PKPM軟件在漢源新縣城底部框架房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中應(yīng)用的若干心得

楊 科

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院,四川 成都 610072)

1 前 言

四川漢源新縣城屬于瀑布溝水電站移民安置工程,工程設(shè)計不僅要滿足國家現(xiàn)行相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范、規(guī)程,而且要符合相應(yīng)的移民安置政策;加之工程所在地漢源為“5.12汶川大地震”重災(zāi)區(qū)(地震中底部框架房屋破壞最為嚴(yán)重),這對如何安全適用、經(jīng)濟合理地完成本工程設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)。

根據(jù)移民政策新縣城的臨街房屋的底部一層用于布置鋪面,上部幾層用于移民安置住房,故漢源新縣城底部框架房屋主要結(jié)構(gòu)形式為底部一層的鋼筋混凝土框架—抗震墻結(jié)構(gòu)、上部 2～5層砌體墻承重的多層房屋。

底部框架房屋的計算方法已經(jīng)為大家所熟悉,針對漢源新縣城的工程特點,本文著重探討在應(yīng)用PKPM軟件進行底部框架房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時應(yīng)注意的幾個問題。

2 地震信息輸入中的問題

2.1 參數(shù)輸入

在設(shè)計過程中筆者發(fā)現(xiàn),在 PMCAD主菜單①中交互式輸入不同的地震分組和場地類別信息,其砌體抗震計算結(jié)果卻是一樣的。圖 1為 PMCAD主菜單①PM交互式輸入設(shè)計參數(shù)對話框地震信息頁的輸入?yún)?shù)。后經(jīng)分析得知,設(shè)計交互式輸入適用于各種類型結(jié)構(gòu)的建模,其參數(shù)輸入要兼顧各種結(jié)構(gòu)。對于多、高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu),采用振型分解法計算地震作用,地震影響系數(shù)由地震烈度、場地類別、設(shè)計地震分組等參數(shù)確定;對于砌體結(jié)構(gòu),采用底部剪力法計算地震作用,地震影響系數(shù)取最大值 αmax,而 αmax僅與地震烈度有關(guān),與場地類別、設(shè)計地震分組無關(guān)。

圖1 對話框地震信息的輸入?yún)?shù)

圖2為 PMCAD主菜單⑧磚混結(jié)構(gòu)抗震及其他計算砌體結(jié)構(gòu)計算數(shù)據(jù)對話框中的輸入?yún)?shù)。在該對話框中,與地震有關(guān)的參數(shù)僅有地震烈度一個,說明砌體結(jié)構(gòu)抗震計算僅需要這一個參數(shù)。所以,當(dāng)?shù)卣鹆叶却_定后,在交互輸入中輸入的場地類別、設(shè)計地震分組參數(shù)在砌體結(jié)構(gòu)抗震計算中不起作用。

2.2 地震影響系數(shù)

根據(jù)《漢源縣城新址場地地震安全性評價報告》(四川省地震局工程地震研究所),本工程批準(zhǔn)的地震加速度值為 0.183g,高于 7.5度時的地震加速度值0.15g,低于 8度時的地震加速度值 0.20g。按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》表3.2.2抗震設(shè)防烈度和設(shè)計基本地震加速度值的對應(yīng)關(guān)系,通過線性插值得本工程抗震設(shè)防烈度為 7.83。如何在軟件抗震設(shè)計中合理體現(xiàn)地震影響系數(shù)成為棘手的問題,因為目前的軟件無法直接輸入此特殊系數(shù),加之以往的設(shè)計中也極少遇類似情況。后經(jīng)研究軟件得知,新版(07版)軟件可以解決此問題,且此系數(shù)需要在底部框架房屋的上部砌體和底部框架抗震設(shè)計中分別體現(xiàn)。

在上部砌體抗震設(shè)計中地震烈度輸入 7.83,程

圖2 PMCAD主菜單⑧對話框中的輸入?yún)?shù)

3 上部砌體墻抗剪不足的問題

式中γRE為承載力抗震調(diào)整系數(shù),一般取 1.0,當(dāng)墻體兩端均有構(gòu)造柱時,取 0.9,自承重墻取 0.75;ηc為墻體約束修正系數(shù),一般情況取 1.0,構(gòu)造柱間距不大于 2.8m時取 1.1;A為墻體橫截面面積,多孔磚取毛截面面積;Ac為中部構(gòu)造柱的橫截面總面積(對橫墻和內(nèi)縱墻,Ac＞0.15A時,取 0.15A;對外縱序根據(jù)輸入的地震烈度按以下插值公式計算水平地震影響系數(shù)最大值:

式中 αmax——水平地震影響系數(shù)最大值;

X——地震烈度。

通過線性插值得 αmax=0.146。

圖3 SAT-8地震信息交互輸式

而底部框架抗震設(shè)計采用的計算模塊為 SAT-8模塊,在 SAT-8主菜單①中可完成地震信息的交換式輸入(見圖3)。墻 Ac＞0.25A時取 0.25A);ζ為中部構(gòu)造柱參與工作系數(shù),居中設(shè)一根時取 0.5,多于一根時取 0.4;ft為中部構(gòu)造柱的混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值;fy為構(gòu)造柱縱向鋼筋抗拉強度設(shè)計值;As為中部構(gòu)造柱的縱向鋼筋截面總面積(配筋率不小于 0.6%,大于1.4%時取 1.4%)。

