多高層建筑結(jié)構(gòu)計算中的疑難問題及其處理辦法

1、多高層建筑結(jié)構(gòu)計算中的疑難問題多高層建筑結(jié)構(gòu)計算中的疑難問題及其處理辦法及其處理辦法 吳文勇吳文勇 焦焦 柯柯廣東省建筑設(shè)計研究院廣東省建筑設(shè)計研究院深圳市廣廈軟件有限公司深圳市廣廈軟件有限公司2007年年3月月一、主流結(jié)構(gòu)計算軟件的發(fā)展一、主流結(jié)構(gòu)計算軟件的發(fā)展發(fā)展歷史發(fā)展歷史構(gòu)件計算 平面桿系 通用分析與設(shè)計 空間薄壁桿系 墻元桿系 80年代初 計算機(jī)90年代末80年代末2007年 第一代微機(jī) 高性能微機(jī) 超性能微機(jī) BSCW和PK SS和TBSA SSW和SATWE GSSAP、PMSAP和ETABS2.2.新一代主流結(jié)構(gòu)計算應(yīng)具備的條件新一代主流結(jié)構(gòu)計算應(yīng)具備的條件1）分析通用性：具有

2、豐富的有限單元、荷載類型、快速而大規(guī)模的求解器；2）與結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的緊密結(jié)合：能達(dá)到設(shè)計規(guī)范要求的各種計算功能；3）友好的前后處理：平面、立面和三維建模，參數(shù)完全開放設(shè)置，施工圖自動生成；4）優(yōu)秀的技術(shù)服務(wù)：提供及時、周到和透徹的技術(shù)咨詢。3.3.國產(chǎn)通用分析與設(shè)計軟件繼續(xù)成為新一代主流計算國產(chǎn)通用分析與設(shè)計軟件繼續(xù)成為新一代主流計算1）GSSAP：開發(fā)目的是主流結(jié)構(gòu)計算2）PMSAP：開發(fā)目的是復(fù)雜結(jié)構(gòu)計算3）ETABS：國外引進(jìn)結(jié)構(gòu)計算軟件二、模型簡化二、模型簡化 1.1.為什么在各計算軟件中墻的計算結(jié)果不同為什么在各計算軟件中墻的計算結(jié)果不同1)采用殼單元的墻的基本計算方法：殼單元(有面

3、內(nèi)膜和面外板剛度)+子結(jié)構(gòu)+轉(zhuǎn)角罰約束(膜轉(zhuǎn)角不是真實(shí)轉(zhuǎn)角) xy212331GSSAP、SATWE和ETABS 2) 2) 計算結(jié)果不同的主要原因計算結(jié)果不同的主要原因a)殼單元形函數(shù)的影響；b)轉(zhuǎn)角罰約束的影響；c)單元剖分長度的影響；d)墻上下節(jié)點(diǎn)罰約束的影響。a)殼單元形函數(shù)的影響每層采用一個帶開洞的子結(jié)構(gòu)式墻單元 -4.05418.5404.41219.222SATWE-3.95916.7014.20017.138GSSAP-3.95616.1344.18816.548ETABSB點(diǎn)z向位移B點(diǎn)x向位移A點(diǎn)z向位移A點(diǎn)x向位移 兩片墻采用兩個子結(jié)構(gòu)式墻單元，洞口上部分采用梁單元。 A

4、點(diǎn)x向位移A點(diǎn)z向位移B點(diǎn)x向位移B點(diǎn)z向位移ETABS22.084.85021.614-4.640GSSAP19.394.26118.888-4.034SATWE20.054.60619.243-4.130b)轉(zhuǎn)角罰約束的影響xyGSSAP與殼結(jié)果最接近c(diǎn))單元剖分長度的影響 膜單元部分對剖分不敏感； 板單元部分剖分長度減小時，位移增大。建議： 單元尺寸/厚度 10，可取得較好計算精度； 豎向剖分長度 2m，可避免剪力墻平面外剛度太大。面內(nèi)不敏感，面外敏感。d)墻上下節(jié)點(diǎn)罰約束的影響500ECA30005003000FDG3000B1000kN5001000kNECA3000500FDB30

5、00G500500HI罰約束1罰約束220003.5103.3233.570B4.195(99%)3.851(90%)4.247A按罰約束2計算按罰約束1計算按節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)計算水平位移(mm)節(jié)點(diǎn)號500ECA30005003000FDG3000B500kN500kN500kN500ECA3000500500kNFDB3000G罰約束1罰約束2500500HI20000.6310.4730.641B0.631(99%)0.473(74%)0.641A按罰約束2計算按罰約束1計算按節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)計算豎向位移(mm)節(jié)點(diǎn)號罰約束與節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)相比，位移偏少，所以當(dāng)加罰約束時，節(jié)點(diǎn)間距離應(yīng)控制在0.5m之內(nèi)，否則

6、應(yīng)采用節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)的計算方法。節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)+約束GSSAP加入節(jié)點(diǎn)間罰約束使位移偏小。節(jié)點(diǎn)約束PMSAP產(chǎn)生很多厚度大于尺寸的小殼單元；上下節(jié)點(diǎn)剖分不對時,出現(xiàn)不協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)SATWE引起誤差的原因和控制方法處理辦法軟件名2.2.次梁在空間分析中的計算模型次梁在空間分析中的計算模型 1)次梁來源：建模輸入次梁和井字梁； 2)截面計算時次梁缺省的抗震等級為非抗震； 3)連續(xù)次梁的兩端所搭接梁抗扭過大 當(dāng)連續(xù)次梁的兩端搭接不是墻柱且為剛接時,梁端邊界條件自動設(shè)置為半剛，半剛系數(shù)為0.1，使連續(xù)次梁的兩端彎矩較小，被搭接梁抗扭驗(yàn)算不易超限。 次梁跨長6000、5000和3000mm，布置20kN/m

