结构整体计算计算分析需考虑的各种因素.ppt

结构计算分析 计算分析的重要性 主要作用 工程师的主要工具 增长结构概念的重要手段 方案阶段 方案对比 初步设计阶段 确定结构布置及主要构件尺寸 施工图阶段 确定构件配筋 计算分析的误差 清醒认识：计算的误差是不可避免的 只有更合理的结果，没有正确的结果 作用 计算模型 计算结果 恒载、活载 风、地震 温度 实际结构 效应 计算分析的要点 合理的单元模型 单元由软件开发商提供 选用合适的单元 合理的结构模型 考虑全面的荷载 有限元分析概述 有限元方法 结构分析的重要工具有限元方法 实体有限元，从弹性力学出发建立单元模型 杆系有限元，从结构力学出发建立单元模型 分析方法和思路相同 目前主要的结构分析程序 梁、柱、支撑采用的是梁单元 剪力墙 壳单元 薄壁杆单元 壁式框架 有限元方法 分析的核心节点 构件的连接关系通过节点 物理意义：传力途径 单元在节点上变形协调 通过节点传力 常见的复杂连接关系 框支结构 确保梁上有 节点传力 常见的复杂连接关系 结构分缝 常见的复杂连接关系 钢结构连接 交点刚接一杆通过，一杆铰接全铰接 交点不连接 正确确定计算参数 周期折减系数考虑非结构构件的影响 框架结构：0.60.7 框架剪力墙结构：0.70.8 剪力墙结构：0.91.0 正确确定计算参数 连梁刚度折减 6、7度时可取0.7 8、9度时可取0.5 风荷载作用下不应进行连梁刚度折减 跨高比较大的梁，折减系数不宜过大，控制裂 缝的发生和发展 正确确定计算参数 梁刚度增大系数考虑楼板对梁的约束 边梁1.5 中梁2.0 截面设计时楼板作用不考虑 正确确定计算参数 梁弯矩调幅 只对重力荷载进行调幅 悬臂梁不进行调幅 一般调幅系数 装配整体式结构0.70.8 现浇结构0.80.9 效应组合 无地震作用组合 效应组合 有地震作用组合 所考虑的组合 说 明 重力荷载及水平地震作 用 1.21.3 重力荷载及竖向地震作 用 1.21.3 9度抗震设计时 考虑；水平长悬 臂 和大跨结构8度、9度抗震设计时 考虑 重力荷载、水平地震及 竖向地震作用 1.21.30.59度抗震设计时 考虑；水平长悬 臂 和大跨结构8度、9度抗震设计时 考虑 1.20.51.3 重力荷载、水平地震作 用及风荷载 1.21.31.460m以上的高层建筑考虑 重力荷载、水平地震作 用、竖向地震作用及风 荷载 1.21.30.51.460m以上的高层建筑，9度抗震设 计时 考虑；水平长悬 臂和大跨结 构8度、9度抗震设计时 考虑 1.20.51.31.4 效应组合 地震与温度效应的组合 对超长结构需要考虑 极限温差按气象资料确定 外露结构要考虑日照引起的局部温度升高 与地震荷载组合时： 五棵松篮球馆 无地震组合15 地震组合0.515 国家体育场 无地震组合50 地震组合0.550 动力分析与静力分析 荷载的分类 荷载的大小和方向是否改变 静荷载 恒载 活载大小改变，但变化速度很小 动荷载 动荷载的处理方法 静力分析方法 动力荷载的动力系数 风荷载的风振系数 动力分析 动荷载 地震作用 时程分析 反应谱法 动力时程分析方法 动力方程 动力时程分析方法 阻尼阵的确定 动力时程分析方法 动力方程的求解 振型组合法 速度快 只适用于线性问题 直接积分法 速度慢 可用于非线性问题 动力时程分析方法 地震波的选取 两组实际地震波，一组人工波 单条波基底剪力达到反应谱法的65以上 平均基底剪力达到反应谱法的80以上 不宜人工放大过大的倍数，可放大略大于1的倍数以满足上述 要求 持续时间 12秒以上 结构基本周期的510倍 涵盖地震波的主要部分 动力时程分析方法 地震波的选取 峰值 三向地震输入 1:0.85:0.65 抗震设防烈度7度8度9度 （cm/s2）220（310）400（510）620 动力时程分析方法 时程分析结果的使用 计算结果 一般结构采用三条波的平均值 特别重要的复杂结构可采用包络值或平均值加一倍方差 总体信息判断结构薄弱部位 层位移 层间位移角 基底剪力 若大于反应谱法结果，应适当放大反应谱法的地震力 多点输入地震分析 地震动的空间变异性 非均一性效应 行波效应 衰减效应 局部场地效应 对于一般建筑 均匀场地：以行波效应为主 不均匀场地：同时考虑局部场地效应 多点输入地震分析 何时需要考虑多点地震输入 长度在600米以上 长度在200米以上且地质不连续 多点地震输入的分析方法 