¿Cuáles son los pasos de cálculo para el diseño de la estructura de un edificio?
Los pasos de cálculo para el diseño de la estructura del edificio son muy importantes. Sólo sabiendo claramente lo que se quiere se pueden resolver mejor los problemas prácticos. El manejo de cada detalle es muy crítico. Zhongda Consulting le explicará los pasos de cálculo para el diseño de la estructura del edificio.
1. Completar la configuración correcta de los parámetros generales Antes de comenzar el cálculo, el diseñador primero debe configurar los parámetros iniciales y los parámetros del software en función de las disposiciones específicas de las nuevas especificaciones y la descripción del mismo. Los significados de los parámetros en el manual del software, así como la situación real del proyecto, están configurados correctamente. Sin embargo, existen varios parámetros relacionados con los resultados generales del cálculo y sus valores razonables deben determinarse primero para garantizar la exactitud de los resultados del cálculo posterior. Estos parámetros incluyen el número de combinaciones de modos, la dirección de la fuerza sísmica máxima y el período básico de la estructura. Son difíciles de estimar antes del cálculo y deben obtenerse mediante cálculos de prueba.
(1) El número de combinaciones de formas de vibración es el número de formas de vibración que el software considera al realizar cálculos sísmicos. Si este valor es demasiado pequeño, no puede reflejar correctamente el número de formas modales que deben considerarse en el modelo, lo que distorsionará los resultados del cálculo; si es demasiado grande, no solo hará perder tiempo, sino que también puede distorsionar el cálculo; resultados. El artículo 5.1.13-2 del "Reglamento Técnico para Estructuras de Hormigón de Edificios de Gran Altura" estipula que al calcular la resistencia sísmica, se debe considerar el efecto de torsión del acoplamiento de torsión plano. El número de modos de vibración no debe ser menor que. 15. Para estructuras de múltiples torres, el número de modos de vibración no debe ser inferior a 15,9 veces el de la torre, y el número de formas de vibración debe calcularse de modo que la masa participante de la forma de vibración no sea inferior a 90. % de la masa total. En términos generales, el número de formas de modo está relacionado con el número de capas estructurales y el grado de libertad de la estructura. Cuando el número de capas estructurales es grande o la mutación de rigidez de las capas estructurales es grande, el número de modo debe ser mayor. , como nodos elásticos, torres múltiples, etc. Capa de conversión y otras formas estructurales. Se puede determinar si el número de combinaciones de formas de vibración es razonable verificando si los coeficientes de masa efectiva en las direcciones xey en el libro de cálculo del software son mayores que 0,9. La operación específica es preestablecer primero un número de forma de vibración basado en el número real. situación de ingeniería y experiencia de diseño y luego verifique la validez. Verifique si el coeficiente de calidad es mayor que 0,9. Si es menor que 0,9, puede aumentar gradualmente el número de formas de vibración hasta que los coeficientes de masa efectivos en ambas direcciones x e y sean mayores que. 0.9. Cabe señalar que cuanto mayor sea el número de combinaciones de modos de vibración de la estructura, mejor su valor máximo no puede exceder el número total de grados de libertad de la estructura. Por ejemplo, suponiendo una estructura de torre única que utiliza placas rígidas, al considerar el efecto de acoplamiento torsional, la forma de vibración no deberá exceder 3 veces el número de capas estructurales. Si el número de combinaciones de modos de vibración seleccionados ha aumentado a tres veces el número de capas estructurales, su coeficiente de masa efectiva aún no puede cumplir con los requisitos y el número de modos de vibración no se puede aumentar, en cambio, se deben analizar cuidadosamente las razones y si el número de modos de vibración se puede aumentar. El plan estructural es razonable.
