高层结构和BIM结构设计问题专题讲座

1、高层结构和高层结构和BIM结构设计问题结构设计问题专题讲座专题讲座吴文勇吴文勇 焦焦 柯柯广东省建筑设计研究院广东省建筑设计研究院深圳市广厦软件有限公司深圳市广厦软件有限公司20132013年年2 2月月今天的讲座内容分两部分今天的讲座内容分两部分:第第1部分为高层结构设计的问题部分为高层结构设计的问题,第第2部分为部分为BIM结构设计的问题结构设计的问题,第第1个问题是各设计和审图人员关心的问题个问题是各设计和审图人员关心的问题,第第2个问题不光是设计人员关心个问题不光是设计人员关心,单位领导也关心单位领导也关心.2010版设计规范已经执行了两年，对一些不尽合理版设计规范已经执行了两年，对一

2、些不尽合理的规定各设计单位提出了许多建议，为此广东省编写了广的规定各设计单位提出了许多建议，为此广东省编写了广东省标准东省标准高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程(简称广东高规简称广东高规,全国全国许多设计单位的总工都参与了编制和审定工作许多设计单位的总工都参与了编制和审定工作,这是第这是第2版本的广东高规版本的广东高规,2005年第年第1版本的广东高规对全国的设计和高规产生了很大影响版本的广东高规对全国的设计和高规产生了很大影响,本次高规本次高规)，对不尽合对不尽合理的内容做了修改，对未详细说明的内容做了进一步详细理的内容做了修改，对未详细说明的内容做了进一步详细说明，让一线

3、设计和审图人员掌握更合理的设计概念，并说明，让一线设计和审图人员掌握更合理的设计概念，并作为设计和审图的依据。作为设计和审图的依据。 ( (目前许多设计单位年人均产值目前许多设计单位年人均产值3030万左右万左右, ,设计人员一半时间在画图设计人员一半时间在画图, ,设计行设计行业的生产率已经排在各行业的末位业的生产率已经排在各行业的末位, ,提高设计自身的技术水平成了当务之提高设计自身的技术水平成了当务之急急) )CAD的应用是结构设计的第的应用是结构设计的第1次革命，带来了生产力的次革命，带来了生产力的大提高，大提高，BIM的应用是结构设计的第的应用是结构设计的第2次革命，与我们每次革命，

4、与我们每一个结构设计同行息息相关，今天第一个结构设计同行息息相关，今天第2部分内容将介绍部分内容将介绍BIM的应用如何对结构设计产生的应用如何对结构设计产生革命性的影响。革命性的影响。第一部分、高层结构设计的问题第一部分、高层结构设计的问题介绍如下介绍如下1616点内容：点内容：(16(16点内容也分为两部分点内容也分为两部分, ,第第1 1部分部分1-151-15为层为层间位移角限制过于严格等规范的问题间位移角限制过于严格等规范的问题, ,第第2 2部分为部分为8 8个疑难计算的问题个疑难计算的问题) )1 1、规范中层间位移角限制过于严格、规范中层间位移角限制过于严格; ;2 2、扭转不规

5、则控制过于严格、扭转不规则控制过于严格; ;3 3、刚度比计算方法过多、刚度比计算方法过多; ;4 4、偶然偏心计算的偏移值与平面形状和质量、偶然偏心计算的偏移值与平面形状和质量分布有关分布有关; ; 5 5、地震楼层最小剪力系数不满足时如何调整、地震楼层最小剪力系数不满足时如何调整; ;6 6、小塔楼地震作用的计算；、小塔楼地震作用的计算；7 7、梁有效翼缘宽度的合理选取、梁有效翼缘宽度的合理选取; ;8 8、短肢墙的新定义、短肢墙的新定义; ;9 9、短肢墙更合理的构造控制、短肢墙更合理的构造控制; ;1010、框剪调整的强柱弱梁、框剪调整的强柱弱梁; ;1111、剪力墙约束边缘构件阴影区

6、的构造、剪力墙约束边缘构件阴影区的构造; ; 1212、转换层的底部加强部位、转换层的底部加强部位; ;1313、两新结构形式、两新结构形式: :采用扁梁、空心板的板采用扁梁、空心板的板- -柱柱- -墙结构和巨型框架墙结构和巨型框架- -核心筒结构核心筒结构; ;1414、抗震性能设计的改进方法、抗震性能设计的改进方法; ;1515、浅基础和桩基础承载力的计算、浅基础和桩基础承载力的计算; ;1616、设计中的、设计中的8 8个疑难计算问题。个疑难计算问题。1 1、规范中层间位移角限制过于严格的问题、规范中层间位移角限制过于严格的问题过于严格的原因有如下过于严格的原因有如下4 4条条: :1

7、 1）概念偏于严格）概念偏于严格: :规范把钢筋混凝土构件开裂时的层间位移角作规范把钢筋混凝土构件开裂时的层间位移角作为多遇地震作用下结构的弹性位移角限值，而混凝土开裂时钢筋为多遇地震作用下结构的弹性位移角限值，而混凝土开裂时钢筋的应力还很小，即使混凝部分开裂，整体结构还处于弹性状态；的应力还很小，即使混凝部分开裂，整体结构还处于弹性状态；2 2）计算位移偏大）计算位移偏大: :规范通过周期折减考虑了填充墙刚度对地震作规范通过周期折减考虑了填充墙刚度对地震作用的影响用的影响, ,但未考虑填充墙刚度对位移的影响但未考虑填充墙刚度对位移的影响( (有了填充墙刚度后有了填充墙刚度后实际的位移应该比当

