2难点规模及优化设计

讲课大纲,两个新的计算模式力学有限元计算核心及超大工程计算及效果分析超筋超限及设计优化的若干应用及效果建模部分有特点的操作带有空间结构工程的应用特种结构应用（无梁楼盖、现浇空心板、筒仓水池、预应力、钢结构）施工图设计基础设计软件带来的全新应用接口,1,陈岱林简历,研究员，博士生导师，PKPM系列软件的创始人、长达20多年的领导人和总架构师历任中国建筑科学研究院结构所规范室副主任，PKPMCAD工程部主任，结构所副所长，软件所所长，建研科技股份有限公司副总裁，中国建筑科学研究院副总工程师，现为北京盈建科软件公司总经理。建设部专家委委员，曾任中国土木工程学会计算机应用委员会理事长，中国建筑学会建筑结构分会副理事长。1996年被评为国家级有突出贡献的中青年专家；2000年五一被评为全国先进工作者。,2,传统软件缺陷的很多方面,核心有限元计算（偏心刚域、计算容量、弹性约束等）空间复杂模型建模计算假定（导荷、刚性楼板、剪力墙配筋等）工业建筑（自定义荷载工况、筒仓水池、活荷载、无梁楼盖等）施工图及钢结构施工图基础设计平台及界面,3,两个新的计算模式,4,包络计算模式,包络设计在这里一般指的是构件配筋的包络设计，即构件配筋时需要在两个或者多种计算模型中取大值的设计,5,包络计算模式可综合考虑结构多种不利因素,对于多塔结构实现对合塔与分塔状况自动拆分、分别计算并结果选大少墙框架结构中框架部分的地震剪力取框架、框剪两种结构计算较大值考虑楼梯的计算：其整体内力分析的计算模型应考虑楼梯构件的影响，并宜与不计楼梯构件影响的计算模型进行比较，按最不利内力进行配筋；抗震性能设计：多遇地震计算和中震（或大震）弹性或中震（或大震）不屈服设计结果取大值设计；,6,包络设计多塔结构设计,高规5.1.14对多塔楼结构，宜按整体模型和各塔楼分开的模型分别计算，并采用较不利的结果进行结构设计。当塔楼的裙房结构超过两跨时，分塔楼模型宜至少附带两跨的裙房结构广高规11.6.3-4大底盘多塔结构，宜按整体模型和各塔楼分开的模型分别计算，整体建模主要计算多塔楼对大底盘部分的影响，分塔楼计算主要验算各塔楼扭转位移比,7,一键操作就实现的多塔自动划分的三维效果,完全的自动划分多塔，可自动处理复杂情况，极少的人工干预,自动划分多塔的效果,9,多塔结构的多塔自动划分过程,10,计算结果自动选大，但提供菜单查看各分塔分别单独计算的结果,对于多塔结构实现对合塔与分塔状况自动拆分、分别计算并结果选大,整体计算与分塔计算构件的配筋结果对比,结论：计算结果取的是整体与分塔的较大值。,12,点菜单“显示多塔取大构件”后，粉色加亮的构件是取自单塔计算结果的较大值，其余是合塔计算结果值较大,包络设计少墙框架结构中框架部分的地震剪力可自动取大,参数设置目的规范条文：抗震规范6.2.13-4设置少量抗震墙的框架结构，其框架部分的地震剪力值，宜采用框架结构模型和框架抗震墙结构模型二者计算结果的较大值。程序处理方法：自动实现按剪力墙刚度不折减的整体模型和按剪力墙刚度折减的模型分别计算，并对框架部分的地震剪力采用二种模型较不利的结果进行结构设计。,少墙框架结构中框架部分的地震剪力可自动取大,14,少墙框架结构中框架部分的地震剪力可自动取大,例题说明参数的高效性，结果与分别计算的一致性。5层混凝土框架结构,少墙框架结构中框架部分的地震剪力可自动取大,分别计算与整体计算对比结果,结论：软件按两种模型大者取值。,包络设计考虑楼梯和不考虑楼梯计算模型配筋自动取大,上海规范、甘肃规范要求用户在建模中输入楼梯按照考虑楼梯和不考虑楼梯模型分别计算，并对构件配筋取大,17,沪建建管【2012】16号关于本市建设工程钢筋混凝土结构楼梯间抗震设计的指导意见“其整体内力分析的计算模型应考虑楼梯构件的影响，并宜与不计楼梯构件影响的计算模型进行比较，按最不利内力进行配筋。,提供通用的包络设计工具和配筋对比工具,18,计算参数中包络设计的设置,软件找出两个工程中各个构件的对应关系并并取配筋较大值,19,建模中输入楼梯，二跑楼梯输入,20,是否考虑楼梯对计算结果影响,21,22,粉色加亮构件：不考虑楼梯模型与考虑楼梯模型比较的取大构件,23,柱配筋对比,24,将带楼梯模型转到Midas-Gen计算，周期几乎相同,配筋简图自动对比工具,25,软件找出两个工程中各个构件的对应关系并进行配筋值对比,26,钢筋差距查询：用不同颜色表示差距大小,27,钢筋差距查询：括号中同时显示对比工程配筋结果,包络设计常规地震计算和中震（或大震）弹性或中震（或大震）不屈服设计取大,用户根据高规3.11进行结构抗震性能设计时，需按照和中震（或大震）弹性设计或中震（或大震）不屈服设计计算分别进行计算：常规的多遇地震作用计算、中震（或大震）弹性设计或中震（或大震）不屈服设计计算配筋结果自动取2次计算包络值,28,如虽然中震不屈服计算取高值的地震影响系数，但荷载分项系数取1.0；与抗震等级有关的增大系数取为1.0；不考虑承载力抗震调整系数；钢筋和混凝土材料强度采用标准值，因此配筋结果不一定最不利。