7、，3種計算方法結(jié)果比較(GSSAP剛接、GSSAP半剛和連續(xù)次梁鉸接)。剛接:-13.74半剛:-3.39鉸接:0.00連續(xù)梁兩端彎矩不同，其它截面接近。3.3.梁柱的梁柱的7 7種變截面形式計算種變截面形式計算 1)所有截面類型可沿截面高度方向變化；2)7種變化類型：等截面、線性變化、拱變化、圓弧變 化、半拱變化、支托和分段變化 ；3)直線桿和圓弧桿按20段細(xì)分計算各段剛度；4)按規(guī)范進(jìn)行截面計算時取變截面的尺寸計算。4.4.開洞梁的計算開洞梁的計算洞口大小對彎矩有影響。 當(dāng)梁側(cè)面開洞口影響梁的計算剛度時，在錄入系統(tǒng)中可輸入梁的側(cè)面洞口，并在梁的設(shè)計屬性中選擇計算單元為H向殼。 GSSAP計

8、算時會采用子結(jié)構(gòu)梁元來計算此梁的剛度，相應(yīng)的內(nèi)力按普通梁的格式輸出。5.5.樓板的計算模型樓板的計算模型1)程序在計算樓層側(cè)向剛度和樓層結(jié)構(gòu)位移時，按全樓平面內(nèi)無限剛計算，滿足規(guī)范對樓層位移的控制要求。 2)在總信息中，選擇是否“所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定”，來決定結(jié)構(gòu)自振周期和內(nèi)力計算模型； 當(dāng)選擇“實(shí)際”模型時，根據(jù)樓板的單元計算類型和節(jié)點(diǎn)周邊板的情況,程序自動形成實(shí)際模型來計算周期和內(nèi)力。樓板的單元計算類型分為： a)剛性板(普通板)（面內(nèi)無限剛，面外剛度為0）； b)膜單元(彈性板) （面內(nèi)彈性剛度，面外剛度0）； c)板單元(厚板轉(zhuǎn)換) （面內(nèi)無限剛，面外是彈性板剛度） d)殼單元

9、(無梁樓蓋) （面內(nèi)面外均為彈性剛度）。 BmaxB0.3BmaxBmaxB0.3BmaxBmaxB0.3BmaxB0.3BmaxBmaxBBb0.3AA=B*L選擇膜單元選擇膜單元 “實(shí)際模型實(shí)際模型”判據(jù)判據(jù)為：為： 當(dāng)結(jié)構(gòu)有采用剛性板或板單元的樓板時，根據(jù)樓板所采用的計算單元自動形成多塊平面內(nèi)無限剛的剛板(每層可達(dá)30000塊)，對于用戶指定為膜單元和殼單元等的不屬于剛板上的樓板或節(jié)點(diǎn),自動根據(jù)實(shí)際情況按彈性樓板或彈性節(jié)點(diǎn)計算。 進(jìn)入通用計算的樓板由主次梁和墻圍成，是實(shí)際的樓板，不是作大板簡化或只是簡化彈性剛度進(jìn)入空間分析。 彈性節(jié)點(diǎn)彈性節(jié)點(diǎn)3)考慮幾何不敏感性 (非矩形單元的計算精度是

10、否達(dá)到要求) 考題：懸臂梁端部作用彎矩或力，采用兩個膜元計算，當(dāng)網(wǎng)格扭曲系數(shù)=0，為兩個矩形膜元， 當(dāng)=1或2時，矩形膜元變成四邊形膜元，隨增大扭曲增大。0.950.930.980.97精確端點(diǎn)剪力荷載(端點(diǎn)位移標(biāo)準(zhǔn)化)端點(diǎn)彎矩荷載(端點(diǎn)位移標(biāo)準(zhǔn)化)網(wǎng)格扭曲系數(shù)GSSAP膜單元0.6880.6080.7060.6580.958精確端點(diǎn)剪力荷載（端點(diǎn)位移標(biāo)準(zhǔn)化）端點(diǎn)彎矩荷載（端點(diǎn)位移標(biāo)準(zhǔn)化）網(wǎng)格扭曲系數(shù)ETABS膜單元不同計算軟件膜單元的幾何不敏感性： qTqqqeKKKKK1其中： ddJBDBtkTqq1111ddJBDBtkT1111 ddJBDBtkTq1111在上式中B、B分別是與N、

11、N對應(yīng)的應(yīng)變矩陣；D為彈性常數(shù)矩陣；|J|是坐標(biāo)求導(dǎo)變換的jacobi行列式；t是單元厚度。4321NNNNNiviiiiNNNNN0000iiiN11410iiiiiiiviiiiiiiuaaaaNbbbbN111181111181232231232231iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiybybybaaa41341241141414132141,41,4141,41,414321432100000000FFFFFFFFN224232222111,31,31,34FFFF采用清華大學(xué)龍馭球院士的幾何不敏感膜單元，膜單剛： 增加了4個泡狀函數(shù)6.6.帶側(cè)約束地下室的剛度帶側(cè)約束地下室的剛

12、度1)有些軟件，用剛度放大模擬側(cè)向約束是沒有依據(jù)的，通常約束過大；2)GSSAP采用彈簧模擬側(cè)土約束，彈簧是根據(jù)側(cè)土基床系數(shù)來確定的；3)側(cè)土基床系數(shù)不同，對結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移和周期是有影響的。7.7.層間梁和斜柱層間梁和斜柱1)立面和三維輸入；2)自動節(jié)點(diǎn)剖分；3) 按彈性節(jié)點(diǎn)計算；4) 桿件的端部約束可指定。 8.8.自由度自由度( (桿端和支座桿端和支座) )的釋放和約束的釋放和約束 1)1)梁兩端鉸接；梁兩端鉸接；2)2)單樁基礎(chǔ)上柱下端鉸接；單樁基礎(chǔ)上柱下端鉸接；3)3)地下室嵌固；地下室嵌固； 4)4)不等高嵌固；不等高嵌固；5)5)考慮沉降不均勻計算。考慮沉降不均勻計算。1)1)梁兩端