8、前计算的小实际的位移应该比当前计算的小, ,拿偏大的计算位移作为设计控拿偏大的计算位移作为设计控制使设计过于保守制使设计过于保守) )，实际工程中，实际工程中0.80.8周期折减系数来说周期折减系数来说, ,计算位计算位移偏大了移偏大了1.1-1.31.1-1.3倍左右；倍左右；3 3）无害位移占主要部分）无害位移占主要部分: :实际工程中上部楼层层间位移角较大，实际工程中上部楼层层间位移角较大，常起控制作用常起控制作用, ,而这部分位移角由下部楼层的转角所引起的无害而这部分位移角由下部楼层的转角所引起的无害位移角占主要部分；位移角占主要部分；4 4）大震位移角可证明）大震位移角可证明: :从

9、等位移原理出发，如果大震作用是小震从等位移原理出发，如果大震作用是小震的的6 6倍，大震作用下框架结构、框倍，大震作用下框架结构、框- -剪结构、剪力墙结构的层间弹剪结构、剪力墙结构的层间弹塑性极限位移角分别为塑性极限位移角分别为1/501/50、1/1001/100、1/1201/120，则小震作用下框架，则小震作用下框架结构、框结构、框- -剪结构、剪力墙结构的层间位移角分别控制不大于剪结构、剪力墙结构的层间位移角分别控制不大于1/3001/300、1/6001/600和和1/7201/720，可保证结构的安全。，可保证结构的安全。 如下图如下图, ,大震控制大震控制1/1001/100时

10、时, ,当当1/6001/600时时, ,实际的承载能力远实际的承载能力远大于小震的承载能力大于小震的承载能力,1/600,1/600控制还是有富余的。控制还是有富余的。 广东高规广东高规3.7.33.7.3中水平力作用下最大层间位移角中水平力作用下最大层间位移角的控制放松了的控制放松了10-20%,10-20%,如下如下: :上表为高规上表为高规, ,下表为广东下表为广东高规的要求高规的要求。( (剪力墙结构剪力墙结构1/10001/1000改为改为1/800)1/800)2 2、扭转不规则控制过于严格、扭转不规则控制过于严格过于严格的原因有如下两条过于严格的原因有如下两条: :1 1）即使

11、周期比大于）即使周期比大于1 1，扭转振型引起的扭矩和扭转角，扭转振型引起的扭矩和扭转角远小于偶然偏心引起的扭矩和扭转角；远小于偶然偏心引起的扭矩和扭转角； 2 2）位移比等于最大位移）位移比等于最大位移/ /平均位移平均位移, ,当分母平均位移很当分母平均位移很小时小时, ,很小的位移差也会算出较大的位移比。此时结构很小的位移差也会算出较大的位移比。此时结构的水平刚度很大，楼层扭转角不大，位移比确难以满的水平刚度很大，楼层扭转角不大，位移比确难以满足要求。足要求。因此，因此，1 1）广东高规不控制周期比；）广东高规不控制周期比；2 2）在层间位移角很小时，超限审查略为放松扭转位移）在层间位移

12、角很小时，超限审查略为放松扭转位移比控制。比控制。 当楼层的最大层间位移角不大于规定限值的当楼层的最大层间位移角不大于规定限值的0.50.5倍时，该楼倍时，该楼层位移比限值上限可适当放松层位移比限值上限可适当放松(类扭转不规则可计类扭转不规则可计0.50.5项平面项平面不规则不规则),),如下为广东扭转不规则分类及限值。如下为广东扭转不规则分类及限值。 在在GSSAP文本文件文本文件“结构位移结构位移”的最后输出如下扭转不的最后输出如下扭转不规则程度分类规则程度分类: 给定CQC地震剪力换算的水平力并考虑偶然偏心下的最大位移比: 0方向地震= 1.25(及其层号=3) 90方向地震= 1.70

13、(及其层号=3) 本工程A级高度扭转不规则程度分类:II类3 3、刚度比计算方法过多、刚度比计算方法过多1 1）目前规范中有）目前规范中有4 4种刚度比的计算方法：种刚度比的计算方法： a a、等效剪切刚度比、等效剪切刚度比( (与外力无关与外力无关) )高规高规E.0.1E.0.1 b b、等效侧向刚度比、等效侧向刚度比( (也与外力无关也与外力无关) )高规高规E.0.3E.0.3c c、侧向刚度比、侧向刚度比( (与外力有关与外力有关) )抗规抗规3.4.33.4.3 d d、层高修正的侧向刚度比、层高修正的侧向刚度比( (与外力有关与外力有关) )高规高规3.5.2 3.5.2 4 4

14、种方法有时计算结果相差很大种方法有时计算结果相差很大, , 其中抗规侧向刚度比理论其中抗规侧向刚度比理论误差最大。误差最大。2 2）理论上可推导框架的等效剪切刚度比也与层高的平方成反比）理论上可推导框架的等效剪切刚度比也与层高的平方成反比（详细见广东高规（详细见广东高规3.5.83.5.8条文说明）条文说明）, ,层高修正的侧向刚度比反层高修正的侧向刚度比反应了与层高的平方成反比的关系应了与层高的平方成反比的关系, ,所以不仅适合剪力墙结构所以不仅适合剪力墙结构, ,也也适合框架结构。适合框架结构。因此：因此：1 1）当一层时，高规等效侧向刚度比）当一层时，高规等效侧向刚度比( (剪弯刚度比剪

15、弯刚度比) )就是等就是等效剪切刚度比；效剪切刚度比； 2 2）框架结构和剪力墙结构侧向刚度统一为楼层剪力与层间）框架结构和剪力墙结构侧向刚度统一为楼层剪力与层间位移角之比。位移角之比。 3 3）取消了本层层高大于相邻上一层层高的）取消了本层层高大于相邻上一层层高的1.51.5倍时，该比值倍时，该比值不宜小于不宜小于1.11.1。4 4、偶然偏心计算的偏移值与平面形状和质量、偶然偏心计算的偏移值与平面形状和质量分布有关分布有关 如下哑铃形平面应该大如下哑铃形平面应该大, ,十字形平面应该小。十字形平面应该小。偶然偏心计算的偏移值偶然偏心计算的偏移值: :按质量回转半径计算按质量回转半径计算ei

