【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 式進(jìn)行驗(yàn)證，并為以后的實(shí)際項(xiàng)目提供依據(jù)和分析，并嘗試降低工程造價(jià)的成本， 節(jié)省工程造價(jià) 。 1)收集國(guó)內(nèi) 、國(guó) 外 最新 研究資料 分析研究現(xiàn)狀表明： ①空心鋼管混凝土的研究成果在框架結(jié)構(gòu)中的使用量特別少；② 此類 構(gòu)件的整體分析還有極大的發(fā)展空間。 2)理論分析 以要研究的 構(gòu)件在框架結(jié)構(gòu)中 運(yùn)用較少 為研究出發(fā)點(diǎn) ， 結(jié)合 構(gòu)件的 套箍系數(shù)修正系數(shù)及修正后 構(gòu)件的 軸壓承載力計(jì)算公式， 對(duì) 空心鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu) 在滿足抗震規(guī)范及相對(duì)經(jīng)濟(jì)的前提下 進(jìn)行分析。 3)數(shù)值計(jì)算 為了節(jié)省鋼材的使用及加大結(jié)構(gòu)的使用面積，在滿足規(guī)范的前提下，本文 以最新的空心鋼管混凝土軸壓承載力計(jì)算公式結(jié)合修正系數(shù) 以 的空心率， 來(lái) 設(shè)計(jì) 滿足使用要求的空心鋼管混凝土構(gòu)件。 在 PKPM 計(jì)算平臺(tái)中，由于其尚未開發(fā)出空心鋼管混凝土構(gòu)件，本文將結(jié)合 PKPM軟件的計(jì)算原理，即在 PKPM 的運(yùn)算過(guò)程中，其主要是依據(jù)各構(gòu)件的抗壓剛度，抗彎剛度，彈性模量及慣性矩進(jìn)行運(yùn)算和分析，本文將運(yùn)用 ”剛度等代 “的方法，用空心素混凝土對(duì)空心鋼管混凝土進(jìn)行 等代，設(shè)計(jì)出一個(gè)與空心鋼管混凝土框架一致的模型。 鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)基本資料 基本情況 （ 1）建筑特征 本工程位于一個(gè)抗震設(shè)防烈度為 7 度的地區(qū)，是一個(gè) 8 層的小高層建筑，是一個(gè)辦公大樓，首層層高 米，標(biāo)準(zhǔn)層層高為 米，由四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層拼接而成，基本建筑平面布局如圖（ 1）所示?？偨ㄖ叨葹? 米，室內(nèi)外高差為 500mm，建筑物為填充墻，外墻 200mm，內(nèi)墻 120mm. 本建筑總長(zhǎng)度為 米，高度為 米， 寬度為 米， 建筑面積為 平方米。總建筑面積為 平方米。 （ 2）結(jié)構(gòu)基本情況 II 類，場(chǎng)地周期為 。設(shè) 結(jié)構(gòu)的防震 烈度為 8 度，地震加速度為。 B，基本風(fēng)壓 。 ：根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 2021 表 確定為 4 級(jí)。 圖 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震等級(jí) ，板厚 120mm，墻體采用普通磚，外墻為 200mm，內(nèi)墻 120mm。 建筑設(shè)計(jì) 以 建筑結(jié)構(gòu)抗震概念 為 設(shè)計(jì)理念，基于 建筑結(jié)構(gòu)的 抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)布置，從而設(shè)計(jì)出合理的基于性能的抗震設(shè)計(jì)建筑。 （ 1）平面布置 平面布置圖如圖（ 2）所示。 圖 首層平面圖 圖 標(biāo)準(zhǔn)層平面圖 （ 2）立面設(shè)計(jì) 建筑物同時(shí)兼顧著技術(shù)與藝術(shù)兩種價(jià)值，這棟辦公樓在要滿足人們?nèi)粘９ぷ鞯耐瑫r(shí)，也要滿足人們?cè)诰衽c文化方面的追求。而建筑物的美觀問(wèn)題，正是這一方面的反映。 這個(gè)作為兼顧物質(zhì)與精神雙重功能的辦公大樓，立面方面的設(shè)計(jì)十分重要。因而， 對(duì)于建筑物的 立面設(shè)計(jì)必須遵循以下的基本原則：一，安全性能得到保障。二，功能要求得到滿足。三，技術(shù)措施運(yùn)用得當(dāng)。四，經(jīng)濟(jì) 效果達(dá)到要求。五，美觀問(wèn)題考慮得當(dāng)?？傮w規(guī)則滿足要求。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)要素即為 ：完整均勻又比例適當(dāng)；層次分明又傳力明確；體型簡(jiǎn)潔又環(huán)保和諧。 