PPT广夏应用之多高层建筑结构计算中的疑难问题及其处理办法讲义

多高层层建筑筑结构构计算算中的的疑难难问题题及其处处理办办法一、主主流结结构计计算软软件的的发展展发展历历史构件计计算平面杆杆系通用分分析和和设计计空间薄薄壁杆杆系墙元杆杆系1982年年计算机机1995年年1985年年2007年年小型机机微机超性能能微机机2.下下一代代主流流结构构计算算应具具备的的条件件1）分分析通通用性性：具具有丰丰富的的计算算单元元、荷荷载、、快速速而大大规模模的求求解器器；2）结结构设设计规规范的的紧密密结合合：能能达到到设计计规范范要求求的各各种计计算功功能；；3））友友好好的的前前后后处处理理：：平平面面、、立立面面和和三三维维建建模模，，参参数数完完全全开开放放设设置置，，施施工工图图自自动动生生成成；；4））优优秀秀的的技技术术服服务务：：提提供供及及时时、、周周到到和和彻彻底底的的技技术术咨咨询询。。3.国国产产通通用用分分析析和和设设计计软软件件继继续续成成为为下下一一代代主主流流计计算算1））GSSAP：：主流流结结构构计计算算软软件件2））PMSAP：：复杂杂结结构构计计算算软软件件3））ETABS：：国外外计计算算软软件件二、、模模型型简简化化1.为为什什么么壳壳单单元元在在各各计计算算软软件件中中计计算算墙墙的的结结果果不不同同1)采采用用壳壳单单元元的的墙墙的的基基本本计计算算方方法法：：壳壳单单元元+子子结结构构+转转角角约约束束xy2123312)计算算结结果果不不同同的的主主要要原原因因a)单元元形形函函数数每层层采采用用一一个个带带开开洞洞的的子子结结构构式式墙墙单单元元A点x向位移A点z向位移B点x向位移B点z向位移ETABS16.5484.18816.134-3.956GSSAP17.1384.20016.701-3.959SATWE19.2224.41218.540-4.054两片片墙墙采采用用两两个个子子结结构构式式墙墙单单元元，，洞洞口口上上部部分分采采用用梁梁单单元元

A点x向位移A点z向位移B点x向位移B点z向位移ETABS22.0804.85021.614-4.640GSSAP19.3994.26118.888-4.034SATWE20.0514.60619.243-4.130b)罚约约束束c)单元元剖剖分分长长度度5x52x21x1ETABS22.0804.85021.614GSSAP19.3994.26118.888SATWE20.0514.60619.243单元元尺尺寸寸/厚厚度度>5d)墙上上下下节节点点协协调调节点号水平位移(mm)按节点协调计算按罚约束1计算按罚约束2计算A4.2473.8514.195B3.5703.3233.510节点号竖向位移(mm)按节点协调计算按罚约束1计算按罚约束2计算A0.6410.4730.631B0.6410.4730.631软件名处理办法引起误差的原因和控制方法SATWE节点协调产生很多厚度大于尺寸的小壳单元；上下节点剖分不对出现不协调节点。PMSAP节点约束加入节点间罚约束使位移太小GSSAP节点协调+约束罚约束与节点协调相比，位移减少，所以当加罚约束时，节点间距离应控制在0.5m之内，否则应采用节点协调的计算方法2.