16、ei=0.1732ri=0.1732ri 矩形平面刚好为矩形平面刚好为5.0%5.0% 哑铃形平面则为哑铃形平面则为5.59%5.59% 十字形平面为十字形平面为4.33%4.33%所以按质量回转半径计算更为合理。所以按质量回转半径计算更为合理。 按回转半径按回转半径计算计算时在文本文件时在文本文件“结构位移结构位移”中输出：中输出： 3.给定CQC地震剪力换算的水平力并考虑偶然偏心下的位移 按0.1732回转半径求得每方向最大质量偏心:5.4%,5.0%地震信息中地震信息中:偶然偏心可按指定的偶然偏心可按指定的偏心计算偏心计算,也可按也可按回转回转半径半径计算，按计算，按回转回转半径半径计算

17、时，每层每计算时，每层每塔每方向都可能不同。塔每方向都可能不同。5 5、地震楼层最小剪力系数不满足时如何调整、地震楼层最小剪力系数不满足时如何调整两个问题：两个问题：1)1)不满足是否要调整刚度不满足是否要调整刚度( (目前有调刚度和调力的两大争论目前有调刚度和调力的两大争论) )？ 2)2)基底和其它楼层不满足时，调整方法有何不同？（规范对基基底和其它楼层不满足时，调整方法有何不同？（规范对基底不满足时有详细的说明）底不满足时有详细的说明）广东高规要求：广东高规要求： 1)1)明确不以调整结构刚度来满足剪重比要求明确不以调整结构刚度来满足剪重比要求; ;（刚度增大，地震作用更大，更不利；而直

18、接调整地震作用，（刚度增大，地震作用更大，更不利；而直接调整地震作用，增加了结构承载能力；认为前者不如后者）增加了结构承载能力；认为前者不如后者） 2)2)当基底满足剪重比要求，仅部分楼层不满足要求时，可当基底满足剪重比要求，仅部分楼层不满足要求时，可直接放大这些楼层的地震剪力使之满足要求直接放大这些楼层的地震剪力使之满足要求( (以前程序中以上以前程序中以上楼层全放大，放松了楼层全放大，放松了) )； 3)3)当基底剪力不满足剪重比要求时，则全部楼层的地震剪当基底剪力不满足剪重比要求时，则全部楼层的地震剪力均应放大，放大系数力均应放大，放大系数= =规定的最小地震剪力规定的最小地震剪力/ /

19、弹性计算的基底弹性计算的基底剪力剪力( (以前处与速度和位移段插值求系数，加强了以前处与速度和位移段插值求系数，加强了) )； 4)4)放大后的基底总剪力不宜小于按底部剪力法算得的总剪放大后的基底总剪力不宜小于按底部剪力法算得的总剪力的力的85% (85% (加强了加强了) ) （以上要求没有违反黑体字要求，但对未（以上要求没有违反黑体字要求，但对未说明的内容更明确了）。说明的内容更明确了）。6 6、小塔楼地震作用的计算、小塔楼地震作用的计算1)1)高阶振型决定了小塔楼的地震作用，振型数太少将丢失高高阶振型决定了小塔楼的地震作用，振型数太少将丢失高阶振型，使小塔楼无地震作用；阶振型，使小塔楼无

20、地震作用；2)2)丢失了小塔楼振型时，放大系数法不能保证小塔楼有足够丢失了小塔楼振型时，放大系数法不能保证小塔楼有足够的地震作用。的地震作用。目前可能有一半工程目前可能有一半工程小塔楼无抗震计算。小塔楼无抗震计算。广东高规广东高规5.1.215.1.21要求：要求： 对对结构顶部的结构顶部的小塔楼小塔楼、天线等相对于主体结构其质量较小、天线等相对于主体结构其质量较小的结构，的结构，应适当增加计算振型数，使该部分应适当增加计算振型数，使该部分水平主轴方向的水平主轴方向的质量参与系数不小于质量参与系数不小于85%85%。( (在文本文件在文本文件“周期和地震作用周期和地震作用”中增加如下输出中增加

21、如下输出) )1.折减前振动周期(秒)、振型参与质量 顶部小塔楼振型参与质量 振型号 周期(秒) 单个振型参与质量(%) 累加振型参与质量(%) X平动 Y平动 扭转 X平动 Y平动 扭转 1 2.706129 0.01 3.23 0.00 0.01 3.23 0.00 2 2.316453 1.81 0.00 0.02 1.83 3.24 0.02 3 1.922167 1.55 0.14 0.29 3.38 3.37 0.31 4 0.729892 0.55 2.42 0.02 3.94 5.79 0.33 5 0.720999 2.04 1.30 0.00 5.97 7.09 0.34

22、6 0.558713 1.58 0.29 0.33 7.55 7.38 0.67 7 0.388433 3.24 0.03 0.02 10.79 7.41 0.69 8 0.346369 0.27 4.49 0.04 11.06 11.90 0.73 9 0.281387 2.43 0.67 0.31 13.49 12.57 1.04 40 0.034016 0.09 0.13 0.63 86.72 86.42 87.58 41 0.031785 0.00 0.04 0.26 86.72 86.46 87.84 42 0.031001 0.02 0.02 0.01 86.75 86.47 87

23、.85 43 0.030191 0.02 0.00 0.23 86.76 86.47 88.08 44 0.028304 0.00 0.02 0.05 86.77 86.49 88.12 45 0.028214 0.00 0.00 0.05 86.77 86.49 88.17 - 合计: 86.77 86.49 88.177 7、梁有效翼缘宽度的选取、梁有效翼缘宽度的选取1)1)考虑允许混凝土开裂，现行规范两侧各考虑允许混凝土开裂，现行规范两侧各6 6倍板厚太大倍板厚太大; ;2)2)梁刚度放的过大梁刚度放的过大, ,不利于强柱弱梁。不利于强柱弱梁。因此：因此：1 1）广东高规）广东高规5.2