,29,计算参数中包络设计的设置,30,可以在前处理设置需要作包络配筋设计的楼层,31,可以在前处理对需要作包络配筋设计的构件个别指定,32,包络设计前查看与中震不屈服配筋差距,33,被指定的构件已经取用中震不屈服的配筋结果,连体结构,高规10.5.7-2刚性连接的连接体楼板较弱时，宜补充分塔楼计算模型分析分别计算：带连体的完整模型和不带连体的分塔模型，然后包络取大,34,35,带连体的完整模型和不带连体的分塔模型9层包络取大状况,36,可同时在多个模型间进行包络设计,37,多模型联合串行计算模式,不同计算内容采用不同计算模型的联合计算,38,多模型联合串行计算模式应对规范不同计算条件要求,整体指标可在强制刚性板假定下进行，一般的内力、位移、配筋设计计算需在非刚性板假定下完成；恒活风计算时剪力墙连梁刚度不折减，地震或者风荷载按照剪力墙连梁刚度折减模型计算；地震内力计算可采用连梁刚度折减模型，地震位移计算时可采用连梁刚度不折减模型；最不利地震方向由程序算出后，自动增加该方向地震作用工况计算；对层间受剪承载力突变形成的薄弱层由程序判断出后，自动按薄弱层做出放大调整,39,恒活、风、地震计算时剪力墙连梁刚度不同的折减系数,40,强刚模型与非强刚模型可集成计算,参数设置目的位移比、周期比刚性楼板假定内力、配筋楼板实际模型为设计人员提供明确信息，防止因误选导致得到错误的结果。,强刚模型与非强刚模型可集成计算,例题说明参数的高效性，结果与分别计算的一致性。例题：6层混凝土框架结构,42,强刚模型与非强刚模型可集成计算,分别计算与整体计算的对比,结论：程序会自动取不同假定的结果。,可对层间受剪承载力突变形成的薄弱层自动放大调整,规范条文：高规3.5.3A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%。,可对层间受剪承载力突变形成的薄弱层自动放大调整,位移计算时可采用连梁刚度不折减模型,参数设置目的规范条文：抗规第6.2.13的条文说明中提到，计算地震内力时，抗震墙连梁刚度可折减；计算位移时，连梁刚度可不折减。程序处理方法：给出“计算连梁刚度不折减模型下的地震位移”，由用户来控制位移计算时连梁刚度是否折减。,位移计算时可采用连梁刚度不折减模型,位移计算时可采用连梁刚度不折减模型,例题:22层剪力墙结构,位移明显减少,最不利地震方向的地震作用可自动计算,最不利地震方向的地震作用可自动计算,WZQ.OUT、WWNL*.OUT结果,力学有限元核心计算计算规模及64位求解器,52,引入国内一流的力学有限元的技术架构,在核心有限元计算方面，联合了专业领先的团队，通过盈建科软件，把国内最好的力学有限元技术推广到建筑行业改变以往单兵作战方式全面引进当前力学有限元领域大量可用的先进技术,53,解题规模和计算速度大大增加,采用了领先的快速求解器，使程序的解题规模大大增加，计算速度大幅提快，同时稳定性强。可以切实改变目前应用软件常出现的计算规模受限，计算常出错退出、且找不到原因的状况。42层框筒试用实例：YJK11分传统软件50分国外软件2小时,54,55,大规模单体建筑-深圳平安大厦，130层，47万自由度，计算时间:32位时60分，64位时30分,大规模多塔建筑-北京建外SOHO，全部弹性板，70万自由度，计算时间：32位时160分，64位时40分,自动识别64位操作系统并安装64位软件,安装YJK软件时，可自动识别64位操作系统，如果是自动安装YJK的64位核心计算程序；在32位操作系统下，软件解题规模是110万；在64位操作系统下，软件解题规模可达300万，并且计算速度提高至少1倍；传统软件解题规模仅20多万,56,解题规模大大增加,57,在WIN7-64位操作系统下，YJK的核心计算界面,58,92万自由度，计算105阵型，质量参与系数70%，计算时间:32位时240分，其中生成基础上部刚度90分，64位时90分,59,122万自由度，Ritz向量法，计算45阵型，质量参与系数93%，计算时间64位50分,广东高规11.6.4：大底盘多塔楼结构，宜按整体模型和各塔楼分开模型分别计算，整体建模主要计算多塔楼对大底盘部分的影响，。,60,12塔，114万自由度，Ritz向量法，60阵型，振型参与质量系数96.%，计算时间140分（64位75分）,结构设计人员应明了的若干有限元和力学模型方面的重要概念,解这些可以大大提高对结构设计软件的应用水平,61,进行整体结构的屈曲分析,62,屈曲荷载计算,结构失稳（屈曲）是指在外力作用下结构的平衡状态开始丧失，稍有扰动变形便迅速增大，最后使结构发生破坏数学上归结为广义特征值问题。YJK软件通过对特征值方程进行求解，来确定结构屈曲时的屈曲荷载和破坏形态。根据特征值和对应的特征值向量，用以确定屈曲荷载和对应的变形形态。每一组“特征值-特征向量”为结构的一个屈曲模式。特征值称为屈曲因子，它乘以r中的荷载就会引起结构屈曲，即为屈曲荷载,1=1.04,第一阶屈曲模态,新的钢结构设计规范GB50017-2013,新增第五章：结构分析与稳定性设计5.1.6条：。应根据公式计算的最大二阶效应系数来选定适当的结构分析方法，3个阶段：0.25公式5.1.6-2：一般结构的二阶效应系数可按整体结构最低阶弹性临界屈曲荷载与设计荷载的比值的倒数求得二阶效应系数即为屈曲因子的倒数。