次次梁梁在在空空间间分分析析中中的的计计算算模模型型1)次次梁梁来来源源：：建建模模输输入入次次梁梁和和井井字字梁梁2)连连续续次次梁梁的的两两端端所所搭搭接接梁梁抗抗扭扭过过大大当连连续续次次梁梁的的两两端端搭搭接接不不是是墙墙柱柱且且为为刚刚接接时时梁梁端端边边界界条条件件自自动动设设置置为为半半刚刚，，半半刚刚系系数数为为0.1，，使使连连续续次次梁梁的的两两端端弯弯矩矩较较小小，，与与实实际际模模型型相相符符。。刚接接:-13.74半刚刚:-3.39铰接接:0.003.梁梁柱柱的的7种种变变截截面面形形式式计计算算1)截截面面高高沿沿杆杆变变化化2)变变化化类类型型：：等等截截面面、、线线性性变变化化、、拱拱变变化化、、圆圆弧弧变变化化、、半半拱拱变变化化、、支支托托和和分分段段变变化化3)直直线线杆杆和和圆圆弧弧杆杆按按20段段细细分分计计算算各各段段刚刚度度。。4.开开洞洞梁梁的的计计算算洞口口大大小小对对弯弯矩矩的的影影响响5.楼楼板板的的计计算算模模型型1)程程序序在在计计算算楼楼层层侧侧向向刚刚度度和和楼楼层层结结构构位位移移时时按按全全楼楼平平面面内内无无限限刚刚计计算算。。2)在在总总信信息息中中选选择择是是否否““所所有有楼楼层层强强制制采采用用刚刚性性楼楼板板假假定定””来来决决定定结结构构振振动动周周期期和和内内力力计计算算模模型型；；当选择““实际””模型时时，根据据楼板的的单元计计算类型型和节点点周边板板的情况况自动形形成实际际模型来来计算周周期和内内力。楼楼板的单单元计算算类型分分为：a)刚性板（（面内无无限刚，，面外刚刚度为0）；b)膜单元（（面内弹弹性刚度度，面外外刚度0）；c)板单元（（面内无无限刚，，面外是是弹性板板刚度））d)壳单元（（面内面面外均为为弹性刚刚度）。。“实际模模型”判判据为：：当结构有有采用刚刚性板或或板单元元的楼板板时，根根据楼板板所采用用的计算算单元自自动形成成多块平平面内无无限刚的的刚板，，对于用用户指定定为膜单单元和壳壳单元等等的不属属于刚板板上的楼楼板或节节点自动动根据实实际情况况按弹性性楼板或或自由节节点计算算。3)考虑虑几何不不敏感性性网格扭曲系数α端点弯矩荷载端点位移标准化端点剪力荷载端点位移标准化精确１１０１１１0.970.98２0.930.95GSSAP膜单元网格扭曲系数α端点弯矩荷载端点位移标准化端点剪力荷载端点位移标准化精确１１０１0.958１0.5020.510２0.2800.303ETABS膜单元6.带侧侧约束地地下室的的刚度1)刚度度放大无无依据；；2)侧土土弹簧根根据侧土土基床系系数；3)侧土土基床系系数不同同对顶点点位移和和周期的的影响。。7.层间间梁和斜斜柱1)立面和三维维输入2)自动动节点剖剖分3)按弹弹性计算算（图）8.(杆杆端和支支座)自由度的的释放和和约束1)梁两两端铰接接；2)单桩桩基础上上柱下端端铰接；3)地下下室嵌固固；4)不等等高嵌固固；5)考虑虑沉降不不均匀计计算。1)梁两两端铰接接；2)单桩桩基础上上柱下端端铰接；3)地下下室完全全嵌固；；结构层1平面嵌嵌固时，，设置结结构层2中同一一刚板号号任一墙墙柱下节节点约束束。4)不等等高嵌固固；a)在总体信信息中按按实际模模型计算算；b)结构层2平面嵌嵌固时，，设置结结构层2中墙柱柱下节点点约束。。5)考虑虑沉降不不均匀计计算只用于对对重力恒恒荷载工工况下约约束，用用于考虑虑不均匀匀沉降对对结构的的影响。9.砖墙在空空间分析析中的计计算砖墙计算算模型为为开洞墙墙元，可可计算复复杂的砖砖砼混合合结构。。10.