7-59)
式中
ψ——上部荷载的折减系数,当A0/ Al大于3时,取ψ为0;
A0——影响砌体局部抗压强度的计算面积,对于过梁端部, ,对其它梁端部, ,h为墙厚;
Al——局部受压面积;
N0——局部受压面积内上部轴向力设计值;
Nl——梁端支承压力设计值;
σ0——上部平均压应力设计值;
γ——砌体局部抗压强度提高系数,对于过梁端部,γ≤1.25,对其它梁端部,γ≤2.0;
η——梁端底面压应力图形的完整系数,一般可取0.7,对于过梁和墙梁可取1.0;
a0——梁端有效支承长度,当大于a0> a时,取a0= a;
a——梁端实际支承长度;
b——梁的截面宽度;
hc——梁的截面高度;
f——砌体抗压强度设计值。
刚性垫块梁垫
刚性垫块下的砌体局部受压承载力按下列公式计算:
(7-60)
(7-61)
(7-62)
(7-63)
式中
N0——垫块面积Ab内上部轴向力设计值;
φ——垫块上N0及Nl合力的影响系数,(7-22)中,β小于3时的φ值;
γl——砌块外砌体面积的有利影响系数,γl为0.8γ,但不小于1.0,γ为砌体局部抗压强度提高系数,按(7-55)计算时,A b代替A l计算;
A b——垫块面积;
a b——垫块伸入墙内的长度;
b b——垫块的宽度;
a0——梁端有效支承长度,δ1为刚性垫块影响系数,按表7-13采用。
表7-13 系数δ1值表
Table7-13 Coefficient δ1
σ0/f 0 0.2 0.4 0.6 0.8
δ1 5.4 5.7 6.0 6.9 7.8
垫梁
梁下设有长度大于πh0的垫梁的砌体局部受压承载力按下列公式计算:
(7-64)
(7-65)
(7-66)
式中
N0——垫梁上部轴向力设计值;
bb——垫梁在墙厚方向的宽度;
δ2——当荷载沿墙厚方向均匀分布时,δ2取1.0,不均匀时,δ2取0.8;
h0——垫梁折算高度;
I b、E b——分别为垫梁的截面惯性矩和混凝土弹性模量;
h b——垫梁高度;
E——砌体弹性模量;
h——墙厚。
7.3.11抗震验算
各类砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设计值,按下列公式计算:
(7-67)
式中
fvE——砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设计值;
fv——非抗震设计的砌体抗剪设计值;
ζN——砌体抗剪强度的正应力影响系数,按表7-14采用。
表7-14 砌体强度正应力影响系数
Table7-14 Normal Stress Allowable Influence Coefficient
砌体类别 σ0/fv
0.0 1.0 7.0 5.0 7.0 10.0 15.0 20.0
普通砖 0.8 1.00 1.28 1.50 1.70 1.95 2.32
小砌块 1.25 1.75 2.25 2.60 7.10 7.95 4.80
普通砖、多孔砖墙体
(7-68)
式中
V——考虑地震作用组合的墙体剪力设计值;
fve——砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设计值;
A——墙体横截面面积;
γRE——承载力抗震系数,按表7-15采用。
网状配筋砌体
(7-69)
式中η
V——考虑地震作用组合的墙体剪力设计值;
γRE——承载力抗震系数,按表7-15采用;
ζs——钢筋参与工作系数,按表7-16采用;
ρs——按层剪墙体竖向截面计算的水平钢筋面积配筋率,应不小于0.07%,且不宜大于0.17%;
fy——钢筋抗拉强度设计值。
表7-15 承载力抗震调整系数
Table7-15 Seismic Accommodation Coefficient
结构构件类别 受力状态 γRE
无筋、网状配筋和水平配筋砖砌体剪力墙 受剪 1.0
两端设置构造柱、芯柱的砌体剪力墙 受剪 0.90
组合砖墙、配筋砌块砌体剪力墙 偏心受压、受拉和受剪 0.85
自承重墙 受剪 0.75