(2) La dirección de la fuerza sísmica máxima se refiere al terremoto que actúa en diferentes direcciones, y la magnitud de la respuesta sísmica estructural también es diferente, por lo que debe haber un cierto ángulo que maximice la fuerza sísmica estructural. Valor de respuesta del sismo más desfavorable. Dirección de acción. El software de diseño puede calcular automáticamente la dirección de la fuerza sísmica máxima y mostrarla en el libro de cálculo. Si el diseñador encuentra que el valor absoluto del ángulo es mayor que 15 grados, el valor debe completarse en el campo "Ángulo entre fuerzas horizontales". y coordenadas globales" del software y Recalcular para reflejar el impacto de la dirección de acción del terremoto más desfavorable.
(3) El período básico de la estructura es un índice importante para calcular la carga de viento. Si el diseñador no puede conocer el valor exacto de antemano, puede conservar el valor predeterminado del software, leer el valor del libro de cálculo después del cálculo, completar la opción "período básico de estructura" del software y volver a calcular.
El propósito del cálculo anterior es calcular estos parámetros generales que tienen un efecto de control global de antemano y configurarlos correctamente; de lo contrario, los resultados del cálculo posterior serán muy diferentes de los reales.
2. Determinar la racionalidad de la estructura general. La cientificidad y la racionalidad de la estructura general son el énfasis especial de las nuevas normas. Los principales indicadores utilizados por la nueva especificación para controlar la integridad de la estructura incluyen: relación de período, relación de desplazamiento, relación de rigidez, relación de capacidad de carga de corte entre capas, relación rigidez-peso, relación de peso de corte, etc.
(1) El ratio de períodos es un indicador importante para controlar el efecto de torsión estructural. Su finalidad es hacer más eficaz y razonable la disposición plana de los componentes que resisten fuerzas laterales, de modo que la estructura no sufra una torsión excesiva. En otras palabras, la relación de períodos no requiere que la estructura sea lo suficientemente fuerte, pero requiere que la disposición estructural portante sea razonable. El artículo 4.3.5 del "Reglamento de alta tecnología" estipula los requisitos para la relación entre el primer período de vibración natural Tt de la estructura dominado por la torsión y el primer período de vibración natural T1 dominado por la traslación. Si la relación de períodos no cumple con los requisitos de la especificación, significa que el efecto de torsión de la estructura es obvio. El diseñador necesita aumentar la rigidez de los miembros periféricos de la estructura y reducir la rigidez de los miembros intermedios de la estructura. para aumentar la rigidez torsional general de la estructura.
El software de diseño generalmente no proporciona directamente la relación del período de la estructura, y el diseñador necesita determinar el primer período de torsión (traslación) por sí mismo basándose en el valor del período en el libro de cálculo. A continuación se presenta el método práctico de cálculo de la relación de períodos: 1) Juicio del período de torsión y el período de traslación: busque todos los períodos de traslación con un coeficiente de torsión superior a 0,5 en el libro de cálculo y ordénelos de mayor a menor según el valor del período. De la misma manera, organice todos los valores del período de traslación con un coeficiente de traslación mayor a 0,5 de mayor a menor 2) Juicio del primer período: seleccione el período de torsión (traslación) con el valor más grande de la cola y verifique el; "Estructura general" del software "Diagrama simple de vibración espacial" para ver si la vibración espacial del modo correspondiente al valor del período es una vibración global. Si solo causa vibración local, no se puede utilizar como la primera torsión (traducción). ) período, y el siguiente período debe sacarse de la cola. Realice la investigación, y así sucesivamente, hasta que seleccione un valor que no solo tenga un valor de período mayor sino que también tenga una forma de modo correspondiente que sea la vibración general de la estructura. , que es el primer período de torsión (traslación); 3) Cálculo de la relación del período: divida el valor del primer período de torsión. Simplemente divídalo por el primer período de traslación.