时程分析法 方法成熟 结果确定 需要进行多组地震波的分析 随机振动方法 考虑了地震的不确定性 仍未达到完全实用 反应谱方法 精度难以保证 时程法分析多点地震输入 在结构的基底输入不同的地震时程 直接输入地面加速度时程 采用大质量法输入力的时程 行波效应的分析 确定各点输入时程的方法 确定波的传播方向和速度 计算各输入点的相位差 确定波的振动方向 注意： 波的传播方向与振动方向是独立的 传播方向用于计算相位差 振动方向用于输入加速度 首都机场3号航站楼 水平双向多点输入时程地震反应分析 工程概况 BODYBODYSTEMSTEM 工程概况 地震波传播速度： 800m/s，500m/s，250m/s 地震加速度时程峰值： 700mm/s2; 水平双向：1:0.85 地震波的选择 El-Centro Court-House波 场地波 地震波传播方向及地震动输入方向 0、45、90、135、180 每个传播方向考虑两种地震动输入方向 计算参数确定 分析情况汇总共120种 扭转角度多、单点比较 设计建议 钢柱边、角柱位置定义 设计建议 钢柱影响系数 剪力800m/s500m/s250m/s平均 BODY普通柱1.001.001.001.00 边边柱1.101.191.491.26 角柱1.271.562.101.64 STEM普通柱1.001.001.001.00 边边柱1.001.001.101.03 角柱1.101.191.301.20 弯矩800m/s500m/s250m/s平均 BODY普通柱1.001.001.001.00 边边柱1.121.191.491.27 角柱1.341.622.251.73 STEM普通柱1.001.001.001.00 边边柱1.001.001.201.07 角柱1.121.191.301.20 线性分析与非线性分析 几何非线性分析 几何非线性分析 一般小变形问题 结构受力后，几何关系保持不变 大变形问题 几何关系发生了不可忽视的改变 索结构，只有通过大变形结构才成立 高柔结构， P-效应狠重要 高层建筑主要的几何非线性问题是P-效应 P-效应的计算方法 wiui wiui/hi wiui/hi i i-1 hi 1 2 3 i i-1 N ui wi P-效应的影响因素 侧向刚度 表2 计算结果 层 数 方案1顶点位移(mm)方案2顶点位移(mm) 不考虑考虑 误差 (%) 不考虑考虑 误差 (%) 205.905.981.449.179.341.85 3023.5524.343.3834.9436.544.59 4063.3267.346.3596.48103.867.65 50136.63151.1410.62208.87240.8315.3 P-效应的影响因素 侧向刚度 侧向刚度越小，影响越大 P-效应的影响因素 结构重量 表3 不同面荷载的顶点位移计算结果(mm) 层 数 面荷载（包括板自 重）6kN/m2 面荷载（包括板自 重）10kN/m2 不考 虑 考虑 误差 (%) 不考 虑 考虑 误差 (%) 205.905.961.005.905.981.44 3023.5524.112.3823.5524.343.38 4063.3266.154.4763.3267.346.35 50 136.6 3 146.7 3 7.39 136.6 3 151.1 4 10.62 P-效应的影响因素 结构重量 重量越大，影响越大 P-效应的影响因素 P-效应的影响与侧向力无关 与侧移限制不能混淆 对风和地震都狠小的地区尤其需要注意，否则 可能设计出过柔的结构 进入塑性后结构刚度下降， P-效应影响加大 规范规定计算P-效应影响时，弹性模量折减 材料非线性分析 材料非线性 非线性弹性 应力应变关系不是线性的，但卸载与加载相同 弹塑性 卸载与加载路径不同，有残余塑性变形 静力弹塑性分析(Push over) 一般过程 建立结构模型 指定塑性铰特性 指定加载模式 分析计算结果 注意 必须在静力分析的内力基础上进行横向加载 必须考虑P-效应 静力弹塑性分析(Push over) 常用塑性铰模型 根据截面分析确定塑性铰特性 静力弹塑性分析(Push over) 常用加载模式 倒三角荷载 均布荷载 振型组合荷载 不同模式，结果有差异不同模式，结果有差异 ，可取多种模式参考，可取多种模式参考 静力弹塑性分析(Push over) 结果分析 能力曲线 静力弹塑性分