[PPT]復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析指南例說PMSAP第一部分

1、復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析指南例說PMSAP（第一部分）目錄1.斜板對主體結(jié)構(gòu)分析的影響2.普通樓板、斜板的整體式分析及設(shè)計(jì)3.箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)(轉(zhuǎn)換墻)4.人防頂板和外墻的整體分析設(shè)計(jì)1.斜板對主體結(jié)構(gòu)分析的影響斜板結(jié)構(gòu)分析斜板在斜屋面結(jié)構(gòu)、含斜板看臺(tái)的體育場館等多種結(jié)構(gòu)形式中都會(huì)遇到 它是常見、但在設(shè)計(jì)中又往往被忽視的重要構(gòu)件，忽視的原因是缺乏合適的分析、設(shè)計(jì)工具斜板結(jié)構(gòu)分析水平樓板在結(jié)構(gòu)上的作用 1） 對豎向抗側(cè)力構(gòu)件起到水平的約束和協(xié)同 作用，將柱和墻擰成一股繩，形成整體 的、從而也是有效的抗側(cè)力體系。尤其對 于抵抗整體扭轉(zhuǎn)，具有重要意義。 2） 樓面荷載在本層的分配和傳遞作用 斜板結(jié)構(gòu)分析剪

2、力墻在結(jié)構(gòu)上的作用 1）最重要的抗側(cè)力構(gòu)件 2） 在立面上傳遞和分配豎向荷載 斜板結(jié)構(gòu)分析斜板在受力及作用上，則具有雙重特征： 1）類似普通水平樓板，對抗側(cè)力構(gòu)件（柱和 墻）具有水平協(xié)同作用、并且也可以傳遞 和分配樓面荷載2）類似剪力墻，直接參與抗側(cè)力，可看作是 一種傾斜的剪力墻3）坡度越大，則墻的作用越顯著4）坡度越小，則水平樓板的作用越顯著斜板結(jié)構(gòu)分析 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)重視斜板的作用 實(shí)際上，斜板的面內(nèi)剛度具有很大的抗側(cè)力作用和對周邊構(gòu)件的協(xié)同作用，設(shè)計(jì)中必須予以考慮， 如果忽略，結(jié)構(gòu)的整體振動(dòng)特性及斜板周邊構(gòu)件的受力情況都可能失真。這是斜板與平板很大的不同之處。用PMSAP對同一斜屋面結(jié)構(gòu)

3、采用兩種模型作計(jì)算對比不考慮斜板的計(jì)算模型考慮斜板的計(jì)算模型考慮斜板時(shí)，PMSAP會(huì)自動(dòng)生成斜板的有限元網(wǎng)格：考慮斜板時(shí)某榀框架的梁端、柱端彎矩（正確）不考慮斜板時(shí)的梁端、柱端彎矩（錯(cuò)誤！）考慮斜板時(shí)梁的正確彎矩圖（俯視）不考慮斜板時(shí)梁的錯(cuò)誤彎矩圖（俯視）不考慮斜板造成的結(jié)構(gòu)自振周期、以及層間位移誤差項(xiàng)目考慮斜板不考慮 斜板誤差第一周期1.1551.1993.81 %第二周期1.0811.1849.53 %第三周期0.9120.9443.51 %X風(fēng)位移角1/22171/159538.99 %Y風(fēng)位移角1/19961/159625.06 %X地震位移角1/18401/161513.93 %Y地

4、震位移角1/17341/16872.78 %在PMSAP計(jì)算時(shí)，斜板可采用下列幾種計(jì)算方式（在“補(bǔ)充建模”中指定）：1）定義成彈性膜（忽略面外抗彎剛度，但可以完成摟面荷載倒算，此時(shí)程序主要考慮斜板的類剪力墻作用）2）定義成彈性板6（同時(shí)考慮面內(nèi)抗剪及面外抗彎剛度，并可給出斜板本身的配筋設(shè)計(jì)）3）如果用戶不做任何彈性板指定，PMSAP將自動(dòng)把斜板考慮為彈性膜。該處理使得用戶不做任何額外的工作，即可對斜板結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的分析和設(shè)計(jì)應(yīng)用PMSAP考慮斜板的方式2.普通樓板和斜板的 整體式有限元分析及配筋設(shè)計(jì)樓板的三種分析設(shè)計(jì)方式逐房間計(jì)算并配筋（PMCAD） 將結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)房間的樓板取出，看作一塊多

