合理建立结构计算模型PPT

1、合理建立结构计算模型合理建立结构计算力学模型和正确选择计算分析程序 结构的计算力学模型是采用了一定的假设条件，对实际结构进行了一定简化处理，模拟实际结构工作状态的力学模型。结构计算力学模型是结构计算分析的前提和基础。只有合理、正确地建立能充分反映实际结构工作状态又适应于所选用计算分析程序的力学模型，并以此为基础得到的计算结果才可能是合理的、有效的、能满足工程设计需要的，也才能为结构的设计提供可靠的依据。现就建立结构计算力学模型和结构计算分析过程中的一些问题进行讨论。 1、结构计算力学模型中的几何参数和材料参数应实际结构一致结构计算力学模型中的几何参数与实际结构的一致性主要包括:a.结构计算力学

2、模型中的结构楼层数和相应层高应与实际结构一致;b.结构计算力学模型中的各构件截面尺寸应与实际结构一致设计中常见：结构计算力学模型中的梁、柱、剪力墙、剪力墙间连梁(剪力墙上开洞尺寸) 、剪力墙截面高度或厚度、楼板厚度等构件截面尺寸应与实际结构对应的构件截面尺寸不一致。结构计算力学模型中的各构件截面尺寸应与实际结构不一致时,不仅会使力学模型中结构构件的强度计算和变形计算不能反映结构实际情况,也会使力学模型中各抗侧力结构刚度和结构的整体抗侧刚度与实际结构不一致。 结构计算力学模型中的材料参数与实际结构的一致性主要包括:a.结构计算力学模型中取用的各构件混凝土强度等级应与实际结构对应构件的混凝土强度等

3、级一致; b.结构计算力学模型中的各构件中取用的钢筋强度设计值应与实际结构对应构件中采用的钢筋种类相匹配。工程设计常见：1）.梁混凝土强度等级低于柱，而梁柱节点区域混凝土强度等级按梁的施工，设计时未按实际的节点区域混凝土强度等级验算节点的抗剪能力和计算箍筋用量；2).剪力墙分布钢筋的强度设计值取值高于图纸；3).剪力墙分布钢筋的配筋率取值高于图纸；4).板的混凝土强度等级计算高于或低于图纸（计算是高于图纸时会使设计不安全，计算低于图纸时，板的配筋率常不满足规范强制性条文的要求）。 显然,结构计算力学模型中的几何参数和材料参数应实际结构不一致时,将使结构计算力学模型不能真实反映实际结构的受力情况

4、而使结构计算失去意义。2、结构计算力学模型中楼板平面内刚度的假定应反映实际结构楼板的刚度情况 力学模型中楼板平面内刚度的合理简化是决定分析精度和可靠性的一个重要因素，在计算模型中楼板在其平面内的刚度可被简化为刚性楼板、柔性楼板和弹性楼板。在建立力学模型时，应根据实际结构楼板平面内的刚度情况采用不同的假定，也就是应根据楼板平面的凹凸情况，开洞情况、楼板平面的长宽比等情况，以及楼板类型（现浇、装配式等）等情况采用能反映楼板平面内刚度变化的假定。不同的楼板简化假定不仅会影响力学模型整体结构的计算结果，也会影响一些构件的计算结果。 在楼板的不同刚性假定中,结构计算分析时水平荷载在各抗侧力结构中的分配是

5、有很大差别的, 当采用刚性板假定时,水平荷载在各抗侧力结构的分配仅与各抗侧力结构的抗侧刚度大小有关, 当采用柔性楼板假定时,水平荷载在各抗侧力结构的分配只与各抗侧力结构的承载面积或所承担的重力荷载有关,当采用弹性楼板假定时, 水平荷载在各抗侧力结构的分配不仅与各抗侧力结构的抗侧刚度大小有关,还与各抗侧力结构承载面积或承担的重力荷载有关。 所以力学模型中所采用的楼板平面内刚度的假定应真实反映实际结构楼板平面内的刚度情况，这样才能使力学模型的计算分析结果较真实地反映实际结构的工作状态。 工程设计中常常凹凸不规则或楼板局部不连续时，未按建筑抗震设计规范（GB 50011-2002）3.4.3条的要求

6、，采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，也就是此类结构在内力计算计算分析和构件设计时未应定义弹性板，结构的计算分析将不满足规范要求。（有时计算时虽定义了弹性板，内力计算时采用强制全楼刚性楼板假定，或弹性板的范围定义不合理，以此计算结果为依据进行设计也不能满足规范要求。）3、结构计算力学模型的结构布置应与实际结构的结构布置一致 a.结构的平面布置 结构的平面布置一般包括结构平面上梁的设置、梁的相对位置、楼板的厚度、楼板类型(现浇板或预制板等)、楼板开洞的位置及大小等方面内容。结构计算力学模型中的梁的设置和相对位置与实际不同时，会使力学模型中承受竖荷载的各构件（板、梁、柱等）的受力情况以及竖向