,64,可自动满足质量参与系数的要求,规范规定地震作用有效质量系数应达到90%以上勾选此项可自动达标，避免地震力计算不够的状况,66,112,60,132,90,36,大于150,63,87,质量系数自动达标计算所需的振型个数,广高规5.1.21,广高规5.1.21地震作用分析的计算振型数应使水平主轴方向的质量参与系数不小于90%。为充分考虑高振型的影响，对结构顶部的小塔楼、天线等相对于主体结构其质量较小的结构，应适当增加计算振型数，使该部分水平主轴方向的质量参与系数不小于85%。,67,提供Ritz向量法计算地震作用，用于地震作用不容易算够的情况,对于较大规模的多塔结构，如40万自由度以上且各塔独立性较强时，或大跨的体育场馆结构、平面规模较大的结构、竖向地震作用计算等，有时即使计算的振型个数非常多也不能达到足够的质量参与系数。YJK程序提供了Ritz向量法。该方法在Etabs软件也有提供。,提供Ritz向量法计算地震作用，用于地震作用不容易算够的情况,RITZ向量法考虑了荷载的空间分布，并且忽略了不参与动态响应的振型，从而可以获得原系统方程的部分近似特征解。与精确特征值算法相比，该方法使用计算不多的振型个数就可达到要求的质量参与系数。在使用传统算法计算大规模多塔、大跨、竖向地震遇到困难时，用户可以考虑选择Ritz向量法计算地震作用。,12塔，110万自由度，普通法最多算60振型，有效质量系数50%Ritz向量法算了39振型，有效质量系数90%,70,3塔，70万自由度，普通法最多算100振型，有效质量系数70%Ritz向量法算了30振型，有效质量系数90%,71,该上连体结构的竖向地震计算Ritz向量法算了30振型，有效质量系数92%,有地下室时的有效质量系数,72,SATWE计算振型个数21个38个有效质量系数：X方向:99.50%99.50%.00%Y方向:99.98%99.50%-0.48%基底剪力：X方向:16925.418165.47.33%Y方向:16970.219879.717.14%,YJK计算振型个数21个38个有效质量系数：X方向:77.39%90.69%17.19%Y方向:77.64%96.57%24.38%基底剪力：X方向:17253.518522.77.36%Y方向:17164.820043.616.77%,有地下室时的有效质量系数,73,计算振型个数21MidasYJK有效质量系数：X方向:76.31%77.39%1.41%Y方向:78.40%77.64%-0.97%基底剪力：X方向:16660.617253.53.56%Y方向:,Midas与YJK对比,偏心刚域、刚性连接的应用,处理杆件之间设置偏心后的连接；应用：构件偏心处理、短梁短墙归并、刚性楼板、刚性连接、墙墙不协调关系等通过多点约束机制实现。效果：减少计算单元数量，避免计算异常，提高计算的稳定性,高规5.3.2：楼面梁与竖向构件的偏心以及上下层竖向构件的偏心宜按实际情况记入结构的整体计算,上下柱、上下墙之间有偏心时红色短线为偏心刚域,刚性连接,转换梁托偏心墙时墙下与梁设置刚性连接,刚性连接,梁偏心,多节点柱内梁与柱间无论设置偏心或是刚性杆都按照刚性连接处理,对刚性杆转换为刚性连接，可避免采用刚性杆时所引入的数值计算误差，保证计算结果的合理性,刚性杆,梁偏心,梁和梁之间的错层使用刚性连接,78,79,以前的处理方法,80,81,梁与弹性板连接时可按梁中心和板中心间距设置偏心刚域,梁与弹性板连接时可按梁中心和板中心间距设置偏心刚域,82,83,考虑梁向下偏移支座负筋减少38%-48%,200多短梁提示,刚性连接,对以前数检中提示最多的短梁用刚性连接替代,对短梁用刚性连接替代得到了更理想的计算结果,85,1000多短梁提示,偏心刚域、刚性连接,好处是：减少计算单元数量，避免计算异常，提高计算的稳定性,86,局部振动识别和提示,局部振动经常是由于结构模型不合理、有缺陷而造成的。YJK软件应用能量集中程度识别的原则，在计算中可以对结构中可能存在局部振动情况的振型与楼层做出判断当程序查出局部振动现象时，将在计算完成后马上在屏幕上给出提示框，告知用户局部振动发生的位置、层号以及局部振动的振型号以供参考双击某项局部振动则即时显示局部振动的位移动画，形象地告知局部振动发生的位置。,87,88,程序查出局部振动现象时，将在计算完成后在屏幕上给出提示框，以振型动画告知用户局部振动发生的位置，从而可查到大量结构的缺陷和错误,89,程序查出局部振动现象时，将在计算完成后在屏幕上给出提示框，以振型动画告知用户局部振动发生的位置，从而可查到大量结构的缺陷和错误,90,造成局部振动的常见问题,91,可选择楼板荷载不导荷到梁，而采用有限元计算传导，既可减少梁的受力（部分荷载直接传到柱上），又可直接给出弹性楼板配筋,弹性楼板的整体有限元分析和配筋,弹性楼板导荷方式,平面导荷方式就是以前的处理方式，作用在各房间楼板上恒活面荷载被导算到了房间周边的梁或者墙上，在上部结构的考虑弹性板的计算中，弹性板上已经没有作用竖向荷载，起作用的仅是弹性板的面内刚度和面外刚度，这样的工作方式不符合楼板实际的工作状况，因此也得不出弹性楼板本身的配筋计算结果。有限元方式是在上部结构计算时，恒活面荷载直接作用在弹性楼板上，不被导算到周边的梁墙上，板上的荷载是通过板的有限元计算才能导算到周边杆件。