单元自动动剖分单元自动动剖分是是计算准准确的重重要一环环。1）线单元剖剖分：变变截面、、相邻弹弹性板、、中间有有其它构构件搭接接点；2）墙和和梁带洞洞口的矩矩形单元元剖分；；3）板的的凸凹多多边形剖剖分。可自动剖剖分二维维任意凸凸凹多边边形，多多边形内内可包含含多边形形洞口、、剖分点点和剖分分线。基础CAD中的凸凹凹多边形形剖分。。三、荷载载与作用用1.通用用分析中中荷载的的完整输输入1)4个数据：：类型、、工况、、方向和和大小；；2)类型型指的是是它的形形式如均均布和分分布等；；3)8类工况为为：恒、、活、水水土压力力、预应应力、雪雪、温度度、人防防、施工工和风荷荷载；4)6个荷载作作用方向向：局部部坐标的的1、2、3轴和总体体坐标的的X、Y、Z轴；5)可以以在墙柱柱梁板上上人工布布置荷载载。2.恒活荷载载分重力力类和非非重力类类工况类型荷载工况恒荷载重力类恒荷载：结构自重、装修等计入质量的恒荷载非重力类恒载：土侧压力、水侧压力、水浮力和预应力荷载等不计入质量的恒荷载可变荷载重力活载：规范定义的楼面活荷载，计入质量吊车荷载，可计入质量雪荷载，计入质量风荷载：可考虑8个方向温度:升温和降温地震作用地震作用：可考虑8个方向（工况）偶然偏心地震作用：可考虑8个方向（工况）人防荷载人防等效静力荷载施工荷载施工荷载3.温度荷载载的计算算墙柱梁板板都支持持温度应应力分析析:1）包含含升温和和降温两两工况；；2）可布布置均匀匀升降温温和温度度梯度荷荷载；3）采用用应力松松弛系数数来考虑虑钢筋混混凝土结结构的徐徐变，实实际温差差乘以应应力松弛弛系数作作为计算算温差，，应力松松弛系数数根据温温差变化化过程的的缓慢程程度不同同可取0.3-0.5，温差差变化过过程快时时应力松松弛数大大，反之之则小。。4.地下室的的人防设设计可以进行行各种复复杂的地地下室人人防计算算:1)多层人防防的计算算；2)结构局部部人防的的计算；；3)多个人防防单元的的计算；；4)没有直接接布置人人防荷载载的墙柱柱梁板的的人防计计算。计算过程程：1)选择“人防荷载载”工况输输入墙柱柱梁板的的人防荷荷载；2)设置墙柱柱梁板考虑人防防设计，没有直直接布置置人防荷荷载的墙墙柱梁板板可考虑虑人防设设计；3)三维线弹弹性有限限元分析析；4)人防作用用效应组组合；5)人防构件件截面计计算。。5.施工荷载载作用1）高层建建筑结构构首层楼楼面宜考考虑施工工荷载，，不宜小小于10kN/m2；2）单独作作为一一个荷荷载工工况输输入；；3）墙柱柱梁板板内力力组合合：1.0恒+1.0施工荷荷载γG恒+1.0施工荷荷载6.风荷载载作用用1)迎风面面计算算根据风风荷载载作用用方向向，将将建筑筑外轮轮廓投投影到到垂直直风荷荷载作作用方方向的的平面面，每每一楼楼层的的层高高乘以以楼层层投影影宽度度就是是迎风风面积积。这这里注注意，，当楼楼层由由多个个刚性性隔板板组成成时（（互不不连通通）应应分别别计算算每个个刚板板的投投影宽宽度，，否则则风荷荷载会会漏掉掉。2)层风荷荷载的的分配配根据每个节节点的的按迎迎风面面积分配，，好于于以往往计算算作用用于质质心的的方法法，两两者顶顶点位位移误误差最最大可可达20%。3)多方向向的风风荷载载计算算有斜交交抗侧侧力构构件的的结构构，当当相交交角度度大于于15°°时，在在风荷荷载计计算时时也应应分别别计算算各抗抗侧力力构件件方向向的水水平力力作用用。最多可可输入入8个风荷荷载方方向，，每个个风荷荷载方方向作作为一一个独独立的的工况况参与与内力力组合合。