24、.25.2.2：边梁刚度增大系数可取：边梁刚度增大系数可取1.31.31.51.5，中梁，中梁可取可取1.51.52 2。2 2）广东高规）广东高规6.2.106.2.10：梁有效翼缘宽度可取两侧各：梁有效翼缘宽度可取两侧各4 4倍板厚且倍板厚且不大于梁高。（以前按不大于梁高。（以前按3 3倍，现改为按倍，现改为按4 4倍）倍） 建议建议: :中梁中梁(H800mm)(H800mm)刚度放大系数：刚度放大系数：2.02.0 中梁中梁(H(H800mm)800mm)刚度放大系数：刚度放大系数：1.51.5内力计算时还可适当减少。内力计算时还可适当减少。8 8、短肢墙的定义、短肢墙的定义1)1)将

25、截面高厚比不大于将截面高厚比不大于8 8作为短肢剪力墙与一般剪力墙分界点作为短肢剪力墙与一般剪力墙分界点时，会有矛盾发生，例如，有一截面厚度为时，会有矛盾发生，例如，有一截面厚度为200 x1650mm200 x1650mm的剪的剪力墙，按截面高厚比不大于力墙，按截面高厚比不大于8 8来判断，它是一般剪力墙；当墙来判断，它是一般剪力墙；当墙厚加厚至厚加厚至250250时，却算作短肢剪力墙，设计反而要加强，明显时，却算作短肢剪力墙，设计反而要加强，明显不合理。不合理。因此：因此：1 1）广东高规）广东高规7.1.87.1.8短肢墙的定义改为短肢墙的定义改为: :截面高度小于等于截面高度小于等于1

26、600mm1600mm且截面厚度小于且截面厚度小于300mm300mm。 当选择满足广东高规时，常见的截面当选择满足广东高规时，常见的截面200 x1650, 250 x1650, 200 x1650, 250 x1650, 300 x1500300 x1500，软件将判断为一般墙。，软件将判断为一般墙。 9 9、短肢墙的构造控制、短肢墙的构造控制 广东高规广东高规7.2.2 7.2.2 增加了下划线的内容增加了下划线的内容： 1 1）一、二、三级短肢剪力墙的轴压比，在底部加强部位分）一、二、三级短肢剪力墙的轴压比，在底部加强部位分别不宜大于别不宜大于0.450.45、0.500.50、0.5

27、50.55，一字形截面短肢剪力墙的轴，一字形截面短肢剪力墙的轴压比限值再相应减少压比限值再相应减少0.050.05；在底部加强部位以上的其他部位在底部加强部位以上的其他部位不宜大于上述规定值加不宜大于上述规定值加0.05(0.05(放松了底部加强部位以上短肢墙放松了底部加强部位以上短肢墙的轴压比控制的轴压比控制) )； （如下短墙接近柱按柱的方法控制配筋率，接近一般墙按（如下短墙接近柱按柱的方法控制配筋率，接近一般墙按墙的方法控制）墙的方法控制）2 2）高厚比小于等于高厚比小于等于6(6(仍要满足高规全部竖向钢筋的配筋率的仍要满足高规全部竖向钢筋的配筋率的构造要求构造要求) )，短肢剪力墙的全

28、部竖向钢筋的配筋率，底部加强，短肢剪力墙的全部竖向钢筋的配筋率，底部加强部位一、二级不宜小于部位一、二级不宜小于1.2%1.2%，三、四级不宜小于，三、四级不宜小于1.0%1.0%；其他；其他部位一、二级不宜小于部位一、二级不宜小于1.0%1.0%，三、四级不宜小于，三、四级不宜小于0.8%0.8%； 3 3）高厚比大于高厚比大于6(6(边缘构件竖向钢筋配筋率要满足构造要边缘构件竖向钢筋配筋率要满足构造要求求, ,因为剪力墙较长时，配筋集中在墙端部更有效因为剪力墙较长时，配筋集中在墙端部更有效) )，约束边约束边缘构件竖向钢筋配筋率一、二级不宜小于缘构件竖向钢筋配筋率一、二级不宜小于1.6%1

29、.6%，三、四级不，三、四级不宜小于宜小于1.4%1.4%；构造边缘构件竖向钢筋配筋率一、二级不宜小；构造边缘构件竖向钢筋配筋率一、二级不宜小于于1.4%1.4%，三、四级不宜小于，三、四级不宜小于1.2%1.2%；1010、框剪调整、框剪调整 广东高规广东高规8.1.4(0.2V08.1.4(0.2V0框剪调整框剪调整) )、9.1.10(9.1.10(筒体结构框剪筒体结构框剪调整调整) )、10.2.1(10.2.1(巨框筒结构框剪调整巨框筒结构框剪调整) )和和11.2.16(11.2.16(框支柱框剪框支柱框剪调整调整) )所有框剪调整中：所有框剪调整中： 取消了与柱相连框架梁的同步调

30、整，只调整柱的剪力和取消了与柱相连框架梁的同步调整，只调整柱的剪力和端部弯矩，有利于强柱弱梁。端部弯矩，有利于强柱弱梁。1111、剪力墙约束边缘构件阴影区的构造、剪力墙约束边缘构件阴影区的构造 广东高规广东高规7.2.12 7.2.12 ： 1 1）增加了剪力墙混凝土强度等级高于）增加了剪力墙混凝土强度等级高于C60C60时的构造要求时的构造要求: :剪力墙约束边缘构件阴影部分的竖向钢筋配筋率一、二、三剪力墙约束边缘构件阴影部分的竖向钢筋配筋率一、二、三级分别不应小于级分别不应小于1.6%1.6%、1.4%1.4%和和1.2%1.2%，并分别不应小于，并分别不应小于8F188F18、6F166