无筋砖柱 偏心受压 0.9
组合砖柱 偏心受压 0.85
表7-16 钢筋参与工作系数
Table7-16 Reinforcing Steel Influence Coefficient
砌体高厚比 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
ζs 0.10 0.12 0.14 0.15 0.12
砖和钢筋混凝土组合柱组合墙砌体
(7-70)
式中
V——考虑地震作用组合的墙体剪力设计值;
γRE——承载力抗震系数,按表7-15采用;
Ac——中部构造柱的纵向钢筋截面总面积;
ηc——墙体约束修正系数,一般情况取1.0;
ζ——中部构造柱参与工作系数;
ft——中部构造柱混凝土抗拉强度设计值。
配筋砌块砌体剪力墙
配筋砌块砌体剪力墙承载力计算时,底部加强部位截面组合剪力设计值VW,应按下列规定调整:
一级抗震等级
二级抗震等级
三级抗震等级
四级抗震等级
(7-71)
式中
V——考虑地震作用组合的剪力墙计算截面的剪力设计值;
M——考虑地震作用组合的剪力墙计算截面的弯矩设计值;
N——考虑地震作用组合的剪力墙计算截面的轴向力设计值,如果N >02fgbh时,取N =02fgbh;
γRE——承载力抗震系数,按表7-15采用;
A——剪力墙的截面面积;
Aw——T形或I形截面剪力墙腹板的截面面积;
λ——计算截面的剪跨比,当λ≤1.5时,λ=1.5,当λ≥2.2时,λ=2.2;
Ash——配置在同一截面的水平分布钢筋的全部截面面积;
fyh——水平钢筋的抗拉强度设计值;
fg——灌孔砌体的抗压强度设计值;
s——水平分布钢筋的数项间距。
8 抗震计算软件的基本原理
8.1动力方程中的质量、刚度矩阵形成
8.1.1 动力方程中的质量矩阵形成
在建立结构计算模型结束时,软件自动生成了抗震分析软件所需要的有关数据信息,其中包含了各层的质量和该层楼板的质量,除双向激励空间协同计算模型外,底部剪力法、振型分解反应谱法和串联多自由度弹塑性时程分析法都是采用集中质量对角矩阵,读入相应数据即可方便地生成质量矩阵。对双向激励空间协同计算模型,因为每层三个自由度(两个平动自由度和一个转动自由度),所以质量矩阵应该由楼层质量和楼层转动惯量来生成。
8.1.2 动力方程中的刚度矩阵形成
根据结构及墙片的不同情况,目前砌体结构界公认对主要抗侧力墙片高宽比较小的、低矮的建筑应采用剪切型层间模型,而对主要抗侧力墙片高宽比较大的、高层的建筑应采用弯剪型层间模型。因此,下面分别两种情况说明刚度矩阵的生成。
剪切型结构的结构刚度矩阵形成
主要抗侧力墙片高宽比较小的、低矮的建筑采用剪切型层间模型时的结构刚度矩阵为:
式中: 为各层的抗侧移刚度,它应按下式计算:
式中:i为层号,j为墙号, 为第i层的层高,E为弹性模量,G为剪切模量,I 、A 为第i层第j片墙的惯性距和面积, 为剪应力不均匀系数,一般矩形墙片为1.2。
弯剪型结构的结构刚度矩阵形成
墙片的高宽比相对较大、层数较多的高层(或小高层)建筑,目前一般采用层弯剪模型。对这种模型动力方程的刚度矩阵目前较为公认的做法是,通过先求柔度矩阵再求逆得到。柔度矩阵为:
为在j层施加水平力是时i层的位移,可由各层的抗弯刚度EI 和剪切刚度GA 按下式计算:
(i ) (A)
式中: ——第k层层高;
——第k层的高度( )。
对[ ]求逆可得刚度矩阵[k],即
必须强调指出的是:式(A)是王光远院士给出的变截面悬臂柱的柔度计算公式,用此柔度公式计算结构柔度矩阵时,悬臂柱截面应该视作空心组合截面,层抗弯刚度EI 和抗剪刚度GA 应该按空心组合截面进行计算。我们发表于哈尔滨建筑大学学报(2001)的“高层配筋砌体建筑弹塑性时程分析软件开发中的若干问题”[1]中说明了这一问题 [该文被中国科学技术情报学会、中国科学技术协会学会管理服务中心、新时期全国优秀学术成果评选委员会全文收录于《新时期全国优秀学术成果文献》,评审编号(2001MB-5642),获全国优秀学术成果一等奖。],2002年全国第三届现代建筑结构技术学术研讨会被作为邀请论文,邀请参加会议。