5、 邊形板，板的各條邊的邊界條件，都取為固支、簡支和自由三種理想狀態(tài)之一，然后計(jì)算板彎矩并配筋。 不能考慮同層房間之間的相互影響，理想的邊界條件與實(shí)際的彈性支座有明顯不同； 只考慮豎向恒、活荷載，不能考慮水平力的作用； 只考慮面外抗彎特性，不能考慮面內(nèi)的平面應(yīng)力及其對承載力的影響。樓板的三種分析設(shè)計(jì)方式逐層計(jì)算并配筋 (SLABCAD) 把結(jié)構(gòu)中的每個(gè)樓層單獨(dú)取出，把整個(gè)樓層的板作為計(jì)算模型，本層及上層的柱、墻作為板的彈性支座。 它可以考慮同層房間之間的相互影響；以相鄰樓層柱、墻作為彈性支座，相對于理想的三種邊界條件(固支、簡支和自由)，精度有所改善。 不易準(zhǔn)確考慮地震作用和風(fēng)荷載等水平力的影響

6、。 只考慮板的面外抗彎特性，難以準(zhǔn)確考慮板面內(nèi)的平面應(yīng)力及其對板承載力的影響。樓板的三種分析設(shè)計(jì)方式整體有限元分析并配筋 (PMSAP) 將樓板定義成彈性板，直接組裝到整體結(jié)構(gòu)中去。板的所有應(yīng)力和變形結(jié)果，均如同梁、柱、墻一樣，從整體分析中得到，并以此為基礎(chǔ)作配筋。 它不但可以考慮同層房間之間的相互影響，也可以考慮不同樓層之間的相互影響；基于整體結(jié)構(gòu)計(jì)算的彈性支座剛度，在有限元意義下是準(zhǔn)確的。 可以準(zhǔn)確考慮地震作用和風(fēng)荷載等水平力的影響。 既能考慮板的面外抗彎特性，又可以準(zhǔn)確考慮板面內(nèi)的平面應(yīng)力及其對板承載力的影響，對板可進(jìn)行偏心受拉設(shè)計(jì)。 何時(shí)需要對樓板采用有限元整體算法進(jìn)行分析和配筋設(shè)計(jì)總

7、原則：如果結(jié)構(gòu)的某些樓板（包括平板和斜板）中存在顯著的面內(nèi)應(yīng)力和變形，那么這些樓板就應(yīng)該采用整體有限元分析得到的內(nèi)力結(jié)果進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。通常，下列情況的樓板應(yīng)定義成彈性板做整體分析和設(shè)計(jì)： 應(yīng)做整體分析設(shè)計(jì)的樓板多塔樓之間連體部分的樓板以及與連體直接連接的兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)的樓板應(yīng)做整體分析設(shè)計(jì)的樓板懸挑結(jié)構(gòu)的樓板以及與懸挑結(jié)構(gòu)交接的主體結(jié)構(gòu)相應(yīng)部位的樓板。應(yīng)做整體分析設(shè)計(jì)的樓板平面開大洞樓層的樓板應(yīng)做整體分析設(shè)計(jì)的樓板平面有明顯的突出或者凹入的樓層的樓板應(yīng)做整體分析設(shè)計(jì)的樓板所有的斜板應(yīng)做整體分析設(shè)計(jì)的樓板大底盤多塔結(jié)構(gòu)的底盤頂層及相鄰樓層的樓板應(yīng)做整體分析設(shè)計(jì)的樓板板柱體系或板柱抗震墻體系中的樓板