(2) La relación de desplazamiento (relación de desplazamiento entre pisos) es un indicador importante para controlar la irregularidad del plano de la estructura. Sus límites están claramente estipulados en el "Código de diseño sísmico para edificios" y las "Regulaciones de alta tecnología" y no se describirán nuevamente. Cabe señalar que el límite de relación de desplazamiento especificado en el nuevo código se basa en el supuesto de placa rígida. Si se establece una placa elástica en el modelo estructural, debe seleccionar "Forzar el supuesto de piso rígido para todos los pisos" al configurar el límite. parámetros de software.”, para calcular la relación de desplazamiento correcta. Una vez que la relación de desplazamiento cumpla con los requisitos, elimine la opción "Forzar la suposición de piso rígido para todos los pisos y use la configuración de piso elástico para cálculos de refuerzo posteriores.
Además, se utiliza el tamaño de la relación de desplazamiento para determinar si la estructura es regular. Una base importante para seleccionar la relación de desplazamiento bajo excentricidad accidental, terremoto unidireccional y terremoto bidireccional.
(3) La relación de rigidez es un indicador importante para controlar la vertical. irregularidad de la estructura De acuerdo con los requisitos del "Código sísmico" y el "Código de alta tecnología", el software proporciona tres métodos de cálculo para las relaciones de rigidez, a saber, rigidez al corte, rigidez a la flexión al corte y fuerza sísmica y las interrelaciones correspondientes. relación de desplazamiento del piso. Comprenda correctamente estas tres relaciones de rigidez. El método de cálculo y el alcance aplicable son la clave para el cálculo de la relación de rigidez: 1) La rigidez al corte se utiliza principalmente para la estructura de conversión donde el gran espacio en la parte inferior es un piso. y la determinación de las condiciones integradas del sótano; 2) La rigidez a la flexión por corte se utiliza principalmente para el gran espacio en la parte inferior. Es una estructura de conversión de varios pisos. 3) La relación entre la fuerza sísmica y el desplazamiento entre pisos está en; De acuerdo con las disposiciones pertinentes del Artículo 3.4.2 del "Código Sísmico" y el Artículo 4.3.5 del "Código de Alta Tecnología", este método generalmente se puede utilizar en la mayoría de los proyectos para calcular la relación de rigidez, que también es el predeterminado. método del software.
(4) La relación de capacidad de corte entre capas también es un indicador importante para controlar la irregularidad vertical de la estructura. Consulte el "Código sísmico" para conocer su límite. disposiciones pertinentes de las "Regulaciones de alta tecnología".
(5) La relación rigidez-peso es la relación entre rigidez estructural y carga de gravedad. Es un factor importante para controlar la estabilidad general del. estructura y también es el factor principal que afecta el efecto de segundo orden de la gravedad. Si este valor no cumple con los requisitos, puede causar inestabilidad estructural y colapso, lo que debería atraer suficiente atención por parte de los diseñadores. (6) La razón por la cual la relación de peso de corte es un parámetro muy importante en el diseño sísmico. La relación de corte-peso se especifica principalmente porque el coeficiente de influencia sísmica disminuye rápidamente bajo efectos a largo plazo y el efecto estructural calculado bajo un terremoto horizontal. La acción puede ser demasiado pequeña para estructuras de período largo, la aceleración y el desplazamiento del suelo bajo la acción dinámica del terremoto pueden ser demasiado pequeños. Puede tener un efecto destructivo mayor en la estructura, pero no se puede calcular con precisión utilizando el método de descomposición modal. , por razones de seguridad, el código estipula el valor mínimo de la fuerza sísmica horizontal en cada piso. Si este valor no cumple con los requisitos, significa que puede haber puntos débiles obvios en la estructura y deben ajustarse. >
Además del análisis de cálculo anterior, el software de diseño también ajustará los efectos sísmicos de la estructura general de acuerdo con los requisitos de la especificación, como el ajuste de la fuerza sísmica mínima y el ajuste de la fuerza interna de la estructura especial bajo un terremoto. acción, ajuste 0.2Q0, columna fuerte, viga débil y corte fuerte, ajuste de flexión débil, etc., debido a que el programa puede completar estos ajustes, no entraré en detalles.