13、鉸接；梁兩端鉸接；梁的設(shè)計屬性中梁的局部坐標(biāo)系 2)2)單樁基礎(chǔ)上柱下端鉸接；單樁基礎(chǔ)上柱下端鉸接；柱的設(shè)計屬性中柱的局部坐標(biāo)系 3)3)地下室完全嵌固；地下室完全嵌固； a)節(jié)點(diǎn)約束為全局坐標(biāo)下的約束。 b)當(dāng)用基床系數(shù)的側(cè)約束模型無法達(dá)到地下室完全嵌固的目的時，可按下面方法：柱的設(shè)計屬性中4)4)不等高嵌固；不等高嵌固；a)在總體信息中按實(shí)際模型計算；b)某一結(jié)構(gòu)層部分平面不等高嵌固時，在其上一結(jié)構(gòu)層中設(shè)置墻柱下端節(jié)點(diǎn)約束。 柱的設(shè)計屬性中5)5)考慮沉降不均勻計算考慮沉降不均勻計算 指定墻柱下端嵌固節(jié)點(diǎn)的位移，該約束只影響重力恒荷載工況的計算。內(nèi)力計算后再與其它工況組合，用于考慮不均勻沉

14、降對結(jié)構(gòu)的影響 。柱的設(shè)計屬性中9.9.磚墻在空間分析中的計算磚墻在空間分析中的計算 1) 1)可計算的磚混結(jié)構(gòu)：可計算的磚混結(jié)構(gòu)：下圖上4層純磚混而底下2層磚砼混合結(jié)構(gòu)，2層磚砼混合結(jié)構(gòu)可進(jìn)入GSSAP計算，磚砼混合結(jié)構(gòu)可以為底框、內(nèi)框、外框和邊框等結(jié)構(gòu)。純磚混結(jié)構(gòu)三維顯示2) 2) 計算過程計算過程: : a、3-6層純磚混層逐層導(dǎo)荷到混合結(jié)構(gòu)頂層2；b、所有層中的磚墻按純磚混結(jié)構(gòu)進(jìn)行磚墻的抗剪和抗壓驗(yàn)算； c、1-2層混合層中的磚墻計算模型為開洞墻元，GSSAP來計算混合層。3)GSSAP3)GSSAP和和SSSS計算磚砼混合結(jié)構(gòu)的區(qū)別計算磚砼混合結(jié)構(gòu)的區(qū)別 目前廣廈軟件中GSSAP和S

15、S都可計算磚砼混合結(jié)構(gòu)，SS為薄臂桿系計算，不能計算復(fù)雜的框支情況，磚砼混合結(jié)構(gòu)中常常發(fā)生復(fù)雜的框支情況，只能采用GSSAP。10.10.單元自動剖分單元自動剖分 單元自動剖分是準(zhǔn)確計算的重要一環(huán)，所有建筑結(jié)構(gòu)通用計算中少不了如下4種自動剖分方法。 1）線單元剖分； 2）墻和梁帶洞口的矩形單元剖分； 3）板采用膜元的多邊形三角剖分； 4）板采用板殼元的凸凹多邊形剖分。 1 1）線單元剖分：）線單元剖分：變截面、相鄰彈性板、中間有其它構(gòu)件搭接點(diǎn)；2 2）墻和梁帶洞口的矩形單元剖分）墻和梁帶洞口的矩形單元剖分3 3）板采用膜元的多邊形三角剖分）板采用膜元的多邊形三角剖分4 4）板采用板殼元的凸凹多

16、邊形剖分）板采用板殼元的凸凹多邊形剖分 可自動剖分二維任意凸凹多邊形，多邊形內(nèi)可包含多邊形洞口、剖分點(diǎn)和剖分線。單元不出現(xiàn)畸形，不需要人工干預(yù)。 基礎(chǔ)CAD中的凸凹多邊形剖分。三、荷載與作用三、荷載與作用 1.1.通用分析中荷載的完整輸入（可組成通用分析中荷載的完整輸入（可組成10001000多種荷載）多種荷載）1)4個數(shù)據(jù)：類型、工況、方向和大?。?)類型指的是它的形式如均布和分布等；3)11類工況為：重力恒、重力活、水壓力、土壓力、預(yù)應(yīng)力、雪、升溫、降溫、人防、施工和風(fēng)荷載；4)6個荷載作用方向：局部坐標(biāo)的1、2、3軸和總體坐標(biāo)的X、Y、Z軸；5)可以在墻柱梁板上人工布置荷載。類型方向工況

17、大小2.2.恒活荷載分重力類和非重力類恒活荷載分重力類和非重力類 施工荷載施工荷載人防等效靜力荷載人防荷載偶然偏心地震作用：可考慮8個方向（工況）地震作用：可考慮8個方向（工況）地震作用溫度:升溫和降溫風(fēng)荷載：可考慮8個方向雪荷載，計入質(zhì)量吊車荷載，硬鉤吊車可計入質(zhì)量重力活載：規(guī)范定義的樓面活荷載，計入質(zhì)量可變荷載非重力類恒載：土側(cè)壓力、水側(cè)壓力、水浮力和預(yù)應(yīng)力荷載等不計入質(zhì)量的恒荷載重力類恒荷載：結(jié)構(gòu)自重、裝修等計入質(zhì)量的恒荷載恒荷載荷載工況工況類型3.3.溫度荷載的計算溫度荷載的計算 墻柱梁板支持溫度應(yīng)力分析:1）包含升溫和降溫兩工況；2）可布置均勻升降溫和溫度梯度荷載；3）可直接布置力和