31、F16和和6F146F14； 2 2）“有翼墙有翼墙”和和“转角墙转角墙”的约束构件阴影范围有改动的约束构件阴影范围有改动，约束构件翼缘宽度按翼缘厚度约束构件翼缘宽度按翼缘厚度bfbf取改为按腹板厚度取改为按腹板厚度bwbw取。取。 当翼墙厚度当翼墙厚度bfbf比腹板墙厚度比腹板墙厚度bwbw大很多时，约束边缘构件取大很多时，约束边缘构件取bwbw加两倍加两倍bfbf导致范围过大。导致范围过大。取取bw，范围小，范围小比较合理比较合理,上为上为T形形暗柱暗柱,下为下为L形暗柱形暗柱 高规和广东高规对高规和广东高规对有翼墙或转角墙详细规定如下图有翼墙或转角墙详细规定如下图: :高规高规 广东高规

32、广东高规 1212、转换层的底部加强部位、转换层的底部加强部位高规高规10.2.210.2.2： 带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度应从地下室顶板算起，宜应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层取至转换层以上两层( (有时取大了有时取大了) )且不宜小于房屋高度的且不宜小于房屋高度的1 11010。广东高规广东高规11.2.211.2.2： 1 1）当转换层）当转换层的位置较高，的位置较高，位于建筑物的位于建筑物的1/41/4高度及以上时，高度及以上时，底部加强部位（按一般工程取）底部加强部位（按一般工程取）可取不小于底部两层和

33、房屋可取不小于底部两层和房屋高度高度1/101/10二者的较大者；二者的较大者； 2 2）转换层及其上下各两层应予适当加强，抗震等级人工）转换层及其上下各两层应予适当加强，抗震等级人工提高一级。提高一级。1313、增加了两结构形式、增加了两结构形式: :采用扁梁、采用扁梁、空心板的板空心板的板- -柱柱- -墙结构和巨型框架墙结构和巨型框架- -核心筒结构核心筒结构 广东高规广东高规3.3.13.3.1： 1 1）采用扁梁和空心板的板）采用扁梁和空心板的板- -柱柱- -墙墙结构最大高度可适当增加，非抗震设结构最大高度可适当增加，非抗震设计计130m130m、6 6度度110m110m、7 7

34、度度100m100m、8 8度度80m80m；抗震等级按板抗震等级按板- -柱柱- -墙结构考虑；墙结构考虑；( (常常见的高层将不需要超限审查见的高层将不需要超限审查) )1、还是属于板柱墙结构形式；、还是属于板柱墙结构形式；2、限制高度适当增加到普通高层。、限制高度适当增加到普通高层。 必须做到必须做到3 3点点:1):1)内大板采用空心板内大板采用空心板; ; 2) 2)内梁采用扁梁，而不是暗梁内梁采用扁梁，而不是暗梁; ; 3) 3)扁梁两端有柱连接。扁梁两端有柱连接。 结构设计中的梁分结构设计中的梁分3 3种：普通梁、扁梁和暗梁，扁梁要满足种：普通梁、扁梁和暗梁，扁梁要满足抗规抗规6

35、.3.26.3.2的要求：的要求： 不易满足的是第不易满足的是第3 3条，梁高条，梁高=400=4001616* *25,25,柱的钢筋不能大于柱的钢筋不能大于25mm,25mm,这样这样一来第一道防线为剪力墙，第二道防线为框架。一来第一道防线为剪力墙，第二道防线为框架。 2 2）在）在GSSAPGSSAP总信息中增加具有巨柱桁架核心筒的巨框筒结总信息中增加具有巨柱桁架核心筒的巨框筒结构形式，框剪调整有特殊的规定，构形式，框剪调整有特殊的规定，“水平力效应验算水平力效应验算”框剪框剪调整中输出详细的调整信息调整中输出详细的调整信息, , 具体规定见广东高规第具体规定见广东高规第1010节。节。

36、1414、抗震性能设计、抗震性能设计 广东高规广东高规3.113.11：改进了抗震性能设计构件承载力验算方法。改进了抗震性能设计构件承载力验算方法。1 1）高规对同一水准同时采用基本组合和标准组合验算，过于高规对同一水准同时采用基本组合和标准组合验算，过于复杂，广东高规统一采用标准组合，方便计算和设计；复杂，广东高规统一采用标准组合，方便计算和设计；2 2）构件承载力验算公式全部基于弹性计算模型。）构件承载力验算公式全部基于弹性计算模型。 在地震信息中可选择采用高规或广东高规方法，性能要在地震信息中可选择采用高规或广东高规方法，性能要求输入负数时采用广东高规的方法求输入负数时采用广东高规的方法

37、。 增加了两个系数：承载力利用系数增加了两个系数：承载力利用系数和构件重要性系数和构件重要性系数，承载力利用系数的倒数在计算中相当于抗规中的承载力，承载力利用系数的倒数在计算中相当于抗规中的承载力抗震调整系数，不同性能水准下抗震调整系数，不同性能水准下取不同值，取不同值，大一点，破大一点，破坏严重一点坏严重一点 。 构件重要性系数构件重要性系数用于区别关键和非关键构件。用于区别关键和非关键构件。 1 1、GSSAPGSSAP按如下自动判断按如下自动判断 关键构件：关键构件： 1 1）底部加强部位的重要竖向构件：底部加强部）底部加强部位的重要竖向构件：底部加强部位的混凝土一般墙、边柱、角柱；位的

38、混凝土一般墙、边柱、角柱； 2 2）水平转换构件及与其相连的竖向支承构件：）水平转换构件及与其相连的竖向支承构件：转换构件；转换构件； 3 3）大悬臂结构的主要悬挑构件：悬臂大于）大悬臂结构的主要悬挑构件：悬臂大于2m2m； 普通竖向构件：普通竖向构件：除关键构件之外的竖向构件；除关键构件之外的竖向构件； 水平耗能构件：水平耗能构件：框架梁、连梁、耗能支撑。框架梁、连梁、耗能支撑。2 2、也可在录入的设计属性中设置。、也可在录入的设计属性中设置。1515、浅基础和桩基础承载力计算、浅基础和桩基础承载力计算 1）广东高规广东高规13.1.513.1.5：独立扩展基础基底边缘最大与最小压应独立扩展