有限元方式常用于无梁楼盖、厚板转换层、楼板较厚等情况,92,板有限元导荷方式计算结果的变化,既使弹性板参与了恒活竖向荷载计算，又参与了风、地震等水平荷载的计算，计算结果可以直接得出弹性板本身的配筋。平面导荷方式传给周边梁墙的荷载只有竖向荷载，没有弯矩，而有限元计算方式传给梁墙的不仅有竖向荷载，还有墙的面外弯矩和梁的扭矩，对于边梁或边墙这种弯矩和扭矩常是不应忽略的；,93,某工程7层地下室都是无梁楼盖，分别按传统导荷方式和有限元计算方式计算并对比,94,配筋简图对比查看：弹性板上荷载按有限元方式导荷使柱、外墙配筋增大明显,1-7层柱配筋面积(mm2)传统导荷方式有限元计算方式相差(%)主筋73914721145708055.0%箍筋956080953056-0.3%节点箍筋206713205774-0.5%超筋柱数014超限柱数014,某无梁楼盖结构弹性板导荷按有限元方式,95,设置弹性板6的计算简图,恒载下的板弯矩Mxx对比有限元方式符合板的实际受力状态,96,平面导荷方式计算结果,有限元导荷方式计算结果,97,在设计结果的“等值线”菜单下，可以查到弹性板的配筋,有限元计算方式传给梁墙的还有墙的面外弯矩和梁的扭矩,平面导荷方式传给周边梁墙的荷载只有竖向荷载，没有弯矩，而有限元计算方式传给梁墙的不仅有竖向荷载，还有墙的面外弯矩和梁的扭矩，对于边梁或边墙这种弯矩和扭矩常是不应忽略的,98,有限元方式可计算出板对墙的面外弯矩,99,在板较厚时这种面外弯矩不应忽略。而传统的导荷方式不能考虑这种面外弯矩，会使得墙肢面外弯矩比实际情况偏小，不利于结构安全,考虑楼梯的计算后可给出梯板平台板配筋,楼梯有限元细分计算时，楼梯荷载直接加载到各个单元上进行恒、活、风、地震内力组合给出梯板平台板配筋,100,新的膜单元NQ6Star,对温度荷载的计算可以达到Etabs的精度，对边框柱与剪力墙的协调性好等。,101,102,边框柱X地震剪力对比,剪力墙X地震剪力对比,由于改进膜元对边框柱与剪力墙的协调性好，不再超限,弹性连接,用户可以手工指定两点之间的弹性连接，可以定义节点6个自由度上的弹性刚度，可以支持各种复杂的弹性刚度形式，用来模拟滑动连接，滑动支座，减震隔震装置等。大跨空间结构和底部主体结构的连接支座上连体结构和两侧主体结构的弹性连接隔振支座,103,空间结构与楼层连接处的弹性连接（使用两点约束）,空间结构与普通层之间常需设置弹性连接，或至少是铰接连接在空间结构和普通层连接处设置短柱或短支撑（目的主要是确立计算中空间层与各个普通层的连接关系，短柱本身的设计可忽略）为了设置“两点约束”，在设置的短柱（斜撑）与空间结构之间留有一定的距离在计算前处理通过菜单“两点约束”设置空间结构与普通层之间的弹性连接,104,特殊构件定义中设置节点约束（两点约束）,在节点上设弹簧刚度，实际是在节点上连接的两根杆件之间或者两批杆件之间设置弹簧刚度,自定义节点约束和支座信息,未作节点约束设置的计算,将连体支座处X平动刚度设置为0,自定义节点约束和支座信息,109,某弱连接的上连体结构,110,111,上连体刚性连接,上连体一端滑动连接,上连体两端滑动连接,Y向地震变形动画,112,上连体刚性连接,上连体一端X、Y向都滑动连接,X向地震变形动画,113,网架滑动支座的计算,114,网架和支座的连接：两侧为弹性约束，中部为铰支,115,116,117,网架和支座在水平荷载下的相对位移,水平弹性约束下有相对位移,铰接支座无相对水平位移,结构隔震和消能减震设计,抗规12章：当主体结构基本处于弹性工作状态时，可采用线性分析方法做简单估算，YJK提供振型反应谱法计算方法，是目前大部分工程应用中的方法，原只有Etabs提供这种计算可对斜撑杆件设置成消能器单元消能减震结构的阻尼比由主体结构的阻尼比和消能部件附加给结构的有效阻尼比组成消能器附加给结构的有效阻尼比和有效刚度按抗规12.3.4相关公式计算本计算方法用于弹性工作状态分析，比非线性和时程计算方法稳定、实用、可靠、简便快速也提供时程分析方法,118,消能减震单元,YJK在特殊支撑下对支撑定义消能减震单元连接属性：线性特性（有效刚度，有效阻尼）与非线性特性（刚度，阻尼，阻尼指数）连接单元：支持速度线性相关型消能器，非线性粘滞消能器（广东高规提供），位移相关型与速度非线性相关型消能器。,120,121,YJK减震计算与ETABS对比：阻尼系数设置3000N*sec/mm,YJK模型,ETABS模型,YJK采用振型分解反应谱法（强行解耦法）进行减震计算后，X方向层剪力(KN)对比结果：,隔震结构设计,用设置“单点约束”类似的方式，在隔震层的柱下设置隔震单元的参数抗规12.2.2关于隔震结构计算:“一般情况下，宜采用时程分析方法进行计算”。属于非线性时程分析。提供高效分析计算方法FNA方法（FastNonlinearAnalysisMethod快速非线性分析方法)，该法在SAP2000同样提供。