18、彎矩來等效溫度荷載；4）采用應(yīng)力松弛系數(shù)來考慮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的徐變，實(shí)際溫差乘以應(yīng)力松弛系數(shù)作為計算溫差，應(yīng)力松弛系數(shù)根據(jù)溫差變化過程的緩慢程度不同可取0.3-0.5，溫差變化過程快時應(yīng)力松弛數(shù)大，反之則??；5)參與可變荷載內(nèi)力組合。均勻升降溫荷載類型和溫度梯度荷載類型升溫工況降溫工況4.4.地下室的人防設(shè)計地下室的人防設(shè)計 可以進(jìn)行各種復(fù)雜的地下室人防計算:1)多層人防的計算；2)結(jié)構(gòu)局部人防的計算；3)多個人防單元的計算；4)沒有直接布置人防荷載的墻柱梁板的人防計算。計算過程： 1)選擇人防荷載工況輸入墻柱梁板的人防荷載； 2)布置荷載時可查看墻柱梁板的局部坐標(biāo)； 3)如何控制地下室哪些構(gòu)

19、件要考慮人防設(shè)計? a)在設(shè)計屬性中可設(shè)置墻柱梁板考慮人防設(shè)計； b)沒有直接布置人防荷載的墻柱梁板可考慮人防設(shè)計； c)有人防荷載GSSAP自動考慮人防設(shè)計。 4)三維線彈性有限元分析； 5)人防作用效應(yīng)組合； 6)人防構(gòu)件截面計算； 7)在圖形方式查看結(jié)果中可顯示墻豎向分布鋼筋。墻的設(shè)計屬性5.5.施工荷載作用施工荷載作用 1)高層建筑結(jié)構(gòu)首層樓面宜考慮施工荷載，不宜小于10kN/m2；2)單獨(dú)作為一個工況輸入；3)墻柱梁板內(nèi)力組合： 1.0恒+1.0施工荷載 G恒+1.0施工荷載6.6.風(fēng)荷載作用風(fēng)荷載作用 1)1)迎風(fēng)面計算迎風(fēng)面計算 根據(jù)風(fēng)荷載作用方向，將建筑外輪廓投影到垂直風(fēng)荷載作

20、用方向的平面，每一樓層的層高乘以樓層投影寬度就是迎風(fēng)面積。這里注意，當(dāng)樓層由多個剛性隔板組成時（互不連通）應(yīng)分別計算每個剛板的投影寬度，否則風(fēng)荷載會漏掉。 目前風(fēng)荷載的問題最多平面圖2)2)層風(fēng)荷載的分配層風(fēng)荷載的分配 每個節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載根據(jù)迎風(fēng)面積分配，比其它計算軟件作用于質(zhì)心的方法更合理，兩者頂點(diǎn)位移誤差最大可達(dá)20%。 平面圖3)3)多方向的風(fēng)荷載計算多方向的風(fēng)荷載計算 有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15時，在風(fēng)荷載計算時也應(yīng)分別計算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平力作用。 最多可輸入8個風(fēng)荷載方向，每個風(fēng)荷載方向作為一個獨(dú)立的工況參與內(nèi)力組合。 如0、90、180、2700和180分為兩個工

21、況?？梢?度有風(fēng)荷載作用而180度沒有。風(fēng)荷載方向輸入4)4)不同方向的風(fēng)的基本風(fēng)壓、體型系數(shù)和自振周期不同不同方向的風(fēng)的基本風(fēng)壓、體型系數(shù)和自振周期不同 自振周期見計算結(jié)果文本輸出周期和地震作用中2.平動系數(shù)和扭轉(zhuǎn)系數(shù)折減前振動周期乘周期折減系數(shù)振型方向角5)5)樓頂附屬物的風(fēng)荷載計算樓頂附屬物的風(fēng)荷載計算1)梁柱梁柱上可輸入每個風(fēng)作用方向的體型系數(shù)和迎風(fēng)寬度，墻板墻板可輸入每個風(fēng)方向的體型系數(shù)和迎風(fēng)面積；2)基本風(fēng)壓、風(fēng)壓高度變化系數(shù)和距地Z高度處風(fēng)振系數(shù)按構(gòu)件所在的層自動計算；1)可同普通的靜力荷載輸入，只是工況要選擇風(fēng)荷載工況；2)按層導(dǎo)的風(fēng)荷載和用戶在構(gòu)件布置的風(fēng)荷載互相疊加。6)6

22、)側(cè)風(fēng)荷載計算側(cè)風(fēng)荷載計算7.7.地震作用地震作用 1)1)多個地震方向計算多個地震方向計算 a)最多可設(shè)置8個地震方向；b)每個方向可考慮偶然質(zhì)量偏心；c)每個方向可考慮雙向地震的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；d)每個方向進(jìn)行剛度比和剪重比等驗(yàn)算并進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)力調(diào)整。2 2）提供）提供3 3種固有頻率求解方法種固有頻率求解方法 3 3種固有頻率求解方法的精度和速度：種固有頻率求解方法的精度和速度： 子空間迭代法計算精度高，但速度稍慢。對于小型結(jié)構(gòu)，當(dāng)計算振型較多、或需計算全部結(jié)構(gòu)振型時，宜選擇該方法。對于普通結(jié)構(gòu)計算，建議采用該方法計算。 蘭索斯(Lanczos)方法速度快，精度稍低。對于一般的結(jié)構(gòu)計算，只需求

23、解結(jié)構(gòu)的前幾十個振型，需計算振型數(shù)遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)的總自由度數(shù)和質(zhì)點(diǎn)數(shù)，蘭索斯方法的計算結(jié)果與子空間迭代法計算結(jié)果基本相同。 李茲向量(Ritz)直接法的速度、精度介于前兩者之間。 在一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，三種計算方法的計算精度都能滿足設(shè)計要求，對于特殊結(jié)構(gòu)當(dāng)采用一種方法求解不收斂或不能求解固有頻率時，可換另一種方法求解。實(shí)際模型計算、高低階頻率和通用計算8.8.吊車荷載的計算吊車荷載的計算 1) 1) 吊車參數(shù)吊車參數(shù) 2)2)布置吊車軌道布置吊車軌道吊車軌道3) 3) 吊車軌道的任意布置吊車軌道的任意布置 a) 每條軌道的兩端點(diǎn)可不在同一高度； b) 單條軌道吊車（另一條軌道不與柱梁3維相交）； c