運(yùn)行軟件介紹 本文運(yùn)算軟件 PKPM 的簡(jiǎn)介 常用的對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行分析的方法有以下幾種： 1）理論分析， 為了對(duì)結(jié)構(gòu)物的分析更為科學(xué)、系統(tǒng)， 加深對(duì)結(jié)構(gòu)物的理解， 充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)物各部分的作用， 要以理論基礎(chǔ)為根基，在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行推演、計(jì)算，使問(wèn)題得到有效解決。 2）計(jì)算機(jī)分析，當(dāng)前建筑領(lǐng)域內(nèi)，復(fù)雜結(jié)構(gòu)頻現(xiàn)，大規(guī)模的計(jì)算顯然是人力所不能完成的，這種情況下就需要借助 計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)物進(jìn)行位移、內(nèi)力分析。因?yàn)橛?jì)算機(jī)的精度高、速度快、容量大，使得一些高難的計(jì)算為題得以解決。 3）試驗(yàn)分析，我們建造工程結(jié)構(gòu)物離不開工程材料，為了了解工程材料的物理性能、力學(xué)性能、強(qiáng)度、剛度等是如何在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮有效作用的，必須要對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行試驗(yàn)分析，在試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上優(yōu)化選材。三種分析方法相輔相成，互為補(bǔ)充，當(dāng)需要計(jì)算一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)物時(shí)，要以第二種分析方法為主。 因?yàn)?PMCAD 軟件在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，本文結(jié)構(gòu)的整體建模就采用PMCAD 軟件，在進(jìn)行空心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)只需要輸入諸如：樓板結(jié)構(gòu)、荷載等相關(guān)數(shù)據(jù)，模型建好之后，然后用 SATWE 軟件進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。 SAYWE 軟件大家并不陌生，它應(yīng)用的范圍比較廣，主要應(yīng)用于高層鋼結(jié)構(gòu)、高層混合結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)的剪力墻分析。 SAYWE 軟件在對(duì)結(jié)構(gòu)分析時(shí)，只是起到輔助的作用，分析過(guò)程還是要以結(jié)構(gòu)工程師為主導(dǎo)，如何將樓板、剪力墻簡(jiǎn)化建模是解決問(wèn)題的第一步，是需要結(jié)構(gòu)工程師要思考的問(wèn)題，建模假定問(wèn)題對(duì)后來(lái)數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)可信度、精確度分析起著重要作用。 PMCAD 是結(jié)構(gòu) CAD 軟件系統(tǒng)的組成部分， 承擔(dān)著對(duì)結(jié)構(gòu)建模的重要作用，它能以計(jì)算機(jī)為媒介將結(jié)構(gòu)層每層的布置信息和布載信息聯(lián)系起來(lái)，當(dāng)各層的梁、柱等構(gòu)件布置完成之后， PMCAD 還能根據(jù)各荷 載在結(jié)構(gòu)中的分布，進(jìn)行自重計(jì)算。它 不但 能提供 梁、柱、樓梯、墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件作圖信息，以詳細(xì)的圖表來(lái)分析問(wèn)題，還能提供高層整體分析、連續(xù)梁、磚混結(jié)構(gòu)的全部數(shù)據(jù)。 部分參數(shù)的合理選擇 當(dāng)結(jié)構(gòu)工程師 用 SATWE 軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)， 要按要求輸入五項(xiàng)參數(shù)，為了使各項(xiàng)參數(shù)能夠轉(zhuǎn)變成能利用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，還需要增加一些結(jié)構(gòu)參數(shù)， 下面列出了選取的主要參數(shù)： （ 1） 總信息。 當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)豎向力的計(jì)算控制指標(biāo)是恒載以及活載，在對(duì)一些中小型結(jié)構(gòu)物進(jìn)行計(jì)算時(shí)，即便結(jié)構(gòu)物的軸向力很小，但是其軸向的變形也不能被忽略；在輸入數(shù)據(jù)時(shí)，要分別輸入短肢剪力墻結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)、異形柱框架結(jié)構(gòu)等。 