采用振型分解法的上部结构计算，计算结果是考虑了隔震垫阻尼效应的、延长的周期结果的各层地震作用，也提供时程分析方法按照抗规公式12.2.5，人工对比隔震与非隔震结构的各层地震剪力及倾覆力矩，计算出地震力的水平向减震系数求出隔震后的水平地震影响系数最大值maxl=max/按照当地设防烈度，不考虑隔震效应，将隔震后的水平地震影响系数最大值maxl填入地震计算参数的“地震影响系数最大值”项，完成最终结构设计计算,124,125,隔震工程实例：云南某较高隔震建筑,126,1、在计算前处理中设置隔震支座,隔震支座参数,127,2、时程分析计算,在上部结构计算的主菜单第三项进行弹性时程分析计算，操作同普通的时程分析计算，该菜单具有FNA计算功能。,128,3、求出地震力的水平向减震系数,按照抗规公式12.2.5，人工对比隔震与非隔震结构的各层地震剪力及倾覆力矩等结果，计算出地震力的水平向减震系数求出隔震后的水平地震影响系数最大值maxl=max/,129,130,4、按照当地设防烈度，不考虑隔震效应，将隔震后的水平地震影响系数最大值maxl填入地震计算参数的“地震影响系数最大值”项，完成最终结构设计计算,5、也可用振型反应谱法计算隔震结构,可根据FNA时程分析结果，进一步调整隔震支座属性，用振型分解反应谱法直接进行隔震结构的设计计算。很多专家认为，按照上面5的计算方法底部水平地震作用偏大，直接对隔震结构按反应谱法计算结果更加合理,131,132,考虑隔震，周期2.55，基底剪力4116,不考虑隔震，周期1.89，基底剪力6117,自定义材料属性,133,注意事项,自定义材料属性,134,按照广东高规DBJ15-92-2013的调整,135,参数“结构所在地区”下可选择：广东高规DBJ15-92-2013,136,刚度突变薄弱层的判断,广高规3.5.2简化了刚度突变薄弱层的判断：本层与相邻上层的比值不宜小于0.9框架结构和剪力墙结构侧向刚度比统一为楼层剪力与层间位移角之比取消了本层层高大于相邻上一层层高1.5倍时，该比值不宜小于1.1判断条件,137,剪重比调整,广高规4.3.13当小震弹性计算的楼层剪力小于规定的最小值时，可直接放大地震剪力以满足楼层最小地震剪力要求，放大后的基底总剪力尚不宜小于按底部剪力法算得的总剪力的85%。参见条文说明，软件处理：（1）仅部分楼层不满足要求时，只放大这些楼层地震剪力（放松）；（2）当基底剪力不满足时，全部楼层均放大，放大系数=规定的最小地震剪力/弹性计算的基底剪力；（3）基底总剪力不小于底部剪力法的85%（加强）；,138,风荷载计算的连梁刚度折减系数,广高规5.2.1高层建筑结构计算时，框架-剪力墙、剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，抗风设计控制时，折减系数不宜小于0.8，抗震设计控制时，折减系数不宜小于0.5；作设防烈度（中震）构件承载力校核时不宜小于0.3。高规5.2.1高层建筑结构地震效应计算时，可对剪力墙连梁刚度予以折减，折减系数不宜小于0.5。,139,140,计算参数中可对风荷载计算的连梁刚度折减系数单独设置,对混凝土剪力墙进行竖向荷载下考虑徐变收缩的轴向刚度折减,广高规5.2.6条：计算长期荷载作用下钢（钢管混凝土）框架-混凝土核心筒结构的变形和内力时，考虑混凝土徐变、收缩的影响，混凝土核心筒的轴向刚度可乘以0.5-0.6的折减系数。软件在上部结构计算参数中的“结构总体信息”中增加参数：竖向荷载下砼墙轴向刚度考虑徐变收缩影响，勾选此项后将弹出“墙轴向刚度折减系数”参数框，隐含值设为0.6。勾选此项参数后软件将自动对全楼的剪力墙在恒载和活载计算时的轴向刚度进行折减，同时在计算前处理的特殊墙下增加了“徐变折减”菜单，可以对各层不需要考虑折减的剪力墙修改折减系数为1。,141,142,可改进与核心筒相连的梁柱的设计,短肢剪力墙的判断和轴压比控制,广高规7.1.8：短肢剪力墙是指截面高度不大于1600，且截面厚度小于300的剪力墙（更加合理）；软件判断短肢剪力墙的标准为截面高度不大于1600，截面厚度小于300的剪力墙；广高规7.2.2-2：一、二、三级短肢剪力墙的轴压比，。在底部加强部位以上的其它部位不宜大于上述规定值加0.05（放松了）软件判断短肢墙轴压比超限的标准：加强区以上部位，不大于规定值加0.05；,143,对剪力墙的轴压比限值放松,广高规表7.2.10，剪力墙轴压比限值在一级、二-三级、四级分别为0.5、0.6、0.7高规表7.2.10，剪力墙轴压比限值在一级、二-三级、四级分别为0.4、0.5、0.6软件自动执行此条,144,剪力墙约束边缘构件的尺寸,广高规7.2.12有翼墙、转角墙的约束边缘构件阴影区范围，取为腹板墙厚度bw且大于或等于300mm避免翼墙厚bf比腹板厚大很多时，取bw+2倍bf导致尺寸过大在计算参数的构件设计信息下增加了参数：“约束边缘构件尺寸依据广东高规设计”，用于前面没有选择按广东高规设计，但是仅对约束边缘构件尺寸按广东高规做法的处理。,145,146,147,剪力墙约束边缘构件当强度等级高于C60时,广高规7.2.12剪力墙约束边缘构件阴影部分的竖向钢筋除应满足正截面受压（受拉）承载力计算要求外，其配筋率。