24、) 兩軌道可不在同一高度； d) 兩軌道可不平行。 4) 4) 荷載作用點(diǎn)荷載作用點(diǎn) a)與柱自動空間3維求交； b)與梁自動空間3維求交。5) 5) 每個作用點(diǎn)產(chǎn)生每個作用點(diǎn)產(chǎn)生4 4個荷載工況個荷載工況6) 6) 進(jìn)行荷載的予組合和基本組合進(jìn)行荷載的予組合和基本組合7) 7) 最多最多1010部吊車部吊車四、有關(guān)計算的原則四、有關(guān)計算的原則 1.1.模擬施工和后澆計算模擬施工和后澆計算1)準(zhǔn)確的模擬施工計算 :其中ninnnniii122211,層號n 程序?qū)τ谀M施工的求解方法，不采用任何近似的方法，而是真正按施工過程的狀態(tài)進(jìn)行模擬計算，是荷載和剛度兩者都在不斷變化中的求解，結(jié)果合理。2

25、)后澆構(gòu)件的計算 在框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于核心筒剪力墻與周圍柱豎向變形差異大，與兩者連接的梁在計算上往往承載力不夠，設(shè)計上可考慮后澆施工。可設(shè)置墻、柱、梁、板的模擬施工號實(shí)現(xiàn)后澆施工計算。2.2.關(guān)于活荷載計算關(guān)于活荷載計算 1)考慮活荷載不利布置考慮活荷載不利布置 按連續(xù)梁排序考慮11種布置情況（考慮求解速度和足夠多的不利布置情況），第1跨和第11跨活載同時布置。足夠多的布置工況徹底解決井字結(jié)構(gòu)活荷載不利布置問題。2)考慮墻柱基礎(chǔ)活荷載折減考慮墻柱基礎(chǔ)活荷載折減 處理方法：a)在總體信息中可選擇按表4.1.2 規(guī)定折減。荷載規(guī)范4.1.2中設(shè)計墻、柱和基礎(chǔ)時的折減系數(shù)：1)第1(1)項應(yīng)按表4

26、.1.2 規(guī)定采用；2)第1(2)7 項應(yīng)采用與其樓面梁相同的折減系數(shù)；3)第8項對單向板樓蓋應(yīng)取0.5；對雙向板樓蓋和無梁樓蓋應(yīng)取0.8 ； 4 )第912 項應(yīng)采用與所屬房屋類別相同的折減系數(shù)。b)其他房屋類別時，每根墻柱的設(shè)計屬性中可設(shè)置活荷載分項系數(shù)，缺省隨總體信息1.4，如墻柱活載折減為0.9，則可設(shè)置此墻柱活荷載分項系數(shù)=1.4*0.9=1.26，通過荷載組合考慮墻柱活荷載折減。柱的設(shè)計屬性3)考慮梁活荷載折減考慮梁活荷載折減 荷載規(guī)范4.1.2中設(shè)計樓面梁時的折減系數(shù)：1)第1(1)項當(dāng)樓面梁從屬面積超過25 時，應(yīng)取0.9；2)第1(2)7 項當(dāng)樓面梁從屬面積超過50 時應(yīng)取0

27、.9；3)第8 項對單向板樓蓋的次梁和槽形板的縱肋應(yīng)取0.8；對單向板樓蓋的主梁應(yīng)取0.6；對雙向板樓蓋的梁應(yīng)取0.8 。處理方法：每條梁的設(shè)計屬性中可設(shè)置活荷載分項系數(shù)，缺省隨總體信息1.4，如梁活載折減為0.9，則可設(shè)置此梁活荷載分項系數(shù)=1.4*0.9=1.26，通過荷載組合考慮梁活荷載折減 。梁的設(shè)計屬性4)4)工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計 荷載規(guī)范附錄C中，對不同的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)提供了不同的活載組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)，總體信息和構(gòu)件的屬性中可設(shè)置活荷載組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)滿足工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要。 柱和梁的設(shè)計屬性3.3.多塔錯層結(jié)構(gòu)計算多塔錯層結(jié)構(gòu)計算 1)準(zhǔn)確計算風(fēng)荷載；2)兩塔頂

28、可有不同的小樓；3)兩塔樓層可不等高；4)剛度比、周期比，剛重比和位移比等可按塔輸出；5)施工圖可按AB塔輸出。4.4.上部結(jié)構(gòu)與地下室聯(lián)合分析及地下室設(shè)計上部結(jié)構(gòu)與地下室聯(lián)合分析及地下室設(shè)計 1)基礎(chǔ)回填土對結(jié)構(gòu)的約束作用；2)地下室部分無風(fēng)荷載作用；3)結(jié)構(gòu)主體高度扣除了帶側(cè)約束地下室部分和小塔樓部分；4)內(nèi)力調(diào)整時帶側(cè)約束地下室的上一層為底層；5)剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)判定時，帶側(cè)約束地下室的上一層為首層；6)帶側(cè)約束地下室柱長度系數(shù)自動計算為1.0。5.5.連梁的計算和設(shè)計連梁的計算和設(shè)計 1)連梁自動判定條件：兩端為剪力墻，至少一端墻軸線方向與梁相同（程序判斷小于25度）且跨高比小于等于5

