结构整体计算计算分析需考虑的各种因素

1、结构整体计算计算分析需考虑的各种因素第1页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第2页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第3页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第4页，共59页，

2、2022年，5月20日，19点14分，星期二有限元分析概述第5页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第6页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第7页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二常见的复杂连接关系框支结构确保梁上有节点传力第8页

3、，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二常见的复杂连接关系结构分缝第9页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第10页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第11页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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

4、，控制裂缝的发生和发展第12页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第13页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第14页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二效应组合无地震作用组合第15页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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

5、地震作用1.21.39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第16页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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

6、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 第17页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二动力分析与静力分析第18页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第19页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第20页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二动

7、力时程分析方法动力方程第21页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二动力时程分析方法阻尼阵的确定第22页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第23页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第24页，共59页，2

8、022年，5月20日，19点14分，星期二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第25页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第26页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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

9、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第27页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第28页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第29页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第30页，共5

10、9页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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第31页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二首都机场3号航站楼水平双向多点输入时程地震反应分析第32页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二工程概况BODYSTEM第33页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二工程概况第34页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二地震波传播速度：800m/s，500m

11、/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 计算参数确定第35页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二分析情况汇总共120种 第36页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二扭转角度多、单点比较 第37页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二设计建议钢柱边、角柱位置定义第38页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二设计建议 钢柱影响

12、系数剪力800m/s500m/s250m/s平均BODY普通柱1.001.001.001.00边柱1.101.191.491.26 角柱1.271.562.101.64 STEM普通柱1.001.001.001.00 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 边柱1.121.191.491.27 角柱1.341.622.251.73STEM普通柱1.001.001.001.00 边柱1.001.001.201.07 角柱1.121.191.301.20 第39页，共59

13、页，2022年，5月20日，19点14分，星期二线性分析与非线性分析第40页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二几何非线性分析第41页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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-效应第42页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二P-效应的计算方法wiuiwiui/hiwiui/hiii-1hi123ii-1Nuiwi第43页，共59页，2022年，5月20日，1

14、9点14分，星期二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(%)205.905.981.449.179.341.853023.5524.343.3834.9436.544.594063.3267.346.3596.48103.867.6550136.63151.1410.62208.87240.8315.3第44页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二P-效应的影响因素侧向刚度侧向刚度越小，影响越大第45页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二P-效应的影响因素结构重量表3 不

15、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(%)205.905.961.005.905.981.443023.5524.112.3823.5524.343.384063.3266.154.4763.3267.346.3550136.63146.737.39136.63151.1410.62第46页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二P-效应的影响因素结构重量重量越大，影响越大第47页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二P-效应的影响因素P-效应的影响与侧向力无

16、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，弹性模量折减第48页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二材料非线性分析第49页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二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，有残余塑性变形第50页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二静力弹塑性分析(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

17、加载必须考虑P-效应第51页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二静力弹塑性分析(Push over)常用塑性铰模型根据截面分析确定塑性铰特性第52页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二静力弹塑性分析(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，可取多种模式参考第53页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二静力弹塑性分析(Push over)结果分析能力曲线第54页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二静力弹塑性分析(Push over)结果分析能力谱曲线第55页，共59页，2022年，5月20日，19点14分，星期二静力弹塑性分析(Pus