8、應(yīng)整體分析設(shè)計(jì)的樓板箱式轉(zhuǎn)換層上下表面的樓板應(yīng)整體分析設(shè)計(jì)的樓板桁架轉(zhuǎn)換層上下表面的樓板應(yīng)做整體分析設(shè)計(jì)的樓板搭接塊轉(zhuǎn)換層的樓板用PMSAP做復(fù)雜樓板的配筋設(shè)計(jì)首先要在“補(bǔ)充建?！蹦K中，將需要整體有限元分析和配筋設(shè)計(jì)的樓板定義成彈性板六（不能定義成彈性板3或彈性膜）接著在PMSAP第三項(xiàng)菜單“參數(shù)補(bǔ)充及修改”中，指定板分析、設(shè)計(jì)的控制參數(shù)對板做整體分析設(shè)計(jì)時(shí)，板細(xì)分尺寸建議取為1米自動(dòng)計(jì)算完畢查看板的分析設(shè)計(jì)結(jié)果有關(guān)板的整體分析和設(shè)計(jì)結(jié)果，都在這個(gè)菜單里查看國家體育館：SPASCAD建模，PMSAP分析、設(shè)計(jì)國家體育館由北京院和城建設(shè)計(jì)院聯(lián)合設(shè)計(jì)；PMSAP作為主要設(shè)計(jì)程序，韓國的MIDAS

9、作為校核程序；PMSAP提供了結(jié)構(gòu)中梁、柱、剪力墻及所有樓板和看臺(tái) 斜板的配筋結(jié)果；工程實(shí)例：國家體育館國家體育館全貌：SPASCAD建模，PMSAP分析、設(shè)計(jì)國家體育館：PMSAP計(jì)算的扭轉(zhuǎn)振型國家體育館：PMSAP給出的梁、柱、剪力墻配筋簡圖國家體育館：PMSAP自動(dòng)生成的樓板、斜看臺(tái)板的有限元網(wǎng)格國家體育館：PMSAP輸出的樓板、斜看臺(tái)板的撓度云斑圖國家體育館：PMSAP輸出的樓板、斜看臺(tái)板的彎矩云斑圖國家體育館：PMSAP給出的樓板、斜看臺(tái)板的配筋簡圖樓板配筋圖局部（形心，邊界，cm2/m）配筋面積（cm2 /m）配筋走向(度)3.箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)(轉(zhuǎn)換墻)箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)方法

10、轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)按照大梁輸入 (SATWE,PMSAP） 按照桿系輸入并計(jì)算； 轉(zhuǎn)換大梁與上下層柱、墻之間的連接關(guān)系模擬地較粗略,計(jì)算誤差大； 不能考慮盒子效應(yīng)（上下表面的樓板看作轉(zhuǎn)換梁的上下翼緣而形成的工形截面）； 可直接按照轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行內(nèi)力調(diào)節(jié)、并給出配筋設(shè)計(jì)；箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)方法 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)按照剪力墻輸入（PMSAP） PMSAP中把“按照剪力墻輸入的水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件”稱作“轉(zhuǎn)換墻”。 PMSAP對轉(zhuǎn)換墻按照細(xì)分殼元作有限元分析，可以準(zhǔn)確模擬上下層之間的連接關(guān)系及盒子效應(yīng)。 不同于一般剪力墻（積分出頂?shù)捉孛鎯?nèi)力），轉(zhuǎn)換墻在內(nèi)力積分時(shí)，則直接積分出左右截面及中間各截面的“梁式內(nèi)力”，再按照轉(zhuǎn)換梁的規(guī)范

11、要求進(jìn)行內(nèi)力調(diào)節(jié)、最終給出配筋設(shè)計(jì)。箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)箱形轉(zhuǎn)換按梁輸入箱形轉(zhuǎn)換按墻輸入箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)箱形轉(zhuǎn)換按墻輸入箱形轉(zhuǎn)換按梁輸入兩種輸入模型幾何形態(tài)上無區(qū)別，但墻是二維單元，梁是一維單元，連接和傳力都有較大區(qū)別箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)按墻輸入并考慮彈性樓板后形成的“盒子”頂面和底面轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)按墻輸入時(shí)，PMSAP自動(dòng)生成的轉(zhuǎn)換墻和墻頂樓板的有限元網(wǎng)格轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)按墻輸入時(shí)，轉(zhuǎn)換墻和墻頂、墻底樓板的有限元網(wǎng)格箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)箱形轉(zhuǎn)換按墻輸入時(shí)，在這里查看配筋結(jié)果和控制內(nèi)力轉(zhuǎn)換墻配筋簡圖底部主筋B頂部主筋T和箍筋G（cm2）點(diǎn)開這個(gè)文本文件查看轉(zhuǎn)換墻的詳細(xì)控制內(nèi)力和設(shè)計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)換墻的梁