29、；2)被虛柱打斷的連梁能自動判定；3)超出自動判定的范圍時，請修改梁屬性中的設(shè)計類型，可指定連梁或去掉連梁指定；4)連梁的混凝土等級隨各層信息時，連梁隨墻的各層信息，連梁抗震等級隨總信息時，隨墻的總信息；5)當(dāng)考慮連梁剛度折減時，只在地震分析中考慮，不能在靜力和風(fēng)荷載分析中折減連梁剛度，靜力和風(fēng)荷作用下連梁是不能開裂和破壞的，所以地震分析與靜力或風(fēng)分析的剛度是不同的，若不考慮這一點(diǎn)，墻內(nèi)力計算結(jié)果偏小，框架結(jié)果偏大。 6.6.梁剛度增大梁剛度增大 1)不是連梁；2)梁高和寬小于800mm；3)相鄰板的計算單元類型剛性板或膜單元，不是殼單元、板單元或三維元；4)當(dāng)同總信息時，兩邊有板時，梁剛度乘

30、以總信息中的梁剛度增大系數(shù)，一邊有板時，梁剛度乘以（1.0+總信息中的梁剛度增大系數(shù)/2），兩邊無板時，梁剛度不放大;5)在梁的設(shè)計屬性中可設(shè)置梁剛度增大系數(shù)。 7.7.梁的計算長度梁的計算長度 梁的截面計算時跨高比計算中的梁長計算：1)當(dāng)梁被分成兩段時，應(yīng)按實(shí)際梁長計算跨高比；2)自動計算梁的計算長度：按梁重力恒載作用下的彎矩和所搭墻柱兩條件判斷計算長度。 8.8.柱的計算長度柱的計算長度 1）計算長度=柱長度*計算長度系數(shù)；2）程序會自動計算柱B邊和H邊柱長度，及計算長度系數(shù)，考慮單邊跨層柱情況；B邊長度=6000 ，H邊長度=3000 B邊長度系數(shù)=1.00， H邊長度系數(shù)=1.25二層

31、柱3的B邊跨層3）單向計算取各自方向的計算長度，雙向計算時按彎矩比例取值；4)可選擇按層或按梁柱約束剛度比計算長度系數(shù)（高層結(jié)構(gòu)中，柱剛度較大，按梁柱約束剛度比所求計算長度系數(shù)偏大）?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范7.3.11 當(dāng)水平荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值占總彎矩設(shè)計值的75%以上時，框架柱的計算長度l0可按下列兩個公式計算，并取其中的較小值：l0=1+0.15(u+l)H (7.3.11-1)l0=(2+0.2min)H (7.3.11-2)9.9.框支柱的自動判定框支柱的自動判定 1）自動判斷原則為直接托墻的柱；2）對于柱A托梁，梁再托柱B情況，程序判斷柱A不是框支柱；3）當(dāng)柱不直接頂著墻時在柱的設(shè)計屬

32、性中可人工設(shè)置框支柱。兩柱托墻兩柱托柱兩柱托墻10.10.框支柱的軸力放大框支柱的軸力放大 根據(jù)高規(guī)第4.9.2條和10.2.12條規(guī)定，特一，一，二級框支柱由地震作用產(chǎn)生的軸力應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.8、1.5、1.2，但計算軸壓比時可不考慮該增大系數(shù)。程序?qū)τ脩糁付ǖ目蛑е瓷鲜鲆?guī)定進(jìn)行了調(diào)整。最大軸力計算的軸壓比大于程序求的軸壓比有兩種原因：1）特一，一，二級框支柱；2）有地震組合的最大軸力小于無地震組合的最大軸力。11.11.落地框支墻內(nèi)力調(diào)整落地框支墻內(nèi)力調(diào)整 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程10.2.14墻彎矩調(diào)整系數(shù)取墻底部彎矩值1.25二取墻底部彎矩值1.5一取墻底部彎矩值1.59度一

33、取墻底部彎矩值1.8特一底部加強(qiáng)部位落地框支墻(轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu))部位抗震等級落地框支墻處理方法：1)在墻設(shè)計屬性中需設(shè)置框支墻；2)墻落在有側(cè)約束層上時，GSSAP可自動判斷墻的落地屬性，其它情況人工設(shè)置；3)取墻底部彎矩值，此點(diǎn)與其它調(diào)整不同。墻的設(shè)計屬性12.12.剪力墻底部加強(qiáng)部位的自動判定剪力墻底部加強(qiáng)部位的自動判定 1)樓層總高度的1/8和底部二層二者較大值，且不大于15m；2)有地下室時向下延伸地下一層；3)有大底盤裙房時，塔樓范圍外裙房部分按裙房總高度的1/8和底部二層二者較大值，且不大于15m，塔樓范圍內(nèi)裙房部分和高出裙房一層都為加強(qiáng)部位；4)底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其剪力墻底

34、部加強(qiáng)部位的高度取框支層加上框支層以上兩層的高度及墻肢總高度的1/8二者的較大值，若轉(zhuǎn)換層在塔樓上，判定的底部加強(qiáng)部位墻須在塔樓范圍內(nèi)，之外的還是非底部加強(qiáng)部位墻。底部二層大底盤裙房底部帶轉(zhuǎn)換層大底盤裙房帶轉(zhuǎn)換層墻總高度不準(zhǔn)確需人工設(shè)置的情況：1)非多塔結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)各部分高度不同2)墻未升到最高層 可以人工設(shè)置墻是否屬于約束邊緣墻和底部加強(qiáng)部位墻。墻的設(shè)計屬性13.13.一般墻和短墻的自動判定一般墻和短墻的自動判定 1)在總體信息中設(shè)置了短肢墻結(jié)構(gòu)才自動判定(短肢墻為主要受力構(gòu)件時內(nèi)力調(diào)整和構(gòu)造要求有不同規(guī)定)； 2)短肢剪力墻自動判據(jù)為剪力墻截面高度與厚度之比大于4、小于8時為短肢剪力墻； 3