，当混凝土强度等级高于C60时，一、二、三级分别不应小于1.6%、1.4%和1.2%，并分别不应小于8F18、6F16和6F14.,148,0.2V0调整中的与柱相连的梁端M、V不调整,广高规8.1.4（0.2V0框剪调整）、9.1.10（筒体结构框剪调整）、10.2.1（巨框筒结构框剪调整）、11.2.16（框支柱抗剪调整）所有框剪调整中：框架柱的轴力及与之相连的框架梁端弯矩、剪力可不调整软件在计算参数中设置选项：“0.2V0调整中的与柱相连的梁端M、V不调整”,149,150,桩基础承载力验算,广高规13.1.8在偏心竖向力作用下：Qikmax1.1Ra，在竖向与风荷载标准组合：Qikmax1.3Ra，在竖向与地震荷载标准组合：Qikmax1.5Ra在基础软件的承载力计算结果输出菜单下增加按照广东高规的结果输出如下：,151,水平力下的最大层间位移角控制放松了10-20%,广高规3.7.3：（括号中为高规）框架：1/500（1/550）框剪、框筒、板柱剪力墙：1/650（1/800）筒中筒、剪力墙：1/800（1/1000）出框架结构外的转换层：1/800（1/1000）,152,取消周期比的控制,广高规3.4.4取消了周期比的控制，当楼层的最大层间位移角不大于本规程3.7.3条的限值的0.5倍（高规为0.4）时，该楼层扭转位移比限值可适当放松，但A级高度建筑不大于1.8（高规为1.6），B级高度建筑不大于1.6。,153,偶然偏心计算的偏移值,广高规4.3.3计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下式采用：ei=0.1732riPKPM按ei=+-0.05Li计算偶然偏心YJK一直是按照如上广高规公式计算偶然偏心,154,梁有效翼缘宽度,广高规5.2.2：一般情况下，边梁刚度增大系数可取1.3-1.5，中梁可取1.5-2（高规近似考虑时，楼面梁刚度放大系数可根据翼缘情况取1.3-2.0）广高规6.2.10：梁翼缘宽度宜取两侧各4倍板厚与梁高的较大值（混规取6倍板厚）YJK支持用户自定义梁刚度放大系数的输入。在梁截面下部钢筋计算时，如果用户选择参数：按考虑楼板作为梁翼缘的T形截面配筋时，软件按照梁两边各取3倍板厚作为翼缘尺寸，没有按照砼规的6倍翼缘取用。,155,解决超筋超限及设计优化的若干应用及效果,北京盈建科软件有限责任公司(BeijingYJKBuildingSoftwareCo.,Ltd.),YJK结构设计软件系统,YJK除了解决了一大批结构设计中的难点热点问题、填补了大量应用需求的空白外，其设计结果的用钢量和工程量也有比较明显的降低合理的结构设计应是在满足规范要求和足够安全的前提下，最大限度地节约材料和造价，实现建筑真正的绿色和环保,157,当前软件主要问题,当前主要的问题是当前普遍应用的软件中对很多问题的处理存在不全面、粗放的状况我们首先从几个方面详细梳理了现软件存在的问题，这些问题将直接导致结构钢筋、混凝土等材料的浪费和造价的增加。,158,当前软件主要问题,1、计算模型落后甚至不正确的若干方面2、采用的算法不完全满足规范要求的若干方面3、采用的过于简化的计算模型的若干方面4、设计观念已经落后的若干方面5、计算模型粗放忽略了结构有利要素的若干方面6、涉及优化的关键环节缺失的若干方面7、不开放接口的封闭观念,159,地下室设计,160,地下室外墙的抗剪与施工缝验算按全长设计,传统软件：按节点之间的距离进行正截面、抗剪、施工缝的计算。出现同一直线的墙段，斜截面抗剪有的超限，有的不超限的不合理现象。软件处理：按节点之间的距离进行正截面计算；抗剪与施工缝验算按全长计算；,按节点长度计算,按全长计算,解决由于施工缝验算造成的超限,地下室的抗震等级可自动调整,规范条文：抗规第6.1.3-3，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级。仅对地下室1层采用和上部结构相同的抗震等级，而对地下室层以下各层的抗震等级都设置为4，对地下一层以下抗震构造措施的抗震等级逐层降低一级，但不低于四级。,地下1层以下各层的抗震等级都设置为4，抗震构造措施的抗震等级逐层降低一级，但不低于四级,地下二层的抗震等级,抗震措施的抗震等级,抗震构造措施的抗震等级,对地下室外墙的设计采用了精确合理的方案，避免配筋过大,地下室外墙承受较大的水土压力、人防荷载等面外荷载传统软件不能计算剪力墙承受面外荷载的情况，它对地下室外墙采用简化模型，即将每层外墙按照竖向1米条带、两端支撑在楼板上的单跨模型计算。这种方法由于不能考虑竖向各层连续的因素、将墙的周边支撑简化为上下两端支撑等，常造成地下室外墙配筋过大。YJK的有限元计算可以计算剪力墙承受面外荷载的情况，对承受面外荷载的墙给出墙的面外弯矩和配筋，由于整体有限元计算是按照各层连续、墙周边弹性支撑的精确模型完成的，配筋符合实际情况，很少再出现地下室外墙配筋过大的异常现象。,地下室外墙计算简图和配筋结果,传统软件计算模型,比传统软件一般节省地下室外墙配筋20%-50%,地下室外墙不对称布置、特别是只在一侧布置时的水土压力计算,以前的软件算不出这种侧向受力的反应,柱的设计,168,柱的设计优化,1、提供柱剪跨比的通用计算方法2、型钢混凝土构件可按不同规程计算,169,一、提供柱剪跨比的通用计算方法,柱的剪跨比是柱设计中的重要指标，规范对剪跨比小于2或小于1.5的柱判断为短柱，对短柱的要求比一般柱严格得多。混规11.4.6：对柱的计算剪跨比，规定的通用计算方法是M/（Vh0）（此处M宜取柱上、下端考虑地震组合的弯矩设计值的较大值）；简化计算方法为Hn/（2h0），但规定简化计算方法只能用在“框架结构”中，且柱的反弯点在柱层高范围内时。