Los primeros pasos del óptimo. El diseño de un solo componente es principalmente para calcular y ajustar la racionalidad general de la estructura. Este paso es principalmente para calcular la fuerza interna y el refuerzo del componente único de la estructura, incluido el cálculo de la relación de compresión axial de vigas, columnas, y muros de corte, cálculo de secciones componentes, optimización del diseño, etc.
(1) El software calcula la información superreforzada para vigas de hormigón en las siguientes situaciones:
1) Cuando el valor de diseño M del momento flector de la viga es mayor que el momento flector último de carga Mu de la viga, Solicitud de sobre-refuerzo 2) La especificación limita la altura de la zona de compresión del hormigón:
Nivel 4 y resistencia no sísmica: ξ≤ξb
Nivel 2 y 3: ξ≤0,35 (tomado durante el cálculo AS'=0,3AS)
Nivel 1: ξ≤0,25 (AS'=0,5AS al calcular)
Cuando ξ no cumple con los requisitos anteriores, el programa indica que se excede;
3) El "Código Sísmico" requiere que la relación máxima de refuerzo de las barras de acero de tensión longitudinal en el extremo de la viga sea 2,5% cuando es mayor a este valor se indica que está sobrerreforzado; 4) El cálculo de la sección oblicua de la viga de concreto debe cumplir con los requisitos de sección mínima, si no se cumple se solicitará super. músculo.
(2) Existen tres situaciones de sobrerrefuerzo de muros de cortante:
1) Sobrerrefuerzo de pilares ocultos de muros de cortante: la relación máxima de refuerzo de pilares ocultos dada por el software se basa en un control del 4 %, mientras que cada especificación requiere que el área de refuerzo del refuerzo principal del muro de corte se proporcione en forma de componentes de borde, y no existe una relación máxima de refuerzo. Por lo tanto, el sobrerrefuerzo del muro de corte dado por el programa es un mensaje de advertencia, y el diseñador puede considerarlo apropiado 2) El refuerzo horizontal del muro de corte está sobrerreforzado, lo que indica que la resistencia al corte de la estructura es insuficiente y debe; ajustarse; 3) La viga de acoplamiento del muro de corte está excesivamente reforzada. En la mayoría de los casos, la resistencia al corte es insuficiente bajo la acción de fuerzas sísmicas horizontales. La especificación estipula que se permite reducir la rigidez de las vigas de acoplamiento del muro de corte. Las vigas de acoplamiento del muro de corte reducido básicamente sufrirán deformación plástica bajo la acción del terremoto, es decir, las vigas de acoplamiento se agrietarán. Al diseñar vigas de acoplamiento para muros de corte, los diseñadores también deben considerar si el refuerzo cumple con los requisitos de capacidad de carga última en condiciones normales.
(3) Cálculo de la relación de presión axial de la columna: El cálculo de la relación de presión axial de la columna no es exactamente el mismo en el "Reglamento de alta tecnología" y el "Código sísmico" del Artículo 6.3.7. El "Código Sísmico" estipula que el valor de diseño de la fuerza axial de la columna para calcular la relación de compresión axial incluye combinaciones sísmicas y no sísmicas, mientras que el Artículo 6.4.2 del "Reglamento de Alto Nivel" estipula que el valor de diseño de la fuerza axial de la columna para calcular la relación de compresión axial solo considera combinaciones de acciones sísmicas de la columna. Cuando el software calcula la relación de presión axial de la columna, cuando el proyecto considera la acción sísmica, el programa solo calcula el valor de diseño de la fuerza axial de la columna bajo la combinación de acciones sísmicas; cuando el proyecto no considera la acción sísmica, el programa solo toma el valor de diseño; de la columna bajo combinaciones de acciones no sísmicas. Cálculo del valor de diseño de la fuerza axil. Por lo tanto, los diseñadores encontrarán que para el mismo proyecto, los resultados de la relación de presión axial de la columna serán diferentes si se calcula o no la fuerza sísmica.