39、基础基底边缘最大与最小压应力比不大于力比不大于1.21.2，当地基承载力特征值不大于，当地基承载力特征值不大于150kPa150kPa，比值不，比值不大于大于1.11.1；2）广东高规广东高规13.1.813.1.8：独立桩基础单桩竖向承载力的放大系数，独立桩基础单桩竖向承载力的放大系数，各工况取不同值。各工况取不同值。可以选择：是否可以选择：是否满足广东高规要求满足广东高规要求修改了两点：修改了两点：1 1）竖向荷载）竖向荷载效应标准组合在偏心竖向力效应标准组合在偏心竖向力作用下承载力调整系数作用下承载力调整系数1.21.2改为改为1.11.1；( (严了严了) )2 2）竖向荷载与风荷载竖

40、向荷载与风荷载效应标准组合效应标准组合在轴心竖向力作用下承载力调整系数为在轴心竖向力作用下承载力调整系数为1.21.2，在偏心竖向力作用下承载力调整系数为在偏心竖向力作用下承载力调整系数为1.31.3。( (风控制的基础松了风控制的基础松了) ) 总结：总结：1）广东高规其它修改见广厦广东高规其它修改见广厦17.017.0的最新修改或广东高规；的最新修改或广东高规；2）广东高规的计算功能随广厦）广东高规的计算功能随广厦17.017.0（BIMBIM版）发行，若未换代到版）发行，若未换代到BIMBIM版本，版本，GSSAPGSSAP将会提示，在录入的将会提示，在录入的“GSSAPGSSAP总信息

41、总信息”中增加了：中增加了：是否满足广东高规的选择。是否满足广东高规的选择。3）设置如下）设置如下2 2点点GSSAPGSSAP计算计算满足广东高规要求：满足广东高规要求：a a、总、总信息中选择满足广东高规要信息中选择满足广东高规要求；求；b b、地震信息中偶然偏心按、地震信息中偶然偏心按回转半径；回转半径；4）独立扩展基础和独立桩）独立扩展基础和独立桩基础可选择满足广东高规要基础可选择满足广东高规要求；求；5 5）外省设计位移角和周期）外省设计位移角和周期比按国家高规控制外，其它比按国家高规控制外，其它可采用广东高规的概念。可采用广东高规的概念。1616、设计中的、设计中的8 8个疑难计算

42、问题个疑难计算问题 1010年来年来,GSSAP,GSSAP的研发过程中对如下的研发过程中对如下8 8个问题做了个问题做了重点的研究重点的研究。1 1）空心现浇板结构计算；）空心现浇板结构计算；2 2）弹塑性静力和动力计算）弹塑性静力和动力计算; ;3) 3) 两套计算校核两套计算校核; ;4) 4) 一分钟自动算量一分钟自动算量; ;5) 5) 省钢筋计算省钢筋计算; ;6) 6) 楼梯的抗震计算楼梯的抗震计算; ;7) 7) 斜屋面计算斜屋面计算; ;8) 8) 复杂基础计算。复杂基础计算。1)1)空心现浇板结构的计算空心现浇板结构的计算a)a)结构方案好，有利招标；结构方案好，有利招标；

43、b)b)精确计算，造价省；精确计算，造价省；c)c)全国空心现浇板结构计算一半以上采用了全国空心现浇板结构计算一半以上采用了GSSAPGSSAP计算。计算。 地下结构全部采用箱体空心板，其中有部分人防单元，柱顶带柱帽。 以上两个多层结构的大跨度板全部采用箱体空心板，以上两个多层结构的大跨度板全部采用箱体空心板，右边为非规则结构采用空心板。右边为非规则结构采用空心板。 两塔两塔92m92m高层结构的大跨度板全高层结构的大跨度板全部采用箱体空心板。部采用箱体空心板。 空心现浇板结构常采用如下无梁楼盖的方案空心现浇板结构常采用如下无梁楼盖的方案: : 周边采用普通梁周边采用普通梁, ,中间布置实心扁

44、梁或暗梁中间布置实心扁梁或暗梁, ,柱顶加柱帽满足冲柱顶加柱帽满足冲切要求。计算要点如下切要求。计算要点如下: :1 1、空心现浇板采用壳单元计算、空心现浇板采用壳单元计算; ;2 2、板自重扣除空心和最小配筋率按实际截面控制、板自重扣除空心和最小配筋率按实际截面控制; ;3 3、板满足剪切计算、板满足剪切计算; ;4 4、柱帽满足冲切计算、柱帽满足冲切计算; ;5 5、扁梁暗梁、柱帽和板协同计算。、扁梁暗梁、柱帽和板协同计算。计算计算2 2步骤步骤:1:1、建、建3 3个模型、个模型、2 2、看、看3 3个结果。个结果。 a)a)在录入中设置板截面、指定计算单元为壳、柱顶布置柱在录入中设置板

45、截面、指定计算单元为壳、柱顶布置柱帽；帽；如下，空心板结构会自动单元剖分。如下，空心板结构会自动单元剖分。板柱帽冲切剪切结果，小于板柱帽冲切剪切结果，小于1.01.0不满足要求。不满足要求。 b)GSSAPb)GSSAP计算完后在计算完后在“图形方式图形方式”下查看下查看3 3个计算结个计算结果：板柱帽冲切剪切、梁配筋和板配筋。果：板柱帽冲切剪切、梁配筋和板配筋。 暗梁扁梁宽大于等于暗梁扁梁宽大于等于800mm800mm时，分别采用梁板配筋即时，分别采用梁板配筋即可，否则梁支座和底部位置还得加上相同位置板的钢筋可，否则梁支座和底部位置还得加上相同位置板的钢筋; ;柱顶位置是奇点，结果应排除柱顶