,170,一、提供柱剪跨比的通用计算方法,传统软件只提供柱剪跨比的简化算法，首先这种应用超出了“框架结构”的范围，特别是大量按照通用算法并不属于短柱的结构，按照简化算法却属于短柱，常导致在高层建筑中出现大批超限的柱，结果只能通过加大柱截面尺寸来解决，造成完全不必要的浪费。对钢筋混凝土柱提供剪跨比的通用计算方法M/（Vh0），它的结果肯定比简化算法要大，可有效避免简化算法时大量柱超限的不正常现象。,171,柱剪跨比两种计算方法的参数选项,c-柱剪跨比，非简化方法计算时输出对应的设计内力。,某层柱的层高和柱的截面尺寸,174,考虑到剪跨比的重要性，计算结果设置了专门的剪跨比简图菜单,柱超限根数：19,柱超限根数：0,按照通用算法计算柱的剪跨比：大多数原来短柱变为非短柱；从超限柱19根变为没有超限柱；箍筋计算量减少7%。,配筋简图红色部分,18层框剪结构，抗震等级为二级,按剪跨比简化与通用算法对比表,旧的算法导致大量超限柱旧的算法造成材料的浪费,177,二、型钢混凝土构件可按不同规程计算,设计型钢混凝土柱时可采用目前发布的两种规程：型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ138-2001)和钢骨混凝土结构技术规程(YB9082-2006)。截面配筋设计时，前者只考虑本方向工型钢，忽略另一方向工字钢，后者则每个方向都考虑全部工型钢作用，因此使用后者常可以较大幅度的减少型钢混凝土柱的配筋量。传统软件只能按照前者的规程计算，没有按照后者规程计算的功能。,型钢混凝土构件可按不同规程计算,例题说明两种规程计算结果的差异,截面配筋设计时，型钢规程只考虑本方向工型钢，忽略另一方向工字钢；钢骨规程则每个方向都考虑全部工型钢作用。,180,型钢混凝土构件可按不同规程计算,采用不同规程对型钢混凝土柱配筋的影响,结论：按钢骨混凝土结构技术规程计算型钢柱时，可以有效的减少配筋量。,182,北京院工程,183,计算配筋从19733减到885,建研院规程,冶研院规程,梁钢筋1,梁的设计,梁的设计优化,1、矩形混凝土梁考虑楼板翼缘作用按T形截面配筋2、梁端配筋考虑柱宽3、与剪力墙垂直相连的梁可按非框架梁设计4、计算梁时应考虑较厚楼板的面外协同作用5、转换梁常见超限问题应对,185,一、矩形混凝土梁考虑楼板翼缘作用按T形截面计算后可以减少梁下的配筋量,混规5.2.5：对现浇楼盖和装配整体式楼盖，宜考虑楼板作为翼缘对梁刚度和承载力的影响。,梁与楼板共同工作,例题：8层混凝土框架结构,187,梁与楼板共同工作,梁按矩形截面与按T形截面计算配筋量对比,结论：考虑楼板作为梁的翼缘后，梁的跨中配筋量有效减少。,二、梁端配筋考虑柱宽,一般可减少梁上钢筋15%以上，比设置梁刚域方式更有效,使用弹性板6时应采用的参数设置,三、计算梁时应考虑较厚楼板的作用上部计算采用弹性板3或弹性板6,如地下室顶板，或作为嵌固层顶，或承受人防荷载，或承受消防车荷载，一般厚度很大，楼层梁受力很大,191,地下1层嵌固层顶板250厚（活载29），按刚性板算梁的超筋及剪扭超限很多，改为按照弹性板6计算,傅学怡实用高层建筑结构设计14章,不考虑实际现浇钢筋混凝土结构中梁、板互相作用的计算模式，其弊端主要有：1）对于单独计算的板，由于忽略支座梁刚度的影响，无法正确反映板块内力的走向，容易留下安全隐患。2）对于梁，由于忽略楼板的翼缘作用，重力荷载下往往高估梁端截面弯矩，其结果不仅仅是造成材料的浪费，更重要的是过高的框架梁支座截面受弯承载力使得水平荷载下梁端形成延性结构的可能性大为减小。3）对于整体结构在水平荷载作用下的工作性能，由于忽略楼板对结构刚度的增强作用，往往低估了地震作用效应。,192,四、与剪力墙垂直相连的梁可按非框架梁设计,不打勾即按非框架梁,与剪力墙垂直相连的梁可按非框架梁设计,例题：框剪23层,与剪力墙面外相连的梁可按非框架梁设计,按框架梁设计,按非框架梁设计,与剪力墙面外相连的梁可按非框架梁设计,框剪结构平面图,按框架梁设计时抗震等级是1级,与剪力墙面外相连的梁可按非框架梁设计,按非框架梁设计时为非抗震,与剪力墙面外相连的梁可按非框架梁设计,梁端M、V可不随柱剪力调整增大,广东省高规DBJ15-92-2013第8.1.4条和第9.1.10条：各层框架所承担的地震总剪力按本条第一款调整后，应按调整前、后总剪力的比值调整每根框架柱的剪力及端部弯矩，框架柱的轴力及与之相连的框架梁端弯矩、剪力可不调整。傅学怡实用高层建筑结构设计第3章：小震作用下的钢筋混凝土框架-剪力墙结构柱剪力调整十分必要，不必调整相连框架梁梁端弯矩、剪力，以利于框架梁先屈服发挥延性，以利于相对强化框架柱。,199,200,梁承受拉力或压力时的配筋,对于坡屋面梁、设置弹性板处的梁、当桁架上铉杆输入的梁或者其它情况梁，这些梁常承受拉力或者压力，从而处于拉弯或者压弯的受力状态。YJK对于承受较大比例的拉力或者压力的梁（压压力的比例通过参数设置），可自动按照拉弯构件或者压弯构件计算该梁的配筋，,五、转换梁常见超限问题应对,转换梁本身容易抗弯抗剪超限转换梁上承托的剪力墙容易抗剪超限,转换梁自动按壳单元计算,传统软件处理转换梁模型的方法缺陷：用梁单元计算转换梁，不能真实反映转换梁的刚度。