12、式彎矩包絡(luò)圖轉(zhuǎn)換墻剪力包絡(luò)圖箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì):兩種模型比較項(xiàng)目轉(zhuǎn)換墻轉(zhuǎn)換梁誤差第一周期1.7261.96013.56 %第二周期1.6471.7063.58 %第三周期1.5911.6403.08 %X風(fēng)位移角1/66431/64013.78 %Y風(fēng)位移角1/66641/513529.78 %X地震位移角1/18291/17922.06 %Y地震位移角1/17521/136728.16 %X地震力3.83%3.74%-2.35%Y地震力3.59%3.49%-2.79%左截面中截面右截面恒載彎矩墻-22601433-2314梁-40242411-355578%68%53%包絡(luò)彎矩墻-4318

13、2413-4977梁-61214613-661142%91%33%恒載剪力墻2632215-3480梁178436-3006-32%-83%-14%包絡(luò)剪力墻48029118755梁30798996862-36%-1%-22%箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì):兩種模型比較箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)：結(jié)論1 相對于桿系模型，轉(zhuǎn)換墻模型可以更準(zhǔn)確地分 析箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，理論上更為先進(jìn)。2 梁模型算得的層間位移偏大 30%，結(jié)構(gòu)偏柔。3 梁模型計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換梁剪力普遍偏小-36%， 轉(zhuǎn)換梁彎矩則普遍偏大78%，因而會(huì)出現(xiàn)主筋 過于保守而箍筋不足的現(xiàn)象，不排除抗剪問題隱患。4 具體設(shè)計(jì)時(shí)： 整體控制（位移、周期等）宜采用

14、轉(zhuǎn)換墻結(jié)果； 轉(zhuǎn)換構(gòu)件主筋設(shè)計(jì)可以取梁模型的結(jié)果； 轉(zhuǎn)換構(gòu)件箍筋設(shè)計(jì)則應(yīng)取轉(zhuǎn)換墻模型的結(jié)果；4.人防外墻和頂板的有限元整體分析和配筋設(shè)計(jì)人防外墻和頂板的設(shè)計(jì)簡化算法（SATWE）中間墻段計(jì)算模型1頂部墻段計(jì)算模型2程序取4倍墻高作為計(jì)算寬度，左右下三面嵌固，頂部取嵌固與簡支兩種邊條件，按照雙向板計(jì)算，取兩種模型計(jì)算彎矩的平均值作為設(shè)計(jì)彎矩，設(shè)計(jì)軸力取為重力荷載代表值產(chǎn)生的軸力。按模型1得到的面外彎矩按模型2得到的面外彎矩驗(yàn)算時(shí)采用的面外彎矩面內(nèi)墻長取4倍的墻高人防外墻和頂板的設(shè)計(jì)H4H簡化算法 (SATWE)三維有限元算法（PMSAP）人防外墻和頂板的設(shè)計(jì)PMSAP采用”同時(shí)考慮頂板和外墻的整

15、體計(jì)算模型”三維有限元算法 (PMSAP)人防外墻和頂板的設(shè)計(jì)PMSAP會(huì)自動(dòng)剖分頂板和外墻的有限元網(wǎng)格三維有限元算法(PMSAP)人防外墻和頂板的設(shè)計(jì)PMSAP:頂板和外墻的有限元網(wǎng)格圖的局部放大用PMSAP做人防外墻和頂板的設(shè)計(jì)首先在此處定義人防參數(shù)及水土壓力信息如何應(yīng)用PMSAP進(jìn)行人防外墻和頂板的整體有限元分析如需設(shè)計(jì)人防頂板，則要在PMSAP的補(bǔ)充建模菜單中交互定義人防板為彈性板6如何應(yīng)用PMSAP進(jìn)行人防外墻和頂板的整體有限元分析做墻的面外計(jì)算時(shí)（包括人防、水土壓力），應(yīng)選細(xì)分模型；墻側(cè)節(jié)點(diǎn)按照出口處理；細(xì)分尺寸不宜太大，建議取為1M如何應(yīng)用PMSAP進(jìn)行人防外墻和頂板的整體有限元