46、位置是奇点，结果应排除; ;第第1 1次做空心板结构结果次做空心板结构结果可放大可放大1.1-1.21.1-1.2倍。倍。 板板XYXY向配筋包络。向配筋包络。2 2）弹塑性静力推覆和动力时程计算弹塑性静力推覆和动力时程计算 国内弹塑性计算软件已相当成熟，普通结构设计人员都可完成弹塑性静国内弹塑性计算软件已相当成熟，普通结构设计人员都可完成弹塑性静力推覆和动力时程计算，在超高超限工程中已广泛应用，广厦力推覆和动力时程计算，在超高超限工程中已广泛应用，广厦GSNAPGSNAP是国内是国内两个常用的弹塑性静力推覆和动力时程计算之一。两个常用的弹塑性静力推覆和动力时程计算之一。UNFVbVbUN顶

47、点 推覆曲线复杂实际工程的应用复杂实际工程的应用1 1、广东省人大代表之家、广东省人大代表之家结构超限分析结构超限分析 关注扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续、尺寸突变及竖向构件不连续等4项不规则，属于超限高层建筑。二层转换四层开大洞2、粤电信息交流管理中心结构超限分析 B级高度钢筋混凝土高层建筑，关注类扭转不规则，楼板局部不连续；类竖向抗侧力构件不连续。跨层柱与楼板不连续3、招商局广场办公楼的弹塑性分析分析讨论：鞭梢效应、首层20m钢管柱。34层内缩剪力墙楼层平面图20m高柱顶楼层平面图计算模型4、名盛广场的弹塑性分析分析讨论：168米无梁楼盖。平面图5、东莞海德广场-双塔连体结构弹塑性分析

48、标准层平面（6层）连体部分平面（35层）三维结构图6、揭阳玉都广场大底盘多塔楼超薄结构4#、5#、6#和北裙房结构三维图3 3）一次建模，两套计算校核）一次建模，两套计算校核PM录入数据GSSAP广厦录入SATWE广厦基础CAD广厦自动生成施工图广厦录入数据GSSAPSATWE广厦基础CAD广厦自动生成施工图1)前处理数据共享;2)后处理和基础CAD共享。 两个不同力学模型的计算，不同的力学模型还应使用两个不同力学模型的计算，不同的力学模型还应使用不同单位编制的程序。不同单位编制的程序。1 1）两种力学模型计算）两种力学模型计算 墙元杆系计算：墙元杆系计算：SSWSSW和和SATWESATWE

49、 通用分析：通用分析：GSSAPGSSAP、ETABSETABS和和PMSAPPMSAP 每个计算软件会对结构进行一定的模型简化。应避免模型每个计算软件会对结构进行一定的模型简化。应避免模型简化出问题。简化出问题。2 2）两个不同部门开发的计算程序）两个不同部门开发的计算程序 广厦系列、广厦系列、PKPMPKPM系列和系列和ETABS ETABS 同一部门开发的计算因程序共享，可能产生相同的错误。同一部门开发的计算因程序共享，可能产生相同的错误。广厦录入数据PM录入数据SATWEGSSAP广厦基础CAD广厦自动生成施工图 GSSAP GSSAP和和SATWESATWE计算完后，一分钟可得到钢筋

50、量、混凝土量计算完后，一分钟可得到钢筋量、混凝土量和模板量，得到经济分析指标。和模板量，得到经济分析指标。自动概预算4 4）一分钟自动算量）一分钟自动算量 1 1）自动考虑墙柱梁板重叠的自重扣除，自重可减少）自动考虑墙柱梁板重叠的自重扣除，自重可减少2-4%2-4%； 2) 2) 梁配筋计算选择考虑压筋和板的贡献，梁钢筋减少梁配筋计算选择考虑压筋和板的贡献，梁钢筋减少10-10-20%20%左右；左右； 3) 3) 内力计算时，梁刚度放大减半设置，水平力大的结构梁内力计算时，梁刚度放大减半设置，水平力大的结构梁钢筋有明显减少。钢筋有明显减少。5 5）省钢筋计算）省钢筋计算6 6）楼梯的抗震计算

51、楼梯的抗震计算 GSSAPGSSAP计算中，楼梯参与空间分析，采用精细的有限元计算中，楼梯参与空间分析，采用精细的有限元计算，为抗规和高规的制定提供了计算依据。计算，为抗规和高规的制定提供了计算依据。 参数化、快速、直观布置参数化、快速、直观布置1212种楼梯，目前种楼梯，目前GSSAPGSSAP已完成了几十万栋带已完成了几十万栋带楼梯结构的抗震计算。楼梯结构的抗震计算。1212种楼梯如下：种楼梯如下： 7 7）斜屋面的空间计算斜屋面的空间计算GSSAPGSSAP可以准确计算空间的楼板可以准确计算空间的楼板, , 计算的部分空间楼盖如下计算的部分空间楼盖如下: :山东省斜屋面工程斜屋顶戏楼复古

52、宫殿亚运会篮球馆看台亚运会自行车馆看台8 8）复杂基础的计算）复杂基础的计算要解决要解决3 3个问题：个问题：1 1、计算通用性：对复杂基础采用精细的有限元分析；、计算通用性：对复杂基础采用精细的有限元分析；2 2、荷载完整性：所有荷载参与计算和组合；、荷载完整性：所有荷载参与计算和组合；3 3、计算局部性：对某一部分基础采用精细的有限元分析。、计算局部性：对某一部分基础采用精细的有限元分析。 基础总共有基础总共有1515种，除圆圈内种，除圆圈内3 3种基础外，种基础外，其它其它1212种都采用种都采用精细的有限元分析，都按梁桩精细的有限元分析，都按梁桩筏基础计算筏基础计算。 自动剖分单元：二

