框架结构加基础短柱后底层计算长度的问题
jianzhuxiehui
2009年09月22日 01:09:19
来自于地基基础
只看楼主

由于底层层高较大,或者基础埋置深度较大,而室外地面以下加设基础,不过今天用SATWE计算后发现,如果模型中不加基础短柱,直接按嵌固在短柱顶面,则计算是正常的,底层中柱的计算长度两个方向为1.2/1.3左右(SATWE参数中按混规7.3.11-3计算柱长度,SATWE是06年的版本)。而加了短柱并在短柱顶面设置拉梁(模型中为短柱和框架梁,短柱尺寸为上层柱550*550总边长+400,即各边+200,短柱高1500),按地下室计算(土的各种约束刚度都试过)

由于底层层高较大,或者基础埋置深度较大,而室外地面以下加设基础,不过今天用SATWE计算后发现,如果模型中不加基础短柱,直接按嵌固在短柱顶面,则计算是正常的,底层中柱的计算长度两个方向为1.2/1.3左右(SATWE参数中按混规7.3.11-3计算柱长度,SATWE是06年的版本)。

而加了短柱并在短柱顶面设置拉梁(模型中为短柱和框架梁,短柱尺寸为上层柱550*550总边长+400,即各边+200,短柱高1500),按地下室计算(土的各种约束刚度都试过)

我的疑问就来了,按7.3.11,计算长度和柱上下节点交汇处柱梁线刚度比有密切关系,且按现在的模型,短柱部分越刚(柱越短截面越大),二层(不带短柱模型的一层)计算长度越大,当7.3.11中公式(1)大于(2)时,其计算长度大约为2.几。相反短柱部分越弱,则二层柱长度计算系数会越接近表7.3.2中的1.25/1.25

那么这样的情况到底该怎么考虑呢?我把短柱宽度只扩大到各边+50,其配筋反比扩大到各边+200大很多(实验过,如果指定长度系数相同的话,上述两种模型的计算差异不大,自动计算配筋差异较大的因素基本是柱计算长度的原因带来的),

虽然按剪切刚度、抗弯刚度,基本都大于上层10倍,感觉上可以作为嵌固端了,可是因为现行规范对框架结构的短柱基础都没有明确的说明,而按地基规范的长颈基础又是针对排架的,所以考虑把短柱层带入模型,看看具体情况。遇到这样的问题,各位高手请指教。
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nvslch
2009年09月22日 15:53:55
2楼
首先,楼主说的比较乱,应该1、2、3比较论述清晰些。
(先不考虑7.3.11-1和2)
情况1:柱以短柱为嵌固端,底层柱计算长度为1.0,有底层柱弯矩放大系数
情况2:刚短柱建入模型中,底层柱按中间层考虑,应是1.25,无底层柱弯矩放大
情况3:弱短柱,底层柱按中间层考虑,应是1.25,无底层柱弯矩放大
再说考虑水平荷载的二阶效应——7.3.11-1和2式
情况1:柱计算长度应大于1.0
情况2:柱的计算长度大于1.3, 可能此层会为薄弱层,有地震剪力放大1.15,配筋可能较大
情况3:柱的计算长度小于情况2,未必地震剪力放大,配筋比情况2小。