35、)當(dāng)剪力墻截面厚度不小于層高的1/15，且不小于300mm，高度與厚度之比大于4時仍屬一般剪力墻； 例如:層高3000mm，厚300mm，肢長為1500mm，仍為一般剪力墻15003004) 人工設(shè)置的短肢墻，不管總體信息中是否設(shè)置了短肢墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)力調(diào)整和構(gòu)造要求時都起作用。 墻的設(shè)計屬性14.14.多個轉(zhuǎn)換層的計算多個轉(zhuǎn)換層的計算 1)在總體信息中可輸入多個轉(zhuǎn)換層對應(yīng)的結(jié)構(gòu)層號； 3)底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其剪力墻底部加強(qiáng)部位的高度取框支層加上框支層以上兩層的高度及墻肢總高度的1/8二者的較大值，若轉(zhuǎn)換層在塔樓上，判定的底部加強(qiáng)部位墻須在塔樓范圍內(nèi)，之外的還是非底部加強(qiáng)部位墻。 2)在

36、結(jié)構(gòu)信息中輸出多個轉(zhuǎn)換層的上下剛度比； 15.15.地下室和天面墻柱梁板的混凝土保護(hù)層厚度地下室和天面墻柱梁板的混凝土保護(hù)層厚度 1)在總體信息和墻柱梁板截面中可輸入混凝土保護(hù)層厚度； 2)影響截面設(shè)計和配筋的計算結(jié)果； c)子結(jié)構(gòu)梁單元計算開洞梁 a)子結(jié)構(gòu)墻單元計算剪力墻 b)子結(jié)構(gòu)板單元計算彈性板； 1)常用子結(jié)構(gòu)單元16.16.子結(jié)構(gòu)單元在建筑結(jié)構(gòu)中的使用子結(jié)構(gòu)單元在建筑結(jié)構(gòu)中的使用 2)建筑結(jié)構(gòu)計算離不開子結(jié)構(gòu)單元，GSSAP是一個支持多重子結(jié)構(gòu)的有限元系統(tǒng)，一個子結(jié)構(gòu)可由各類單元和子結(jié)構(gòu)組成，一個子結(jié)構(gòu)可包含各類單元和子結(jié)構(gòu)，組成一個多重子結(jié)構(gòu)有限元系統(tǒng)。3)使用原因： a)降低計

37、算規(guī)模； b)便于進(jìn)行規(guī)范要求的截面設(shè)計和配筋計算； 4)根據(jù)需要采用“通用子結(jié)構(gòu)單元”快速構(gòu)造新的子結(jié)構(gòu)單元|-CFemGenWall(通用墻單元)|-CFemPolyShell(多邊形殼單元)|-CFemBShellBeam(B向殼梁單元) CFemSubEle(通用子結(jié)構(gòu)單元)-|-CFemHShellBeam(H向殼梁單元)|-CFemBShellCol(B向殼柱單元)|-CFemHShellCol(H向殼柱單元)|-CFem3DSlab(三維板單元)重載內(nèi)力回代函數(shù)，其它處理由通用子結(jié)構(gòu)單元自動處理。17.17.剪力墻端（中）柱的計算和設(shè)計剪力墻端（中）柱的計算和設(shè)計 1)剪力墻和墻

38、端（中）柱可一起輸入，不需梁相連；2)計算中自動通過共用節(jié)點(diǎn)變形協(xié)調(diào)；3)當(dāng)端（中）柱的混凝土等級隨各層信息時，自動取墻的各層信息混凝土等級；4)當(dāng)抗震等級隨總信息時自動隨墻的總信息；5)若有墻的暗柱配筋，工程師應(yīng)根據(jù)墻暗柱配筋加柱的縱筋作為總的縱筋(Asb+Ash+As3)，也可如下考慮鋼筋共用：As1Asb和As2Ash只取Asb+Ash。18.18.多肢墻相交時鋼筋的共用多肢墻相交時鋼筋的共用1)不考慮共用時鋼筋偏大，并且暗柱布置不下；2)可按共用面積考慮鋼筋共用，用鋼量可降低20-30%；兩暗柱共用面積墻1暗柱墻2暗柱五、結(jié)構(gòu)的整體分析五、結(jié)構(gòu)的整體分析 1.1.結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的最佳計算

39、方法結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的最佳計算方法 1 1）計算方法）計算方法: : a)高規(guī)附錄E.0.1建議的方法剪切剛度 b)高規(guī)附錄E.0.2建議的方法剪彎剛度Ki=Fi/i c)抗震規(guī)范的3.4.2和3.4.3條文說明中建議的計算方法： Ki=Vi/ui 2 2）求解內(nèi)容）求解內(nèi)容: : a)每個地震方向 b)每層的側(cè)向剛度 c)轉(zhuǎn)換層上下部分側(cè)向剛度3)3)剪彎剛度求解方法剪彎剛度求解方法: :目前常用的抗震規(guī)范中的方法將外力作用在整個結(jié)構(gòu)上，通過求樓層位移再求層側(cè)向剛度時，無法扣除其下一層轉(zhuǎn)動對本層產(chǎn)生的無害位移，所以程序截取每一層作為一個單獨(dú)結(jié)構(gòu)（下端固定），作用外力求樓層位移再求側(cè)向剛度，這樣達(dá)

40、到了只用有害剪切位移求側(cè)向剛度的目的?？拐鹨?guī)范中的方法采用地震力作用整個結(jié)構(gòu)，在3種情況下不準(zhǔn)確：一是首層側(cè)剛；二是剛度突變處樓層；三是地震力突變處樓層（如頂層）。4)側(cè)剛輸出： 90(度)方向.層號 層側(cè)向剛度 本層/上層 最小比值 本層/上三層平均值 最小比值 地震剪力增大 1 122885408 102.29 0.70 29.04 0.80 1.00 2 1201373 0.42 0.70 1.15 3 2856511 0.33 0.70 1.15 4 8636594 1.002.2.按塔輸出平動系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)、振型方向按塔輸出平動系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)、振型方向 和最不利地震方向和最不利地震方