16、分析人防外墻和頂板的設(shè)計(jì)用PMSAP進(jìn)行人防外墻和頂板的整體 有限元分析和配筋設(shè)計(jì)總結(jié)：按照實(shí)際情況定義人防頂板為彈性板6定義人防等級(jí)、層數(shù)、荷載等信息以及水土壓力信息定義墻模型為細(xì)分模型，并選墻側(cè)節(jié)點(diǎn)做出口，同時(shí)指 定樓板與墻的細(xì)分尺寸（建議取為1M）做完了前面三步，PMSAP即可對人防頂板和地下室外墻 進(jìn)行全自動(dòng)的網(wǎng)格剖分，做準(zhǔn)確的有限元分析。5. 依據(jù)人防規(guī)范對人防層的梁、板、柱、墻給出配筋設(shè)計(jì)PMSAP程序中考慮人防組合及水土壓力組合：35 1.00*DL 0.50*LL 1.00*ADV36 1.20*DL 0.60*LL 1.00*ADV37 1.00*DL 0.50*LL 1.0

17、0*WSP 1.00*ADV 1.00*ADH38 1.20*DL 0.60*LL 1.20*WSP 1.00*ADV 1.00*ADH39 1.00*DL 0.50*LL 1.00*WSP1.20*DL 0.60*LL 1.20*WSPDL:恒荷載LL:活荷載 ADV:頂板人防荷載QE1ADH:外墻人防荷載QE2WSP:水土壓力荷載人防外墻和頂板的設(shè)計(jì)人防外墻和頂板的設(shè)計(jì)PMSAP人防荷載與水土壓力的作用方式PMSAP地下室構(gòu)件的人防設(shè)計(jì)技術(shù)條件(1) 材料動(dòng)力設(shè)計(jì)強(qiáng)度的調(diào)整 砼、鋼筋和鋼材的動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取靜荷載作用下 的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)rd，rd按 第4.6.3條和表4.6

18、.3取值。(2) 砼強(qiáng)度的修正 進(jìn)行鋼筋砼梁斜截面承載力驗(yàn)算時(shí)，考慮了砼強(qiáng)度等級(jí) 影響的修正（有關(guān)公式見4.6.7條）。 進(jìn)行梁、柱斜截面承載力驗(yàn)算時(shí)，砼的動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 乘以折減系數(shù)0.8（見4.6.8條）。 進(jìn)行墻、柱受壓構(gòu)件正截面承載力驗(yàn)算時(shí)，砼軸心抗壓 動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以折減系數(shù)0.8（見4.6.9條）。(3) 鋼筋砼構(gòu)件縱向鋼筋的最小配筋率 鋼筋砼構(gòu)件縱向鋼筋的配筋率最小值按4.7.7表取值 （見4.7.7條）。人防外墻和頂板的設(shè)計(jì)PMSAP整體有限元法給出的人防墻在側(cè)向人防荷載作用下的變形圖PMSAP整體有限元法給出的人防墻在側(cè)向人防荷載作用下的變形圖：局部在這個(gè)菜單查看人防墻的面外配筋人防外墻的配筋簡圖人防外墻的配筋簡圖：局部H4.1:Sw范圍內(nèi)的水平鋼筋雙側(cè)總面積4.1cm2V12: Sw范圍內(nèi)的豎向鋼筋雙側(cè)總面積12.0cm2人防外墻和頂板的設(shè)計(jì)在文本文件ADD_WREI.OUT中查看人防墻詳細(xì)的設(shè)計(jì)信息