此外,对于开孔墙体为了简化计算,我们没有考虑洞口上、下墙体的连系梁作用,但是我们曾经做过单片墙开一个门洞墙体如下三方案的对比计算:
1.我们简化计算方案,2. 底部框架砌体结构抗震设计规程附录规定的方法,3. ANSYS有限元(细网格划分)分析。同一墙片计算所得的刚度分别为
1.3.85*106(低11%),2. 5.14*106(高19%),3. 4.32*106
从这一试算结果并考虑到目前周期计算结果偏短(一12层学生公寓计算第一周期仅仅0.4s左右),可以初步得到如下结论:按底部框架砌体结构抗震设计规程附录规定的方法计算刚度将过于刚硬,按简化方案比按规程的方法接近有限元结果。
依据上述说明,有了质量和刚度矩阵,按一般的结构动力学知识即可按规范编制结构抗震计算的底部剪力法、振型分解反应谱法计算程序。
根据规范和规范组的意见,对于底框结构和非底框的高层砌体结构应该考虑倾覆力矩的分配,以及由于倾覆力矩所引起的附加轴力。因此,在抗震计算算得地震作用后,根据规范和规范组的说明,我们还计算并输出了各墙片倾覆力矩的分配结果和由倾覆力矩引起的附加轴力结果。
8.2时程分析软件的编制原理简要说明
本时程分析软件包含两类力学计算模型:层间串联多自由度模型,可以按剪切型和等效剪切型(与弯剪型相等效)进行分析;双向地震激励空间协同模型。
软件的编制原理已经写成论文,有的已经发表,有的已经投稿。本说明只是简要地说明软件的编制原理,为便于用户进一步了解,将作为软件编制依据的主要文章已经请委员会在砌体结构网站上公布多时,为便于用户审核,特以参考文献列出。
8.2.1串联多自由度分析软件的编制原理简要说明
与底部剪力法和振型分解法中说明的一样,所谓剪切型结构其结构刚度矩阵为
式中: 为各层的抗侧移刚度,按下式计算:
式中:i为层号,j为墙号, 为第i层的层高,E为弹性模量,G为剪切模量,I 、A 为第i层第j片墙的惯性距和面积, 为剪应力不均匀系数,一般矩形墙片为1.2。
对层间弯剪型结构:
前已说明,目前一般结构刚度矩阵通过先求柔度矩阵再求逆得到。柔度矩阵为:
为在j层施加水平力是时i层的位移,可由各层的抗弯刚度EI 和剪切刚度GA 按下式计算:
(i ) (A)
式中: ——第k层层高;
——第k层的高度( )。
如文献[1]中所述,由此出发将无法合理地进行串联多自由度层模型弹塑性分析,简单来说无法一个方程求解两个未知量!为此我们考虑到砌体结构周期都不很长,基本上仍然是第一振型起决定性作用,因此提出了按第一振型进行动力等效的等效剪切模型力学计算方案,具体做法如下所示
对[ ]求逆可得刚度矩阵[k],即
然后,由质量矩阵 和求得的刚度矩阵 (当然也可直接用柔度矩阵),利用迭代法求第一频率和第一振型。
又由自由振动可知,
式中, ——结构的自振基本频率; ——为结构的第一振型;
——结构的质量矩阵; ——结构的等效剪切型刚度矩阵。
[K]=
代入上式得,
设
将 乘入 整理得
利用高斯消去法即可求得结构每层的等效剪切刚度 。
用上述方案,较合理地解决了以往一些研究者在计算中所遇到的困难(必须指出的是:弹性分析时用不着等效)。
同济大学、湖南大学和原哈尔滨建筑大学在上海园南小区配筋砌体设计建造过程中作了许多试验研究和理论分析,根据实验结果建议了剪切型和弯剪型墙片的无量纲恢复力骨架曲线[1],在现有实验和理论分析条件下,只能采用他们提议的无量纲参数,为了软件的通用性,这些参数被设计成由软件读入,用户有更好的数据时,可通过修改“曲线1.dat(剪切型)” 和“曲线2.dat(弯剪型)”数据文件实现对三折线骨架曲线(带下降段)的调整。对具体结构为了确定骨架曲线的控制值,在文献[1]中我们建议了两种方法,经较多试算后,在具体程序实现时,我们觉得虽然按承载力方法理论上更严密一些,但是计算结果由于所能产生的弹性位移过小,导致结构的延性很差,抗震性能当然很差的结论,这与实际不完全相符。另一种方法是按规范(参照抗震规范抗震变形验算对弹性层间位移角的限值)以弹性层间位移角为据来确定层恢复力骨架曲线。因此,最终按后一方法设计了软件。