41、向 輸出： 塔3(結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)層 24- 4224- 42)平動系數(shù)和扭轉(zhuǎn)系數(shù). 振型號 周期(秒) 轉(zhuǎn)角(度) 平動系數(shù)(X+Y) 扭轉(zhuǎn)系數(shù) 1 2.005156 93.70 1.00(0.00+1.00) 0.00 2 1.960617 7.42 1.00(0.98+0.02) 0.00 3 1.809991 43.11 1.00(0.53+0.47) 0.00 4 1.667729 126.00 0.99(0.35+0.65) 0.01 5 1.544072 0.54 0.99(0.99+0.00) 0.01 6 1.304897 10.69 0.01(0.01+0.00) 0.99 -

42、扭轉(zhuǎn)第扭轉(zhuǎn)第1 1周期周期/ /平動第平動第1 1周期周期=1.304897/2.005156=65.08%=1.304897/2.005156=65.08% 本塔最不利地震方向本塔最不利地震方向=9.53=9.53度度3.3.每個地震方向進(jìn)行水平力效應(yīng)驗(yàn)算每個地震方向進(jìn)行水平力效應(yīng)驗(yàn)算 并計算相應(yīng)的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)并計算相應(yīng)的內(nèi)力調(diào)整系數(shù) 1)重力二階效應(yīng)；2)框架地震剪力0.2Vo調(diào)整；3)地震作用的剪重比； 4)傾覆力矩；5)罕遇地震作用下薄弱層驗(yàn)算 ；6)樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力比值； 7)動力時程分析和地震反應(yīng)譜分析結(jié)果比較。 樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力比值在截面計算后所求，不滿足要求

43、而剛度比又滿足要求時，須在計算前人工設(shè)置內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，除此之外，其它所求調(diào)整系數(shù)程序都自動處理。4.4.內(nèi)外力平衡驗(yàn)算內(nèi)外力平衡驗(yàn)算 1) 1) 重力恒載和重力活載軸力平衡驗(yàn)算重力恒載和重力活載軸力平衡驗(yàn)算 2) 2) 風(fēng)荷載作用下剪力平衡驗(yàn)算風(fēng)荷載作用下剪力平衡驗(yàn)算 3) 3) 地震作用下剪力平衡驗(yàn)算地震作用下剪力平衡驗(yàn)算1)重力恒載和重力活載軸力平衡驗(yàn)算 層號 恒載(kN) 恒載下軸力(kN) 活載(kN) 活載下軸力(kN) 1 3007.94 6057.55 399.17 788.01 2 1524.81 3049.61 194.42 388.84 3 1524.81 1524.81

44、194.42 194.42 - 合計: 6057.56 788.011層軸力 6057.55 788.012)風(fēng)荷載作用下剪力平衡驗(yàn)算 0.00度風(fēng)荷載方向. 層號 樓層風(fēng)荷載(kN) 樓層剪力(kN) 1 28.50 101.23 2 34.24 72.73 3 38.49 38.49 -合計: 101.23總剪力= 101.23 90.00度風(fēng)荷載方向. 層號 樓層風(fēng)荷載(kN) 樓層剪力(kN) 1 56.57 124.16 2 31.87 67.59 3 35.72 35.72 -合計: 124.16總剪力= 124.163)地震作用下剪力平衡驗(yàn)算 CQC內(nèi)力組合后不能保證剪力和地震力

45、絕對平衡,只能大致平衡 0.00度地震方向. 層號 樓層以上累計地震力(kN) 樓層剪力(kN) 1 702.36 736.60 2 597.08 645.29 3 372.34 405.93 - -約束層以上:總地震力= 702.36 總剪力= 736.60 90.00度地震方向. 層號 樓層以上累計地震力(kN) 樓層剪力(kN) 1 613.88 767.44 2 525.63 661.82 3 331.18 406.66 - -約束層以上:總地震力= 613.88 總剪力= 767.44隨結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)增大，隨結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)增大，總剪力逐漸大于總地震力總剪力逐漸大于總地震力六、在基礎(chǔ)六、在基礎(chǔ)CA

46、DCAD中采用通用計算中采用通用計算 功能強(qiáng)大的基礎(chǔ)CAD必須以通用計算程序?yàn)橛嬎闫脚_。 廣廈基礎(chǔ)CAD可完成15種基礎(chǔ)的設(shè)計：6種擴(kuò)展基礎(chǔ)、4種樁基礎(chǔ)、1種彈性地基梁和4種筏板基礎(chǔ)的設(shè)計。 比如建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范只提出了單柱下基礎(chǔ)內(nèi)力的簡化求解方法，如果墻和多墻柱的柱底力簡化為集中力，采用簡化方法來計算內(nèi)力，與準(zhǔn)確結(jié)果的誤差可能會達(dá)到50%，所以墻和多墻柱下基礎(chǔ)應(yīng)采用通用有限元計算。 除單柱擴(kuò)展基礎(chǔ)、單柱樁基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)外，其它12種基礎(chǔ)的內(nèi)力計算全部采用通用計算。 1.1.采用通用計算的基礎(chǔ)類型采用通用計算的基礎(chǔ)類型 除除3 3種基礎(chǔ)外其它采用通用計算種基礎(chǔ)外其它采用通用計算2.2.有關(guān)的計算單元有關(guān)的計算單元 每類基礎(chǔ)所采用的計算單元每類基礎(chǔ)所采用的計算單元: : 1、樁基礎(chǔ)：板單元和樁單元; 2、擴(kuò)展基礎(chǔ)：板單元、彈簧單元和普通梁單元; 3、條形基礎(chǔ)：彈性地基梁單元; 4、平板式筏板基礎(chǔ):板單元和彈簧單元; 5、梁板式筏板基礎(chǔ):板單元、普通梁單元和彈簧單元; 6、無梁樁筏