7、荷载的传递路径与实际结构不同。 设计中常常：1).梁的设置数量和相对位置图纸于计算模型不一致；2).板的类型图纸于计算模型不一致（单向支承的预制板按现浇办输入等）；3).力学模型中的楼板厚度、楼板开洞的大小和位置等与实际结构不同时（会使力学模型中楼板刚度的计算与实际结构不同。b.结构的立面布置 结构的立面布置主要包括板、梁的相对标高位置，梁的立面布置等方面内容。在结构设计中，力学模型结构立面布置与实际结构不一致主要表现在如下几个方面：a）.际结构存在错层，力学模型按同一标高平面输入；b）.实际结构中不位于楼面标高处与抗侧力结构相连的门窗过梁、楼梯平台梁等，建立力学模型时不输入；c).实际结构中

8、不位于楼面标高处并与抗侧力结构相连的梁等，建立力学模型时不按实际相对标高输入；d).实际结构中较高的坡屋面，局部突出屋面小塔楼、设于屋面上的钢塔等在建立力学模型时仅按屋面荷载输入。 这样做将会使力学模型的动力特性、结构整体刚度、结构各抗侧力结构刚度、地震作用大小、地震作用在各抗侧力结构间的分配，各抗侧力构件的内力和受力状态以及抗侧力构件的破坏形态等与实际结构不同，使力学模型的计算结果不能作为结构设计的可靠依据而失去意义。(如框架结构中的层间梁,会增大含有层间梁的框架的侧向刚度,从而使结构整体刚度变大,由此整体结构的地震作用也会变大,分配到该榀框架的地震作用也将变大, 层间梁的存在还有可能该榀框

9、架的柱成为短柱而改变柱的破坏形态。可见,若模型输入时该层间梁未输入或输入的相对位置与实际结构不一致时,均可导致计算结果不能反映结构的实际工作情况)c.结构的竖向受力构件的布置 结构的竖向受力构件的布置主要包括竖向受力构件的种类(柱、剪力墙、支撑等) 、各种竖向受力构件的数量和各种竖向受力构件的平面位置等方面内容。 结构的竖向受力构件的布置对结构的整体刚度和抗扭刚度会产生很大影响。如框架-剪力墙结构中,剪力墙的数量会影响结构整体抗侧刚度。而相同数量的剪力墙,当布置于不同的平面位置时会使结构获得不同的抗扭刚度。(实际工程中常常结构模型中的剪力墙数量和平面位置与实际结构不一致) 所以结构设计时应使结

10、构力学模型中的竖向受力构件布置与实际结构一致,这样结构力学模型才能真实地反映实际结构的受力情况,以此结构力学模型为基础的计算结果才能满足设计的要求。4、力学模型中的梁支承关系应与实际结构一致 结构平面中的交叉梁系按支承关系大致可分为如下两种：1.相互交叉的梁在交点处互为支承，各交叉的梁间无明显的荷载传递，各种荷载的传递是由交叉的梁按自身的刚度及交点处的变形协调关系，独立地将荷载传递至它们的支承构件。在计算时，这类梁的内力、变形及传递至其支承构件的反力是按交叉梁系交点处的变形协调关系进行计算和分配的。2.主次梁关系，这类梁是假定次梁支承于主梁上，这种情况下的荷载传递是次梁荷载首先传递主梁，再由主

11、梁将荷载传至其支承构件，计算时不考虑交叉梁系交点处的变形协调，主梁和次梁的内力及变形分别独立计算。 这两种支承关系计算出的交叉梁系各梁的内力、变形及传递至它们的支承构件上的反力均有较大的不同，这也使它们支承构件的内力及变形不同。所以，结构设计时所建立的力学模型中梁的支承关系应与实际结构一致，否则将使结构的设计不安全。 设计时这种关系经常被人为改变,也就是模型为模型为互为支承的交叉梁系,设计图施工图纸人为地改为主次梁。5、力学模型中梁板的支承约束边界条件的简化应能反映实际结构的工作状态在结构计算力学模型中，梁、板的支承约束边界条件常被简化为刚结、铰接、弹性连接、滑动连接等。相同的结构布置及荷截布