本软件采用的直接积分方法是作者研究的一种高阶单步数值积分方法,他具有优良的算法阻尼特性、无条件稳定、无超越现象,它积分步长为0.02 s时积分的精度相当于目前多数软件所用Newmark法(或Wilson-θ法)0.0002 s的结果,因此相同步长下它更精确、同样精度下它更节省时间。对弹塑性分析来说,为了更好地反映弹塑性变化、结构的损伤,提高积分精度时很重要的。
基于上述原理,对串联多自由度层模型弹塑性分析就只剩具体编程实现了。
8.2.2双向地震动激励空间协同分析软件的编制原理简要说明
由串联多自由度层模型弹塑性分析力学计算模型所决定,它存在不能考虑扭转、同一楼层墙体同步一起改变弹塑性状态等不符实际的问题。为此,我们又进一步开发了双向地震动激励空间协同弹塑性层间模型软件。该模型软件的编制原理参考文献[2],该软件所采用的假定为
1) 楼板在平面刚度无穷大,因此每一楼层只发生在平面刚体平动和转动.
2) 楼层的质量集中于楼板处,抗侧力墙片只提供在平面刚度,忽略墙片的出平面刚度。
图8- 1 归一化的(无量纲)骨架曲线
3) 墙片的恢复力模型采用退化三线性模型,其骨架曲线采用归一化的骨架曲线[1],对弯剪型和剪切型模型分别如图8-1所示。其纵坐标为恢复力与极限剪力的比值,横坐标为层间位移与极限位移的比值。其中a=0.234;b=0.693;c=1.821;d=0.8; a1=0.439;b1=0.733;c1=1.560;d1=0.8。
在此假定条件下,按文献[2]考虑扭转的动力方程,即可用高阶单步法编制双向激励的弹塑性程序。
时程分析所得到的结果是很多的,为了适应工程技术用户的要求,我们简化了输出文件,只给出楼层或墙片的弹塑性信息。在双向激励空间协同分析中,我们提出了危险性系数的概念[3],我们认为这一信息对工程设计应该是有一定参考意义的。
参考文献
[1] 王焕定,王铁英等,“高层配筋砌体建筑弹塑性时程分析程序开发中的若干问题”,哈尔滨建筑大学学报,2001,5
[2] 于德湖,王焕定等,“配筋砌体结构地震危险性评价方法初探”地震工程与工程震动,2002,3
[3] 于德湖,王焕定等,“配筋砌体结构抗震设计多道设防方法”,工程力学(已交版面费,待发表)
9 弹塑性分析软件数据准备和计算结果说明
9.1数据文件的准备
利用mssp软件建立了结构模型后,软件自动生成了“数据.DAT”文件(写在所安装目录下的timehistory子目录中,在该目录下,安装时还存放了地震波、砌体材料、曲线1、曲线2和Times.exe等文件),数据.DAT的具体内容可用元语言表示如下:
read Meth1 ! 一个数,含义为做什么样的抗震计算,取值范围0 到4,0不做抗震计算;1底部剪力法计算;2振型分解反应谱法;3串联多自由度时程分析;4双向激励空间协同时程分析。当是底框结构时,目前只能用1——底部剪力法计算。这类结构用其他方法计算,有待做一些研究后在以后版本中增加。
! 读入:层数,方法,地震加速度,场地类型,地震分组,多遇罕遇,地震波,楼盖类型,底框层数
READ(123,*) JGCS,METHOD,DZDJ,CDLX,JZYZ,DZXZ,DZB,LGXS, frame_num
IF (DZB == 8) THEN
READ (123,*) DZBM,SJJG,JFSJJG,JLCS ! 地震波名,时间间隔,积分时间间隔,记录持时
END IF
! frame_num非底框时为0,否则为1或2
if (frame_num /= 0) then
! 钢筋混凝土弹性模量Ec
DO I=1, frame_num
READ(123,*) EC(I)
END DO
end if
DO I=1,JGCS ! 对层数循环(自底往顶)
! 读入每层的层高、质量、标准层形心坐标(X、Y向和楼板层质量)
READ(123,*) JGCG(I),MASS(I),LBCXXZB(I,1),LBCXXZB(I,2),LBCXXZB(I,3)
! 各层砂浆,块体类型,块体强度,块体密度