综上,有刚性短柱时,计算模型宜为嵌固。(一是一层和短柱层的抗侧刚度比较小,二是考虑土体的约束作用)
为了图省事,大部分人建模时有地梁层,但柱的配筋计算不准确。
应建立两个模型,一个是为了基础导荷和地下框架梁的配筋,另一个柱底既刚性短柱顶。
说完了,望指正!
~~~
昨晚回想,说错了,怪不得考试不好,呵呵!

[ 本帖最后由 nvslch 于 2009-9-23 08:38 编辑 ]
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jianzhuxiehui
2009年09月22日 19:08:34
3楼
1.短柱作为嵌固端的时候,当水平力引起的柱弯矩小于75%时,底层柱计算长度为1.0,有底层柱弯矩放大系数,按表7.3.2是对的

2.短柱作为嵌固端的时候,但是当水平力大于造成的柱弯矩大于75%时,要按7.3.11的(1)、(2)式取计算长度,这时的底层计算长度可能大于1,但不一定有薄弱层。

3.把短柱带入模型后,当水平力引起的柱弯矩小于75%时,按表7.3.2取是1.25

4.主要疑问是,短柱带入模型后,当水平力大于造成的柱弯矩大于75%时,需要按7.3.11的(1)、(2)式取计算长度,而实际上而根据公式的计算结果,在短柱(带短柱层设置的梁)刚度一定范围内却是越刚计算长度越接近2.1左右,与直观感觉不符,直观感觉是短柱越刚,越接近完全嵌固,柱的计算长度应该更接近1才对。

5.一般来说按短柱作为嵌固端计算上部分是比较通常的做法,不过我是想找点理论上的或者计算上的依据,上述的情况作为嵌固端与否,柱的陪筋差异是较大的,取什么样的结果作为陪筋,并且有理论上的支持,才是我最后想知道的。

[ 本帖最后由 jianzhuxiehui 于 2009-9-22 19:18 编辑 ]
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nvslch
2009年09月23日 09:25:52
4楼

这个结论也吓我一跳,似乎有理,但细想想有漏洞。
因为你的前提是水平荷载占75%,这个时候实际上“框架为有侧移的框架”柱的计算长度调整是为了针对实际存在的二阶效应,所以此时柱的计算长度大于1。

延伸一下话题,最近有位朋友计算个多层公建,顶层设不等高短柱,发现刚心偏向柱短一侧,刚心和质心严重错位,必然扭转。
按《抗规》3.4.2和3.4.3条,本建筑属规则建筑,但实际上从概念判读,上层的扭转,对下层构件不利。
同理,底层刚性短柱,按《抗规》条文属规则建筑,但刚心质心也可能错位,对上部柱的位移限制随部位不同应有区别,由此看来,底部柱的计算长度按照7.3.11-4及7.3.11-2式计算是比较合理的(考虑有限约束)。
但是,我觉得《抗规》应该对这种底层相对柔的情况予以内力放大。
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jianzhuxiehui
2009年09月23日 11:10:31
5楼
简单的说,我的意思是,当短柱层很刚的时候,作为嵌固和作为二层直观上应该各项计算结果差异不大。

比如,极端点,短柱400高,长宽各1000(相当与独立基础的一阶,实际上短柱宽度800-1000,高度1-2m在一般多层框架中是比较常见的,这里只是再极端一点),如果你作为短柱带入模型按一层计算,其结果肯定和按嵌固算相差较大。我想知道,这样的差异是怎么回事?
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nvslch
2009年09月23日 14:48:36
6楼
搞清这个问题我看首先从软件的编制原理入手:
软件是取7.3.11表中的中间层,还是取7.3.11-1等公式计算,或者二者取大值?
二是看水平力到底占多大比例?
三是看配筋是否仅靠长度系数控制?
软件不可能完全和规范一至,可以分段验证,取其计算长度和弯矩,配筋由手算复核;或者利用PK等建模复核。

楼主最失误的地方是让“7.3.11-1式的结果去符合表7.3.11-2",你在心里就有个该等于1或1.25的框子,不该这样套。我理解7.3.11条规范,2款和3款适用范围不同,2用于普通均匀框架,3用于水平力较大的跨度差较大框架。
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jianzhuxiehui
2009年09月23日 17:27:03
7楼
实际上,我想搞清楚的是,把这样刚度很大的短柱层带入计算是不是合理,是不是会因为公式的
适用范围而失真。那么有以下几种情况:
1.带入计算是合理的,而计算弯矩、配筋和作为嵌固端的算法差异过大,那么就是作为嵌固端这样的计算方法是有问题的。
2.带入计算是合理的,计算弯矩、配筋和作为嵌固端的算法结果相近差异较小,那么就是作为嵌固端这样的计算方法是可行的,而误差也在工程许可范围内。
3.就是带入计算因为公式的适用范围失真,那么就根本不需要这样带入计算,直接按嵌固也许可行。

而最终目的是想搞清楚做短柱层来实现降低底层计算刚度,从而满足规范要求的位移角的要求,上下层刚度比的要求是否可行,是否需要做补充计算。

目前对于这样的情况,规范没有明确,虽然有一定的工程应用,但我还是想验证一下。
我目前手上的这个工程为算例,却发现差异是较大的(主要是底层中柱),而其他部位的梁、柱配筋差异都较小,后来经过对比,最大的差异就在计算长度系数上,而其长度系数软件和按公式手算的结果都是相同的(分别按嵌固和带入短柱层)。所以才想向高手求教这个问题的。
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nvslch
2009年09月24日 10:44:59
8楼
软件是实现规范的工具,规范也是客观规律的人为总结,由力学概念判断对错是不会出错的。
所以我一般先怀疑软件,再看规范是否完善!

问题可以简单化
一方面,验证软件和规范
可以做个简单多层模型,不验算抗震,水平力自己施加大于75%。
1.不设短柱,手算7.3.11-1式,底层柱计算长度大于1,
2.设短柱,手算7.3.11-1式和刚才那个长度系数比较,

另一方面,验证混凝土和抗震规范
1.不设短柱,手算7.3.11-1式,底层柱计算长度大于1,应有底层内力放大后配筋
2.设短柱,手算7.3.11-1式和刚才那个长度系数比较,无底层内力放大后配筋

由一对比后看出,设短柱后柱长度系数应变大
由二对比后看出,设短柱后配筋可能和不设短柱相同。

我所说的未必正确,但很高兴和你讨论,思路开阔了许多!
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nvslch
2009年09月24日 10:48:05
9楼
综合看来,规范7.3.11-1,2式适用范围应在非底层。
待有空时用力学求解器算算,不算很难吧!
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tumu043
2009年09月28日 16:10:24
10楼
这个问题确实也是很苦恼啊 主要没有相关规定 大家都是自己摸索 学习了
但实际设计计算时大都采用一个是为了基础导荷和地下框架梁的配筋设地梁层,另一个不设地梁层看底层柱配筋如何,综合取最不利的。:handshake
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jianzhuxiehui
2009年10月13日 00:36:28
11楼
过完节了,我来顶 回来
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