對兩式分析后不難發(fā)現(xiàn),提高墻體抗剪承載力措施可以從以下方面入手:(1)增加墻體橫截面積;(2)提高砂漿強度等級(提高 fv);(3)在大片墻兩端設(shè)構(gòu)造柱(γRE取 0.9);(4)增加中部構(gòu)造柱截面面積(增加構(gòu)造柱或增大已有構(gòu)造柱的截面尺寸);(5)提高構(gòu)造柱混凝土強度等級、增加構(gòu)造柱鋼筋面積、提高構(gòu)造柱鋼筋強度等級等。此外,采用配筋砌體也可以解決墻段抗剪不足的問題。

同時,從《砌體規(guī)范》表3.2.2中可以發(fā)現(xiàn):(1)當(dāng)砂漿強度等級大于 M 10時,砌體的抗剪強度設(shè)計值不再提高,與砂漿強度等級等于 M 10時相同;(2)沿砌體灰縫截面破壞時,砌體的抗剪強度設(shè)計值與塊體強度等級無關(guān)。

4 底層抗震墻的超筋問題

進行底部框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時很多人都發(fā)現(xiàn),鋼筋混凝土抗震墻設(shè)計中很容易超筋,本工程也不例外。超筋的原因是抗震墻數(shù)量過少,但是增加抗震墻數(shù)量又可能使側(cè)向剛度比不滿足規(guī)范要求。底框結(jié)構(gòu)底部抗震墻的數(shù)量由構(gòu)造要求和層間剛度比控制?？拐饓Φ膫?cè)移剛度由剪切剛度和彎曲剛度組成,而彎曲剛度與墻寬的立方成正比,因此墻體越寬,需要的墻體數(shù)量就越少。但是,墻體越少,每片墻的內(nèi)力就越大,就越容易超筋。

由于底部抗震墻的高度較低(一層或兩層),墻體較寬時容易形成破壞形式為剪切破壞的低矮抗震墻,為此,《抗震規(guī)范》7.5.5條作出了底部抗震墻宜開設(shè)洞口形成若干墻段,各墻段的高寬比不宜小于2的規(guī)定。對不便開設(shè)洞口的底層框架—抗震墻房屋的底層帶邊框抗震墻,應(yīng)在墻中設(shè)置豎縫使墻體分成兩個或三個高寬比大于 1.5的墻板單元。

一般大家多會采用在較長的抗震墻上開設(shè)洞口的方法來削弱抗震墻的剛度以增加抗震墻的數(shù)量(見圖4)。這當(dāng)然是一個很有效的辦法,但是必須特別注意,PMCAD目前的版本對帶洞口鋼筋混凝土抗震墻均按小洞口墻處理,即洞口影響系數(shù) α大于或等于 0.6或洞口高度大于或等于 0.8倍層高時應(yīng)將洞口兩側(cè)墻段按照獨立墻體輸入,否則就不滿足 PMCAD的計算假定而使計算結(jié)果失真。

除了在抗震墻上開設(shè)洞口的方法外,還可以采用在抗震墻上開設(shè)豎縫的辦法來削弱,縫將墻體分成兩個或數(shù)個高寬比小于 1.5的墻板單元(水平鋼筋在豎縫處斷開)。根據(jù)筆者的經(jīng)驗,這一方法快速有效,可大大減少調(diào)整抗震墻的工作量。

圖4 抗震墻開洞示意

5 其 他

雖然在 6.7度區(qū)總層數(shù)不超過 5層的底部框架房屋允許采用嵌砌在框架間的砌體抗震墻,但本次設(shè)計筆者并沒有采用,而是采用了鋼筋混凝土抗震墻。這是因為此類結(jié)構(gòu)房屋在使用期間往往監(jiān)管不到位,使業(yè)主(移民)可以任意將底層的砌體抗震墻作為填充墻拆除,使底層變?yōu)榧兛蚣芙Y(jié)構(gòu),對建筑的抗震設(shè)防極為不利,而此種案例并不鮮見。

6 結(jié)束語

底部框架房屋結(jié)構(gòu)是一種較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系,涉及規(guī)范條文較多,本文僅針對漢源新縣城底部框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計特點,對 PKPM軟件在應(yīng)用設(shè)計中所遇到的問題提出筆者的認識和建議,供參考。

[1]陳岱林,金新陽.張志宏.砌體結(jié)構(gòu) CAD原理及疑難問題解答[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[2]中華人民共和國建設(shè)部.GB50011-2001《建筑抗震設(shè)計規(guī)范 》[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[3]中華人民共和國建設(shè)部.GB50003-2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[4]蔡紅衛(wèi).淺析底部框架抗震墻磚房抗震設(shè)計[J].山西建筑,2006(6).