53、维任意凸凹多边形，多自动剖分单元：二维任意凸凹多边形，多边形内可包含多边形洞口、剖分点和剖分线，边形内可包含多边形洞口、剖分点和剖分线，柱和桩为剖分点，墙和地基梁为剖分线。柱和桩为剖分点，墙和地基梁为剖分线。 如下为实际工程中基础的凸凹多边形自动剖分结果。如下为实际工程中基础的凸凹多边形自动剖分结果。 对多部分基础采用精细的有限元分析，可切出任对多部分基础采用精细的有限元分析，可切出任何一块进行精细分析何一块进行精细分析。第二部分、第二部分、BIMBIM结构设计问题结构设计问题 设计单位急需提高年人均产值，减少加班时间，改变生产率低下的局面，设计单位急需提高年人均产值，减少加班时间，改变生产率

54、低下的局面，BIMBIM的应用是必走的道路。的应用是必走的道路。介绍如下介绍如下5 5点内容点内容：( (为什么为什么BIMBIM是第是第2 2次结构设计革命，什么次结构设计革命，什么是是BIMBIM结构设计方法，介绍结构设计方法，介绍BIMBIM结构设计有关的两个新的模块：结构设计有关的两个新的模块： AutoCADAutoCAD自动自动成图和成图和RevitRevit转换接口转换接口) )一、一、BIMBIM是第是第2 2次结构设计革命次结构设计革命; ;二、二、BIMBIM建筑结构设计方法建筑结构设计方法; ;三、三、AutoCADAutoCAD自动成图系统自动成图系统GSPLOTGSP

55、LOT简介简介; ;四、四、AutoCADAutoCAD自动成图系统自动成图系统GSPLOTGSPLOT特点特点; ;五、五、RevitRevit转换接口。转换接口。一、第一、第2 2次结构设计革命次结构设计革命BIMBIM （Building Information ModelingBuilding Information Modeling） 第第1 1次结构设计革命：次结构设计革命：8080年代开始，通过年代开始，通过CADCAD应用，甩掉应用，甩掉图板手工绘图图板手工绘图。扔掉了画笔，换成了鼠标，革命不彻底，设。扔掉了画笔，换成了鼠标，革命不彻底，设计人员的手累成了有个专有名词：鼠标手。

56、计人员的手累成了有个专有名词：鼠标手。 第第2 2次结构设计革命：次结构设计革命：20002000年开始，通过年开始，通过BIMBIM应用，甩掉应用，甩掉AutoCADAutoCAD手工绘图，真正实现了手工绘图，真正实现了BIMBIM，结构就不用画图了，结构就不用画图了。什么是建筑结构的什么是建筑结构的BIMBIM： BIMBIM要求统一的墙柱梁板模型贯穿于：方案设计、结构计要求统一的墙柱梁板模型贯穿于：方案设计、结构计算、施工图绘制和碰撞检查算、施工图绘制和碰撞检查4 4个设计过程，达到：个设计过程，达到： 1 1、内部一体化：结构方案信息、结构计算信息和结构施、内部一体化：结构方案信息、结

57、构计算信息和结构施工图信息一体化；工图信息一体化； 2 2、外部一体化：与建筑信息和施工信息一体化。、外部一体化：与建筑信息和施工信息一体化。全面实现全面实现BIMBIM后：后： 1 1、整个设计单位有一个专门的建模部门；、整个设计单位有一个专门的建模部门； 2 2）建筑只管设计，结构只管计算，施工图是自动出的。）建筑只管设计，结构只管计算，施工图是自动出的。 目前的困难：目前的困难： 1 1、硬件还需发展、硬件还需发展5 5年：全面实现年：全面实现BIMBIM离不开真三维设计，离不开真三维设计，三维设计中三维设计中6464位系统和位系统和16G16G内存为最低配置；内存为最低配置； 2 2、

58、电脑运行速度还需提高、电脑运行速度还需提高1010倍。倍。 所以建设部提出：所以建设部提出：BIMBIM发展分两阶段发展分两阶段 1 1、在现有的设计过程和软件基础上，实现一体化，甩掉、在现有的设计过程和软件基础上，实现一体化，甩掉AutoCADAutoCAD手工绘图；手工绘图； 2 2、等软硬件成熟后全面实现、等软硬件成熟后全面实现BIMBIM。 结构设计提高效率的关键点是：结构设计提高效率的关键点是：AutoCADAutoCAD自动成图代替根自动成图代替根据计算结果采用据计算结果采用AutoCADAutoCAD手工绘图。手工绘图。二、二、BIMBIM建筑结构设计方法如下图建筑结构设计方法如

59、下图1、当前实用的BIM设计过程：从结构模型开始，沿实心箭头的设计过程； 结构模型到结构计算，确定结构方案； 生成模板图，修改后自动更新结构模型；再经过计算，自动生成准确的施工图； 准确的结构模型传给Revit用于碰撞检查；2、将来BIM设计过程：建筑三维模型开始的结构设计过程。当前在整个结构设计过程中要维护4套独立的结构数据：1)结构模型；2)施工图；3)模板图；4)用于碰撞检查的 模型。BIM采用一套数据用于整个结构设计过程，3个人工作量，一个人就干完了。三、广厦三、广厦AutoCADAutoCAD自动成图系统自动成图系统GSPLOTGSPLOT简介简介 实现如下三大功能，是实现如下三大功

60、能，是BIMBIM结构设计过程的最重要一环（设计效率可提结构设计过程的最重要一环（设计效率可提高高3 3倍）：倍）：1 1、自动成图自动成图，一分钟左右自动生成所有标准层，一分钟左右自动生成所有标准层3 3类墙柱梁板图：类墙柱梁板图： 模板图、钢筋施工图和计算配筋图，达到手工绘制的图纸质量；模板图、钢筋施工图和计算配筋图，达到手工绘制的图纸质量；2 2、联动修改联动修改，一处修改，其它相关地方自动修改；，一处修改，其它相关地方自动修改；3 3、自动更新自动更新，修改模板图后自动更新结构模型。，修改模板图后自动更新结构模型。1 1、一分钟成图一分钟成图 一分钟可自动生成一个高层的全部图纸，大约一