如0、、90、180、2704)不同方方向的的风基基本风风压、、体型型系数数和自自振周周期不不同5)楼顶附附属物物的风风荷载载计算算1)梁梁柱上上可输输入每每个风风作用用方向向的体体型系系数和和迎风风宽度度，墙墙板可可输入入每个个风方方向的的体型型系数数和迎迎风面面积；；2)基基本风风压、、风压压高度度变化化系数数和距距地Z高度处处风振振系数数按构构件所所在的的层自自动计计算；；3)也也可同同普通通的静静力荷荷载输输入，，只是是工况况要选选择风风荷载载工况况；4)按按层导导的风风荷载载和用用户在在构件件布置置的风风荷载载互相相叠加加。7.地震作作用1）多个个地震震方向向计算算a)最多可可设置置8个地震震方向向；b)每个方方向可可考虑虑偶然然质量量偏心心；c)每个方方向可可考虑虑双向向地震震的扭扭转效效应；；d)每个方方向进进行刚刚度比比和剪剪重比比等验验算并并做相相应的的内力力调整整。2）3种固有有频率率求解解方法法子空间间迭代代法计计算精精度高高，但但速度度稍慢慢。对对于小小型结结构，，当计计算振振型较较多、、或需需计算算全部部结构构振型型时，，宜选选择该该方法法。对对于普普通结结构计计算，，建议议采用用该方方法计计算。。兰索斯斯(Lanczos)方法速速度快快，精精度稍稍低。。对于于一般般的结结构计计算，，只需需求解解结构构的前前几十十个振振型，，需计计算振振型数数远小小于结结构的的总自自由度度数、、质点点数，，兰索索斯方方法的的计算算结果果与子子空间间迭代代法计计算结结果基基本相相同。。李兹向向量(Ritz)直接法法的速速度、、精度度介于于前两两者之之间。。在一般般的结结构设设计中中，三三种计计算方方法的的计算算精度度都能能满足足设计计要求求，对对于特特殊结结构当当采用用一种种方法法求解解不收收敛或或不能能求解解固有有频率率时，，可换换另一一种方方法求求解。。8.吊车荷荷载的的计算算1)吊吊车车轨道道a)两轨道道可不不在同同一高高度；；b)两轨道道可不不平行行；c)每条轨轨道的的两端端点可可不在在同一一高度度。2)荷荷载载作用用点a)与柱自自动求求交；；b)与梁自自动求求交。。四、有有关计计算的的原则则1.模模拟施施工和和后浇浇计算算1)准确的的模拟施工工计算程序对于模模拟施工的的求解方法法，不采用用任何近似似的方法，，而是真正正按施工过过程的状态态进行模拟拟计算，荷荷载和刚度度两个都在在变化的求求解，结果果合理。2)后浇构件的计算在框剪结构构设计中，，由于核心心筒剪力墙墙与周围柱柱竖向变形形差异大，，与两者连连接的梁在在计算上往往往承载力力不够，设设计上可考考虑后浇施施工。可设设置墙柱梁梁板的模拟拟施工号实实现后浇施施工计算。。2.关于活活荷载计算算1)考虑活荷载载不利布置置按连续梁排排序考虑11种布置情况况（考虑求求解速度和和足够多的的布置包括括不利情况况），第1跨和第11跨活载载同时布置置。2)考虑墙柱基基础活荷载载折减处理方法：：a)在总体信息息中可选择择按表4.1.2规定折减。。b)其他房屋类类别时，每每根墙柱的的属性中可可设置活荷荷载分项系系数，缺省省随总体信信息1.4，如墙柱柱活载折减减为0.9，则可设设置此墙柱柱活荷载分分项系数=1.4*0.9=1.26，通过荷荷载组合考考虑墙柱活活荷载折减减。荷载规范4.1.2中设计墙墙、柱和基基础时的折折减系数：：