本文所涉及的工程，結(jié)構(gòu)樣式規(guī)則，基礎(chǔ)的受力比較均勻，故認(rèn)為結(jié)構(gòu)的軸向變形是豎向荷載作用下的累計(jì)變形，并采用剛性比假定，模擬施工加載計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)位移比。 （ 2）風(fēng)荷載信息 。 因?yàn)楸竟こ痰慕Y(jié)構(gòu)體體型較 規(guī)則，故將其體型分段數(shù)定為 1， 突出屋面樓梯間及電梯機(jī)房算一層， 第一段最高層號(hào)為 12， 體形系數(shù)取 ， 一般由程序自動(dòng)控制，沒有特別的情況，不進(jìn)行人工干預(yù) 。 （ 3）地震信息 。 根據(jù)本工程的立面體型結(jié)構(gòu)采用振型分解反應(yīng)譜法作為本結(jié)構(gòu)的地震分析方法，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體存在扭轉(zhuǎn)作用，所以考慮在扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)條件下進(jìn)行規(guī)則結(jié)構(gòu)輸入，以更好的模擬工程實(shí)際。依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，當(dāng)結(jié)構(gòu)物質(zhì)量與剛度明顯不對(duì)稱、不均勻時(shí)，要考慮雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響，結(jié)合本工程結(jié)構(gòu)物的立面特點(diǎn)，質(zhì)量與剛度比符合規(guī)范中采用雙向地震作用的影響，故在設(shè)計(jì)的時(shí)候加入雙向地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)物影響這一因素。 (4)活荷載信息。 對(duì)活動(dòng)荷載進(jìn)行布置的時(shí)候，按最 不利的情況進(jìn)行布載，不考慮對(duì)活荷載的折減。 (5)調(diào)整信息。 考慮剛性樓板對(duì)剛度的的有利作用，中梁 剛度 放大系數(shù)取為 ，邊梁放大系數(shù)取 。 為了防止連梁剛度過(guò)大，連梁的剛度應(yīng)進(jìn)行折減，折減系數(shù)取為 ；不考慮地震力的放大，地震力的調(diào)整系數(shù)取 ；考慮剛性樓板對(duì)梁抗扭的作用，梁扭矩折減系數(shù)取為 ； 考慮鋼梁在豎向荷載作用下由于塑性變形而引起的內(nèi)力重分布，梁端負(fù)彎矩要進(jìn)行調(diào)幅，調(diào)幅系數(shù)取為 。 (6)設(shè)計(jì)信息。不考慮結(jié)構(gòu)的 PA 效應(yīng)； 梁、柱重合部位做剛域考慮，柱的計(jì)算長(zhǎng)度以及混凝土層的保護(hù)厚度 按規(guī)范相 關(guān)規(guī)定采用 ；按雙向偏心受壓柱計(jì)算、配筋形狀為 異形 的 框架柱。 (7)配筋信息。 根據(jù)規(guī)范要求， 墻水平分布筋間距 以 200mm 進(jìn)行填入；豎向分布筋配筋率 配置為 %；梁、柱箍筋 的 加密區(qū)箍筋間距 取 100mm。由于本文兩個(gè)結(jié)構(gòu)均以鋼結(jié)構(gòu)為主，因而此信息對(duì)結(jié)構(gòu)影響不大。 (8)荷載組合。 對(duì)本工程結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)荷載進(jìn)行計(jì)算時(shí) 荷載 分項(xiàng)系數(shù)、 組合系數(shù) 均按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB500112021 的有關(guān)規(guī)定選取。 為了對(duì)結(jié)構(gòu)物的計(jì)算更為精確，使結(jié)構(gòu)物接近真實(shí)的受力情況，宜對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析，對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行抗震分析的計(jì)算機(jī)軟件需要符合以下要求 [28]： （ 1） 采用的軟件其技術(shù)服務(wù)水平應(yīng)該符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求。 （ 2） 要根據(jù)結(jié)構(gòu)物實(shí)際的受力情況對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。 （ 3）對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式（比如異形柱結(jié)構(gòu)）進(jìn)行受力分析，位移計(jì)算時(shí)，要采用多個(gè)力學(xué)模型進(jìn)行分析計(jì)算，并將求得的結(jié)果進(jìn)行分析。 