(4) Cálculo de la relación de compresión axial de muros de corte: para controlar la ductilidad de la estructura bajo la acción de fuerzas sísmicas, las nuevas "Regulaciones de alta tecnología" y los "Códigos sísmicos" proponen Relación de compresión axial para requisitos de cálculo de muros de corte. Cabe señalar que cuando el software calcula la relación de compresión axial del muro de corte del dedo roto, se calcula en una dirección, lo cual es diferente del cálculo bidireccional de la relación de compresión axial del muro de corte del miembro corto especificado en el “Reglamento de Alto Nivel”. El Personal de diseño podrá considerar esto a su discreción.
(5) Diseño óptimo de la sección del componente: la estructura calculada no excede el refuerzo, lo que no significa que la sección inicial y la forma del componente sean razonables. Los diseñadores también deben llevar a cabo un diseño de optimización del componente. que el componente pueda cumplir con los requisitos de tensión. El tamaño y la forma de la sección son razonables en las condiciones alemanas y ahorran material. Sin embargo, cabe señalar que al realizar el diseño de optimización de secciones, la racionalidad de la estructura general debe ser la premisa, porque el tamaño de la sección componente afecta directamente la rigidez de la estructura, afectando así una serie de parámetros como el período, desplazamiento y fuerza sísmica de la estructura general. Si hay un impacto, no debemos reducir ciegamente el tamaño de la sección transversal de los componentes, lo que reducirá la seguridad general de la estructura.
4. Cumplir con los requisitos de medidas sísmicas especificados en el código. Durante la etapa de diseño del plano de construcción, también se deben cumplir los requisitos de medidas sísmicas estipulados en el código. El "Código de hormigón", el "Código de alta tecnología" y el "Código sísmico" presentan regulaciones muy detalladas sobre la estructura de la estructura. Estas medidas son el resumen de muchas investigaciones de daños por terremotos y experiencias de diseño sísmico, y también son la última línea. de defensa para garantizar la seguridad estructural. Los diseñadores no sean descuidados.
(1) Cuando el software de diseño realiza cálculos de refuerzo en planos de construcción, se requiere ingresar coeficientes de fusión razonables, métodos de soporte, bibliotecas de selección de barras de acero, etc. Si los resultados de un cálculo no son satisfactorios, Se deben realizar múltiples cálculos de prueba y ajustes.
(2) Antes de generar los planos de construcción, ingrese cuidadosamente los parámetros del dibujo, como el diámetro mínimo de las barras de acero de las vigas y columnas, el método de refuerzo en las esquinas superiores del marco, la forma de los terminales de las vigas, el método de superposición de barras longitudinales de columnas, aros Forma de refuerzo, factor de amplificación de barras de refuerzo, etc., con el fin de generar planos de construcción que satisfagan las necesidades. El software puede seleccionar automáticamente refuerzos en función del ancho de grieta permitido y también puede considerar el impacto del ancho del soporte en el ancho de la grieta.
(3) Después de generar los planos de construcción, el diseñador también debe verificar cuidadosamente el diámetro mínimo de la barra longitudinal, la relación mínima de refuerzo, la relación mínima de los estribos, la longitud del área de densidad de los estribos y las barras de acero de cada tipo especial o débil. componente si la longitud del anclaje traslapado, el método de refuerzo, etc. cumplen con los requisitos para las medidas sísmicas especificadas en el código. Los requisitos de esta parte de la especificación suelen estar escritos en negrita. Son disposiciones obligatorias y no deben tomarse a la ligera.
(4) Finalmente, el diseñador debe revisar los resultados del refuerzo generados por computadora para verificar su racionalidad en función de las condiciones reales del proyecto, como el número de filas de barras de acero, el diámetro, la estructura, etc. no satisface las necesidades del proyecto o no Para facilitar la construcción, es necesario realizar ajustes y cálculos finales.
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