1)第第1(1)项应按表表4.1.2规定定采用；2)第1(2)～～7项应应采用与其其楼面梁相相同的折减减系数；3)第8项对单向向板楼盖应应取0.5；对对双向板楼楼盖和无梁梁楼盖应取取0.8；；4)第9～12项项应采用用与所属房房屋类别相相同的折减减系数。3)考虑梁活荷荷载折减处理方法：：每条梁的属属性中可设设置活荷载载分项系数数，缺省随随总体信息息1.4，，如梁活载载折减为0.9，则则可设置此此梁活荷载载分项系数数=1.4*0.9=1.26，通过过荷载组合合考虑梁活活荷载折减减。荷载规范4.1.2中设计楼楼面梁时的的折减系数数：

1)第1(1)项当楼楼面梁从属属面积超过过25㎡时时，应取取0.9；；

2)第第1(2)～7项项当楼面梁梁从属面积积超过50㎡时应应取0.9；

3)第8项项对单向板板楼盖的次次梁和槽形形板的纵肋肋应取0.8；对对单向板板楼盖的主主梁应取0.6；对对双向向板楼盖的的梁应取0.8。。4)工业结结构设计荷载规范附附录C中，对不同同的工业建建筑结构提提供了不同同的活载组组合值系数数和准永久久值系数，，总体信息息和构件的的属性中可可设置活荷荷载组合值值系数和准准永久值系系数满足工工业结构设设计的需要要。3.多塔错错层结构计计算1)准确计计算风荷载载；2)两塔顶顶可有不同同的小楼；；3)两塔可可不等高；；4)刚度比比、周期比比，刚重比比和位移比比等可按塔塔输出；5)施工图图可按AB塔输出。4.上部结结构与地下下室联合分分析及地下下室设计1)基础回填土土对结构的的约束作用用；2)地下室部分分无风荷载载作用；3)结构主体高高度扣除了了带侧约束束地下室部部分和小塔塔楼部分；；4)内力调整时时带侧约束束地下室的的上一层为为底层；5)剪力墙底部部加强区判判定时，带带侧约束地地下室的上上一层为首首层；6)带侧约束地地下室柱长长度系数自自动计算为为1.0。5.连梁的的计算和设设计1)连梁自动判判定条件：：两端为剪剪力墙，至至少一端墙墙轴线方向向与梁相同同（程序判判断小于25度）且跨高比小于于等于5；2)被虚柱打断断的连梁能能自动判定定；3)超出自自动判定的的范围时，，请修改梁梁属性中的的设计类型型，可指定定连梁或去去掉连梁指指定；4)连梁的混凝凝土等级随随各层信息息时，连梁梁随墙的各各层信息，，连梁抗震震等级随总总信息时，，随墙的总总信息；5)当考虑连梁梁刚度折减减时，只在地震分分析中考虑虑，不能在静静力和风荷荷载分析中中折减连梁梁刚度，静静力和风荷荷作用下连连梁是不能能开裂和破破坏的，所所以地震分分析和静力力或风分析析的刚度是是不同的，，若不考虑虑这一点，，墙内力计计算结果偏偏小，框架架结果偏大大。6.梁刚度度增大1)不是连梁；；2)梁高和宽小小于800mm；3)相邻板的计计算单元类类型刚性板板或膜单元元，不是壳壳单元、板板单元或三三维元；4)当同总信息息时，两边边有板时，，梁刚度乘乘以总信息息中的“梁梁刚度增大大系数”，，一边有板板时，梁刚刚度乘以（（1.0+总信息中的的梁刚度增增大系数/2），两边无无板时，梁梁刚度不放放大;5)在梁的的设计属性性中可设置置“梁刚度度增大系数数”。7.梁的计计算长度1)当梁被被分成两段段时，应按按实际梁长长计算跨高高比；2)自动计计算梁的计计算长度：：按梁重力力恒载作用用下的弯矩矩和所塔墙墙柱计算实实际长度。。8.柱的计计算长度1）计算长度度=柱长度*计算长度系系数；2）程序会自自动计算B边和H边柱长度和和计算长度