READ(123,*) GCSJ(I),KTLX(I),KTQD(I),KTMD(I)
END DO
DO I=1,JGCS ! 从一到结构层数循环
if (frame_nume /= 0 .and. I <= frame_nume) then
! 读入混凝土剪力墙、柱子和砌体墙的信息(对墙来说,凡开孔仍然作两片墙计)
! 共三组(依次为剪力墙、柱子、砌体抗震墙):X、Y和斜向数
read(123,*) jlqsx,jlqsy,jlqss,zzsx,zzsy,zzss,qtqsx,qtqsy,qtqss
do l=1,jlqss ! 从一到斜剪力墙片个数循环
READ(123,*) ALPH(L) ! 倾斜角度(从自身主惯性轴到X逆时针为正)
end do
do j=1, jlqsx+jlqsy+jlqss ! 从一到总剪力墙数循环; 注:以最下最左角为参考坐标系
! 每一片墙的编号、宽度、长度,形心相对参考坐标系的X、Y 坐标
READ(123,*) NO, B,H,XC,YC
end do
do l=1,zzss ! 从一到斜柱子个数循环
READ(123,*) ALPH(L) ! 倾斜角度(从自身主惯性轴到X逆时针为正)
end do
do j=1, zzsx+zzsy+zzss ! 从一到柱子数循环; 注:以最下最左角为参考坐标系
! 每一柱截面的编号、宽度、长度,形心相对参考坐标系的X、Y 坐标
READ(123,*) NO, B,H,XC,YC
end do
do l=1, qtqss ! 从一到斜砌体抗震墙片个数循环
READ(123,*) ALPH(L) ! 倾斜角度(从自身主惯性轴到X逆时针为正)
end do
do j=1, qtqsx+qtqsy+qtqss ! 从一到砌体墙循环; 注:以最下最左角为参考坐标系
! 每一片墙片的编号、宽度、长度,形心相对参考坐标系的X、Y 坐标,净面积、受荷面积
READ(123,*) NO, B,H,XC,YC,JMJ,SHMJ
! 对底框暂不考虑配筋砌体。这三数为灌孔混凝土强度,孔洞率,灌孔率
READ(123,*) FC,KDL,GKL
! 横向钢筋的抗拉强度设计值,配置在同一截面上的水平钢筋的总面积,钢筋间距
READ(123,*) STEEL_H,STEEL_AREAH,SPACE
end do
else
! 各层X、Y和斜向墙片数
READ(123,*) jlqsx,jlqsy,jlqss,zzsx,zzsy,zzss,qtqsx,qtqsy,qtqss ! 前六个数均为零
X_NUMBER(I)=qtqsx
Y_NUMBER(I)=qtqsy
SLOP_NUMBER(I)=qtqss
DO L=1,SLOP_NUMBER(I) ! 从一到斜墙片个数循环;
READ(123,*) ALPH(L) ! 倾斜角度(从自身主惯性轴到X逆时针为正)
END DO
DO J=1,NUM(I) ! 从一到总墙片数循环; 注:以最下最左角为参考坐标系
! 每一片墙片的宽度、长度,形心相对参考坐标系的X、Y 坐标,净面积、受荷面积
READ(123,*) NO, B,H,XC,YC,JMJ,SHMJ
READ(123,*) FC,KDL,GKL ! 灌孔混凝土强度,孔洞率,灌孔率
! 横向钢筋的抗拉强度设计值,配置在同一截面上的水平钢筋的总面积,钢筋间距
READ(123,*) STEEL_H,STEEL_AREAH,SPACE
END DO
end if
END DO
9.2计算结果说明
串联多自由度层剪模型时,文件period_inf.out给出周期和计算所用时间,周期时间单位为秒。例如2.msp例子的结果为
按X方向计算的结构周期:
0.2950336 0.1023672 0.0666295
按Y方向计算的结构周期:
0.1971639 0.0684096 0.0445269
DATE 2002-06-17
BEGINNING TIME 9:31:47.63
FINISHED TIME 9:31:50.80
COST COMPUTER TIME 0: 0: 3.17