实际情况：剪力墙的下边缘与转换大梁的上表面变形协调；计算模型：剪力墙的下边缘与转换大梁的中性轴变形协调；于是计算模型中的转换大梁的上表面在荷载作用下将会与剪力墙脱开，失去本应存在的变形协调性。处理方法：托墙梁刚度放大系数,转换梁自动按壳单元计算,YJK软件处理转换梁模型的方法采用壳元模型计算，自动进行单元划分，使细分的单元和上部承托的剪力墙单元保持协调。,转换梁自动按壳单元计算,实际模型例题,转换梁自动采用壳单元计算，并使细分的单元和上部承托的剪力墙单元保持协调,YJK与ANSYS相同，SATWE的跨中弯矩比YJK大将近一倍YJK支座弯矩比SATWE大，但可考虑支座宽度的影响，实配负筋不大,YJK、ANSYS、SATWE相差不大,YJK可使转换梁底部配筋明显减少,多工程对比YJK与传统软件差距,剪力墙设计优化,1、自动按照组合墙配筋2、按组合墙计算剪力墙的轴压比3、对短墙肢自动单元加密计算4、墙水平分布筋参与边缘构件的配箍5、怎样避免剪力墙连梁超限6、钢板混凝土剪力墙,214,一、自动按照组合墙配筋,剪力墙配筋按照考虑翼缘、考虑边框柱的组合截面对型钢、型钢混凝土柱剪力墙按照组合截面配筋剪力墙组合轴压比计算按照组合截面计算剪力墙稳定性剪力墙边缘构件的设计,215,一、自动按照组合墙配筋,剪力墙是多个墙肢相连组合工作的，抗规6.2.13条和砼规9.4.3条都指出：抗震墙应计入腹板和翼墙共同工作、剪力墙承载力计算中可考虑翼缘等。说明规范要求按照墙肢相连的组合截面计算。但是现软件计算剪力墙的配筋时是按照每个单肢墙的一字墙分别计算，然后把相交各墙肢的配筋结果叠加作为边缘构件配筋，虽然这种配筋方式编程简单，但是一方面多数情况下配筋结果偏大，另一方面正如许多权威专家多次指出的：有时配筋不够不安全。特别对于带边框柱剪力墙，现软件是将柱配筋和与柱相连的墙肢配筋相加作为边缘构件配筋，常导致配筋大得排布不下，这完全是计算模型不合理导致的错误结果。,216,217,参数：计算每一段剪力墙配筋时，考虑墙的翼缘和边框柱范围和受力组合计算,每端翼缘不大于腹板面积的一半，不大于4倍翼缘墙厚,218,阴影区包含全部墙肢截面的，用双偏压方式计算,阴影区仅包含部分墙肢截面的，用不对称配筋方式计算,219,单肢计算,组合墙不对称配筋计算,由于X向墙少，X向墙肢两端翼缘分别为拉和压，组合墙弯矩很大，导致不对称配筋比单肢计算大很多。但采用组合墙计算后本层边缘构件总配筋量仍少很多,组合墙不对称配筋计算的结果有时比单肢计算大,傅学怡实用高层建筑结构设计13章：复杂截面剪力墙配筋采用分段设计，不安全、不经济,220,单肢计算,组合墙双偏压计算,单肢和组合墙双偏压计算的结果对比（8.5度，后者输出两个值）,221,单肢计算和组合墙双偏压计算的边缘构件结果对比,单肢计算,组合墙双偏压计算,傅学怡实用高层建筑结构设计13章：复杂截面剪力墙配筋采用分段设计，不安全、不经济,以前设计方法：墙和边框柱配筋分别输出边缘构件取二者之和,组合墙计算：没有边框柱单独的配筋边缘构件取墙的配筋,天津某项目:审图要求解决剪力墙边缘构件超限过多,按组合墙计算的边框柱配筋大大减少（白框内为PKPM结果）,2层,组合墙配筋的方式减少边缘构件配筋配筋量,6个剪力墙工程（新、旧）：-1.4%、-4.6%、-7.1%、-17.3%、-23.7%,226,227,计算每一段剪力墙轴压比时，结合相邻墙肢适当范围的轴力组合计算,二、按组合墙计算剪力墙的轴压比,每肢翼缘不大于6倍翼缘墙厚,剪力墙组合轴压比计算,考虑组合轴压比后的效果,228,有效避免相邻墙段轴压比差距过大的情况,229,墙稳定计算时准确考虑组合墙状况，可随时查看每一墙肢的单墙肢和整体稳定计算书,在计算长度设置中可以修改墙柱的计算高度,230,对短墙肢自动单元加密计算,对于水平向只划分了1个单元的较短墙肢，自动增加到2个单元，以避免短墙肢计算异常。,由于有限元计算时对于水平向只划分了1个单元的较短墙肢计算误差很大,三、短墙肢自动加密避免内力异常大,不勾选“短墙肢自动加密”时短墙肢的单元划分结果，一片墙划分为一个单元。,短墙肢自动加密,勾选“短墙肢自动加密”时短墙肢的单元划分结果，一片墙划分为两个单元。,短墙肢自动加密,上图5号墙柱采用短墙加密前后的内力结果见下图所示，采用短墙加密后，单工况内力一般减小。YJK1(EX)13.6-9.730.432.414.0-24.1-11.8YJK2(EX)9.0-9.529.829.49.5-21.1-6.9相差(%)-33.8-9.3-32.1-12.4-41.5YJK1(EY)-0.768.638.322.00.610.00.7YJK2(EY)-0.868.136.522.70.414.20.4相差(%)42.0YJK1(DL)11.1-6.8-162.510.513.8-14.3-12.1YJK2(DL)7.4-6.9-164.013.49.8-16.1-7.0相差(%)-33.327.6-29.012.6-42.1其中：YJK1：短墙不加密结果；YJK2：短墙加密结果EX：X方向地震作用下的标准内力；EY：Y方向地震作用下的标准内力DL：恒载