對(duì)于求得的結(jié)果，不能盲目的采用，要在分析判斷其是否合理的基礎(chǔ)上運(yùn)用到工程設(shè)計(jì)當(dāng)中。程序在振型分解法里面給出了兩種計(jì)算方法，總剛計(jì) 算法、側(cè)剛計(jì)算法，總剛計(jì)算法適用于樓板是彈性樓板的情況，在進(jìn)行地震反應(yīng)分析時(shí)，用相應(yīng)質(zhì)量的矩陣和結(jié)構(gòu)的總剛作為控制條件，算出結(jié)構(gòu)物中每個(gè)桿件的反應(yīng)情況；側(cè)剛計(jì)算方法認(rèn)為每塊樓板有三個(gè)自由度，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度以及兩個(gè)平動(dòng)自由度，將這三個(gè)自由度去組成剛度矩陣，所以在這種條件下，側(cè)剛計(jì)算法適用于樓板在平面內(nèi)為無(wú)限剛的情形。 計(jì)算結(jié)果的控制原則 在結(jié) 構(gòu)物的建筑設(shè)計(jì)中，提倡對(duì)建筑物的設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)單、對(duì)稱，這是因?yàn)楹侠淼慕ㄖO(shè)計(jì)布置對(duì)結(jié)構(gòu)物抗震極其有利。根據(jù)以往地震對(duì)建筑物的破壞情況可以發(fā)現(xiàn)，建筑物的布置越是簡(jiǎn)單、 對(duì)稱，建筑物受到地震破壞的影響就越小。布置簡(jiǎn)單、對(duì)稱的結(jié)構(gòu)物在建造的時(shí)候更容易，容易在其中進(jìn)行細(xì)部處理和抗震構(gòu)造處理。 當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行豎向布置時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度分布不合理也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物容易遭到地震破壞。當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度沿豎向外挑、內(nèi)收或者產(chǎn)生豎向突變時(shí)，地震作用會(huì)導(dǎo)致某些樓層產(chǎn)生過(guò)度的變形，或者嚴(yán)重倒塌等病害。一些不規(guī)則的結(jié)構(gòu)物會(huì)因其自身質(zhì)量或剛度偏心在地震作用下產(chǎn)生側(cè)扭偶聯(lián)作用，從而引起結(jié)構(gòu)物的抗震能力下降。 當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行平面布置時(shí)，平面如果存在過(guò)長(zhǎng)的外伸段，那么，伸出的 部分很容易產(chǎn)生凹 角破壞，這是因?yàn)樯斐霾糠值木植空駝?dòng)引起的；凹角部位還容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致樓板在遭受地震荷載時(shí) 產(chǎn)生過(guò)早的破壞和開裂。另外在角部重疊部分、中央狹窄部位都是容易產(chǎn)生地震震害的部位。 在此，我們只討論其在彈性范圍內(nèi)的抗震性能對(duì)比，并不涉及到非彈性的情況。只有結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能滿足規(guī)范要求的最低限度后，我們才說(shuō)它是合格的結(jié)構(gòu)， 在這性情況下，計(jì)算出來(lái)的配筋才是可靠的，才具有對(duì)比性、可研究性 結(jié)構(gòu)抗震性能 要按以下 幾大方面討論 ： 層剛比、 軸壓比 、 剛重比、 剪重比 等具體 指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)的 對(duì)比 分析 。 抗震性能的控制因素 （ 1）振型的概念： 地球上的 任何物體 都 有 無(wú)窮多 固有頻率 ，當(dāng)外力的頻率與物體 的 固有頻率接近時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振 現(xiàn)象 ， 而與每一固有頻率相對(duì)應(yīng)的物體變形狀態(tài)我們稱之為振型。 （ 2）控制振型的目的： 選擇合理的結(jié)構(gòu)振型 是對(duì)結(jié)構(gòu)模型計(jì)算分析前的一項(xiàng)重要工作。振型的選擇會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果精度產(chǎn)生影響。如果對(duì)于結(jié)構(gòu)物的 振型數(shù) 選擇過(guò)少 ，會(huì)使許多后續(xù)振型對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的地震作用被忽略，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。