例如2.msp例子STAT_X.OUT文件(STAT_Y与此相仿)为
本文件记录结构在X方向地震作用时候的状态改变信息
拐点总数 GDZS= 0
IGDERR 错误的拐点总数= 0
层号= 1 拐点总数= 0
层号= 2 拐点总数= 0
层号= 3 拐点总数= 0
层号= 4 拐点总数= 0
层号= 5 拐点总数= 0
例如2.msp例子RESULT_X.OUT(RESULT_Y与此相仿)文件为
各层最大位移(m), 速度(m/s), 加速度(m/s/s), 层间剪力(N), 层间位移(m)
1 0.2833E-03 0.7349E-02 -0.2078E+00 0.7547E+06 0.2833E-03
时间 2.5400 2.4700 2.5500 2.5400 2.5400
2 0.6584E-03 0.1628E-01 -0.4660E+00 0.6913E+06 0.3751E-03
时间 2.5400 2.4700 2.5500 2.5400 2.5400
3 0.9621E-03 0.2332E-01 -0.6670E+00 0.5598E+06 0.3037E-03
时间 2.5400 2.4800 2.5400 2.5400 2.5400
4 0.1163E-02 -0.2813E-01 -0.8065E+00 0.3742E+06 0.2031E-03
时间 2.5400 2.5900 2.5300 2.5300 2.5300
5 0.1239E-02 -0.2999E-01 -0.8903E+00 0.1445E+06 0.7843E-04
时间 2.5400 2.5900 2.5300 2.5300 2.5300
双向激励空间协同时只给出一个文件:edap_out.out。对2.msp例子的结果为(由于地震波本例取1,所以实际本例是单向激励空间协同)
----双向地震输入,空间协同弹塑性时程分析的计算结果----
第 1层刚心坐标:( 0.00000, 0.31908)
第 2层刚心坐标:( 0.00000, 0.31908)
第 3层刚心坐标:( 0.00000, 0.31908)
第 4层刚心坐标:( 0.00000, 0.31908)
第 5层刚心坐标:( 0.00000, 0.53928)
各楼层X方向的剪切刚度
0.160E+10 0.110E+10 0.110E+10
0.110E+10 0.110E+10
各楼层Y方向的剪切刚度
0.357E+10 0.247E+10 0.247E+10
0.247E+10 0.247E+10
考虑平扭耦联的结构自振周期
x方向第一平动周期 0.295秒
y方向第一平动周期 0.197秒
扭转第一周期 0.476秒
------第 20.000秒记录的最大值------
最大相对地面位移(M)及时间(S);
X方向, 时间; Y方向, 时间; 扭转方向, 时间;
0.40286E-03 2.616 0.18006E-20 2.610 0.15561E-05 2.420
0.90708E-03 2.614 0.42389E-20 2.612 0.36675E-05 2.420
0.13007E-02 2.612 0.61589E-20 2.612 0.53822E-05 2.418
0.15569E-02 2.610 0.73835E-20 2.612 0.65175E-05 2.418
0.16535E-02 2.610 0.77425E-20 2.612 0.69335E-05 2.416
最大相对地面速度(M/S)及时间(S);
X方向, 时间; Y方向, 时间; 扭转方向, 时间;
-.78410E-02 2.400 0.31009E-19 2.534 -.24963E-04 2.526
0.18890E-01 2.534 0.71824E-19 2.534 -.56836E-04 2.524
0.28604E-01 2.532 0.10543E-18 2.530 -.84084E-04 2.518