12、置，当力学模型中对梁和板的支承约束边界条件采用不同的简化假设时，在计算时，结构的动力特性，整体刚度、地震作用等以及结构的变形，结构构件的内力等都会存在很大的差别。因而在建立结构计算力学模型时应确保梁、板、的支承约束边界条件能真实地反映实际结构的工作状态，这样力学模型的计算分析结果才可能是有效的和合理的。工程设计中常有这样的情况：例1：现浇钢筋砼结构中，板与边梁的连接实际是弹性连接，边梁对板的转动约束作用大小与边梁的抗扭刚度与板的平面外刚度相对大小有关。当板的跨度较大时，有时边梁对它的转动约束作用已很小，在时设计时若仍定义梁在边梁的支承约束条件为固结，这样处理，使力学模型中板的支承约束条件不能真

13、实反映实际结构的工作情况,这样做会板的跨中弯矩计算值比实际值小，以此力学模型的计算结果为设计依据时，会使板的设计不安全。例2：实际结构中钢屋架、网架等与其支承构件的连接条件接近铰接，在结构整体计算时，支承约束边界条件在力学模型中按刚结输入，按这种方式处理时，将使结构的整体刚度和地震作用的计算以及竖向荷载作用的结构构件的内力计算不能反映结构的实际工作情况，用此整体分析结果对结构进行设计或对钢屋架或网架的支承构件进行设计而不采用其它方法复核时，对结构和钢屋架或网架的支承构件的设计将是不安全的。6计算力学模型中的荷载布置应与实际结构的荷载布置一致 力学模型中的荷载布置应真实地反映实际结构的受荷情况。

14、力学模型中的各类荷载布置应根据实际结构情况，不应漏布置、少布置，也不应多布置。永久荷载和可变荷载按实际情况，分类布置，不应永久荷载按可变荷载布置或可变荷载按永久荷载布置。 漏布置和少布置的荷载会使结构的设计不安全，多布置的荷载一方面会使结构设计不经济，另一方面在某些情况下也会使一些结构构件处于不安全状态，如挑梁、连续梁的某跨荷载多布置时将使与之相邻的梁跨中弯矩减小，从而使邻跨梁设计不安全。 按照现行设计规范的有关规定，在结构计算分析时，永久荷载效应和可变荷载效应是区别对待的（分项系数和组合系数均有区别），所以力学模型中荷载布置应根据相关规范的要求按荷载类别分别布置，这样力学模型的计算结果才是符

15、合规范要求的，以此为依据的设计才可能是规范要求的。例：若永久荷载按可变荷载布置，在地震作用计算时可变荷载的组合系数是小于1(0.5或0.8)的,这样有可能使结构的重力荷载代表值计算偏小，从而使结构的地震作用计算偏小，而使结构设计不安全。7计算模型中定义的构件类型应与图纸一致 如计算模型中按主梁输入并定义为连梁的梁，其构造应满足规范关于连梁的构造要求，设计图纸中这类梁经常是按一般框架梁或次梁构造的，如果是高层建筑结构，这将不满足高规强制性条文的要求。 计算时支座为刚接或弹性连接的梁图纸按铰接配筋，跨中配筋未相应放大。8合理选择计算分析电算程序和正确输入相关设计参数 结构计算程序和与之相适应的力学

16、模型，都是建立在一定假设条件上的，也就是说，计算程序和力学模型是不可能完全精确地反映实际结构的工作状态的，因此在选择计算程序时应特别注意它们的假设条件和适用范围，只有计算程序的假设条件和适用范围满足实际结构的要求时，计算结果的精度才能满足工程设计的需要。 对于那些体形复杂、结构布置复杂的结构如复杂高层建筑结构和竖向不规则的高层建筑结构（侧向刚度不规则、承载力突变），应采用至少两个不同力学模型的结构分析程序进行结构的整体计算分析，并以其最不利结果做为设计依据。例：“PKPM”系列程序中的，TAT程序该程序采用的是薄壁杆系模型，对输入的每一层结构层楼板均采用刚性楼板假定，当结构中存在越层柱或错洞剪

17、力墙等不满足假定条件的情况时，该程序的计算结果精读不能满足设计要求。 在合理选择计算分析电算程序后还应正确输入能反映实际结构工作状态和满足现行相关规范规定的设计参数。设计参数是结构计算的重要依据，是保证计算结果合理有效的关键。 输入的设计参数：结构类型如不应将异形框架结构按普通框架输入（二者设计所依据的规范不同）、地震参数（设防烈度、地震影响系数最大值、场地类别和场地特征周期、设计地震分组等）、结构安全等级等（有时确定结构安全等级为一级，而重要性系数输入为1.0）。 结构的侧向刚度选择剪切、剪弯、地震和位移的比值。总刚和侧刚模型例： “PKPM”系列程序中水平地震作用下结构整体分析计算时的侧刚模型和总刚模型的选择：侧刚模型:不论在建摸中有无弹性板