相應(yīng)的增加結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)，結(jié)構(gòu)受到的水平地震作用以及產(chǎn)生的變形也會(huì)相應(yīng)增加。 為了安全起見，在進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)的振型數(shù)一般會(huì)選擇的多一些，但并不是振型數(shù)量選擇的越多越好，過(guò)多的振型會(huì)使計(jì)算機(jī)運(yùn)行處理時(shí)間加長(zhǎng)。 并且，對(duì)于結(jié)構(gòu)的地震作用而言，高振形在有些情況下，并沒有計(jì)算應(yīng)用意義。 由于 低階振型的振幅 較低， 當(dāng)體系處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，低階振型對(duì)整個(gè)體系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)起著控制作用，本文在對(duì)地震作用以及振型進(jìn)行分析時(shí)，采用振型疊加法，為了提高計(jì)算的精度，更符合工程實(shí)際，對(duì) 15 個(gè)振型數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。 當(dāng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的有效質(zhì)量系數(shù)進(jìn)行檢查是 一般情況下核對(duì)振型數(shù)的經(jīng)常采用的方法 。 當(dāng)系數(shù)值 大于 時(shí) ， 表明振型數(shù)符合規(guī)范要求 ， 在其小于 的情況下，因?yàn)檎裥蛿?shù)量不滿足相應(yīng)要求，所以 ， 后續(xù)情況下會(huì)產(chǎn)生高頻振型， 高振型帶來(lái)的地震作用會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物造成不利影響。故在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)振型數(shù)要選取到大于 ，同時(shí)，不能因?yàn)檎裥蛿?shù)選取過(guò)多而引起計(jì)算錯(cuò)誤，要注意對(duì)計(jì)算結(jié)果的檢查。 （ 3）周期比的定義 任何結(jié)構(gòu)體系都會(huì)有自身的自震周期， 并且 與本身的剛度、質(zhì)量等因素有關(guān)。體系的自震周期隨剛度的增加而縮短，隨質(zhì)量的增加而延長(zhǎng)。 結(jié)構(gòu)體抵抗地震作用的能力與結(jié)構(gòu)體自身的性質(zhì)有關(guān)，而結(jié)構(gòu)體本身的質(zhì)量、剛度對(duì)其動(dòng)力特性又會(huì)產(chǎn)生影響，所以，可以通過(guò)比較自震周期的方法，對(duì)結(jié)構(gòu)體系的對(duì)稱性和抗扭剛度進(jìn)行判斷。 （ 4）控制周期比的目的 結(jié)構(gòu)體系在地震作用下會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，為了防止扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的不利影響，可以控制結(jié)構(gòu)體系的周期比，合理的周期比可以使結(jié)構(gòu)物的平面布置更加規(guī)則，對(duì)結(jié)構(gòu)物的剛度分配更科學(xué)，能避免結(jié)構(gòu)物因?yàn)閭?cè)向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度的關(guān)系不協(xié)調(diào)，而產(chǎn)生對(duì)結(jié)構(gòu)物破壞性較大的扭轉(zhuǎn)作用。 根據(jù)以往的震災(zāi)影響統(tǒng)計(jì)，結(jié)構(gòu)體系如果不規(guī)則，過(guò)于復(fù)雜、質(zhì)量分配 不均 會(huì)在地震作用下遭到毀滅性損壞。根據(jù)建設(shè)部相關(guān)規(guī)范規(guī)定：結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期之比， A 級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于 。 [30]如果結(jié)構(gòu)物的周期比不符合以上指標(biāo)，對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行局部微調(diào)是不現(xiàn)實(shí)的，必須修改結(jié)構(gòu)體系的平、立面布置。 所以，結(jié)構(gòu)工程師控制周期比、驗(yàn)證周期比的目的是為了讓結(jié)構(gòu)整體平立面布置更科學(xué)，減小地震作用對(duì)建筑物的扭轉(zhuǎn)破壞，使建筑物更好的為大家服務(wù)。 （ 1）剛重比的概念 本文所提的 剛重比 是 指 能影響重力二階（ PΔ）效應(yīng)的 側(cè)向剛度與重力荷載設(shè)計(jì)值的