0.35590E-01 2.530 0.13062E-18 2.526 -.10517E-03 2.516
0.38407E-01 2.530 0.13801E-18 2.524 -.11098E-03 2.514
最大相对地面加速度(M/S^2)及时间(S);
X方向, 时间; Y方向, 时间; 扭转方向, 时间;
0.31107E+00 2.460 -.65997E-18 2.606 0.50274E-03 2.602
0.65207E+00 2.460 -.14364E-17 2.608 0.10643E-02 2.608
0.86724E+00 2.460 -.19302E-17 2.606 0.13840E-02 2.606
0.98398E+00 2.460 -.21792E-17 2.602 0.15144E-02 2.602
0.10239E+01 2.460 -.22215E-17 2.602 0.15067E-02 2.600
最大层间剪力(N)及时间(S);
X方向, 时间; Y方向, 时间; 扭转方向, 时间;
0.64288E+06 2.616 0.64343E-11 2.610 0.42353E+06 2.420
0.55712E+06 2.612 0.60291E-11 2.614 0.39759E+06 2.420
0.45219E+06 2.472 0.47483E-11 2.614 0.32324E+06 2.416
0.30183E+06 2.476 0.30280E-11 2.614 0.21449E+06 2.412
0.11473E+06 2.478 0.11365E-11 2.392 0.91868E+05 2.378
最大层间位移(M)及时间(S);
X方向, 时间; Y方向, 时间; 扭转方向, 时间;
0.40286E-03 2.616 0.18006E-20 2.610 0.15561E-05 2.420
0.50460E-03 2.612 0.24387E-20 2.614 0.21114E-05 2.420
-.40956E-03 2.472 0.19206E-20 2.614 0.17166E-05 2.416
-.27338E-03 2.476 0.12248E-20 2.614 0.11391E-05 2.412
-.10392E-03 2.478 -.45969E-21 2.392 0.48732E-06 2.378
------第 20.0000秒输出各层的墙片及楼层状态------
楼层状态系数:<0.25表示楼层完好
<0.50表示楼层略有损坏
<0.75表示楼层轻微破坏
<1.00表示楼层已破坏
>1表示楼层已严重破坏
=2表示楼层已完全破坏(倒塌)
***第 1层***
X方向墙片
X方向墙片全部处在弹性阶段
Y方向墙片
Y方向墙片全部处在弹性阶段
楼层状态系数
X方向 0.000y方向 0.000
***第 2层***
X方向墙片
X方向墙片全部处在弹性阶段
Y方向墙片
Y方向墙片全部处在弹性阶段
楼层状态系数
X方向 0.000y方向 0.000
***第 3层***
X方向墙片
X方向墙片全部处在弹性阶段
Y方向墙片
Y方向墙片全部处在弹性阶段
楼层状态系数
X方向 0.000y方向 0.000
***第 4层***
X方向墙片
X方向墙片全部处在弹性阶段
Y方向墙片
Y方向墙片全部处在弹性阶段
楼层状态系数
X方向 0.000y方向 0.000
***第 5层***
X方向墙片
X方向墙片全部处在弹性阶段
Y方向墙片
Y方向墙片全部处在弹性阶段
楼层状态系数
X方向 0.000y方向 0.000
PROGRAM FINISHED
事实上,上述结果都可在mssp的菜单中直接查阅,当用户直接用命令提示运行times.exe软件做弹塑性分析时,可在timehistory子目录下用记事本打开上述文件查看计算结果。 |
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