结构设计常见问题探讨及midas解决方案

结构设计常见问题探讨

及midas的解决方案北京迈达斯技术有限公司目录材料和截面荷载问题层设置问题构件问题分析问题设计问题1.材料容重问题midasGen和Building的默认重力加速度-9.806midasGen和midasBuilding的默认容重(可修改)-钢材：76.98(=7800×9.8)-混凝土：25*影响自重和质量大小，不同软件可能会相差2%2.材料剪切模量问题各软件剪切模量不同引起的误差，有时会相差1%以上midasBuilding等国内设计软件:取规范值midasGen等通用分析软件：取理论公式3.截面剪切面积问题位置midasPKPMETABSMyMyMyI端-123.68-106.6-123.68中央159.73153.6159.1J端-181.86-211.1-181.86各软件截面剪切面积不同引起的误差，有时会相差10%以上目录材料和截面荷载问题层设置问题构件问题分析问题设计问题1.恒荷载转换为质量时的问题midas两个软件考虑竖向构件自重沿竖向的分布，柱顶和柱底的轴力不同但恒荷载转换为质量时，竖向构件的质量放置位置，两个软件会不同miadsBuilding------------------------------------------------------------全层放置在楼层标高处(除非层中有节点）miadsGen------------------------------------------------------------全层放置在楼层标高处(除非层中有节点）2.活荷载不利布置的问题准确方法(midasBuilding方法)考虑对其他楼层梁、竖向构件的影响仅考虑对本层梁不利布置的结果3.异形板导荷的问题异形板导荷准确模拟隔墙荷载异形板导荷准确的重要性：

影响周边竖向构件的轴压比和变形变形差

造成周边框架梁配筋不准确：导荷不准确引起的+竖向构件变形差不准确引起的，按两边平均跨度取均布时，误差可能会相差20%以上。3.异形板导荷的问题异形板周边梁分析结果差异(相差大于20%)midasBuilding（结构大师）两边取平均跨度均布荷载时4.高度超过45m矩形截面高层建筑风荷载体型系数

《建筑结构荷载规范》表8.3.1第31项

D/B=1.2:风荷载沿长边方向：背风面体型系数=-0.5

风荷载沿短边方向：背风面体型系数=-0.6平面深宽比D/B新规范旧规范≤1-0.6-0.51.2-0.52-0.4≥4-0.34.高度超过45m矩形截面高层建筑风荷载体型系数

Building与PKPM新规范版本的风荷载数值相差较大，最顶层风荷载数值一样，越往下层差别越大。主要差别在计算风振系数βz这个数值上面。

5.新规范版本的风荷载计算问题

Building采取的查表法，附录G0.3PKPM采取的近似公式法条文说明8.4.75.新规范版本的风荷载计算问题Building采取的查表法，附录G0.3，中间值用线性差值法取值5.新规范版本的风荷载计算问题PKPM采取的近似公式法条文说明8.4.7---高层结构类型5.新规范版本的风荷载计算问题5.新规范版本的风荷载计算问题探讨：不同的结构体系用哪种方法更为合适？目录材料和截面荷载问题层设置问题构件问题分析问题设计问题1.楼板类型midasBuilding：刚性板、弹性板、弹性模、内刚外弹刚性板：面内无限刚、面外无刚度弹性板：面内和面外刚度按真实计算（弹性板6）弹性膜：面内刚度按真实计算，平面外刚度为0内刚外弹：面内无限刚，面外刚度按真实计算（弹性板3）*注意：midasBuilding中有楼板位置才会考虑楼板类型，因此设定为刚性板时也要定义楼板。2.特殊层(嵌固层、过渡层、加强层、转换层)的处理问题2.特殊层(嵌固层、过渡层、加强层、转换层)的处理问题对嵌固层的处理刚度比验算要求：高规5.3.7、3.5.2-2结构类型是否指定了嵌固层无地下室时有地下室时说明框架结构X1F/2F>=0.71F/[(2F+3F+4F)/3]>=0.81F/2F>=0.71F/[(2F+3F+4F)/3]>=0.8地下室不验算其他楼层的刚度比根据5.3.7、3.5.2-2正常验算O不允许指定嵌固层嵌固层/嵌固层上第1层>=2嵌固层上层第1层/嵌固层上第2层>=0.7嵌固层上层第1层/[嵌固层上(2层+3层+4层)/3]>=0.8嵌固层以下不验算非框架结构X1F/2F>=1.51F/2F>=0.9（本层层高/上层层高<=1.5时）1F/2F>=1.1（本层层高/上层层高>1.5时）地下室不验算O不允许指定嵌固层嵌固层/嵌固层上第1层>=2嵌固层上第1层/嵌固层上第2层>=1.5(目前程序1F/2F)嵌固层上第2层/嵌固层上第3层>=0.9（本层层高/上层层高<=1.5时）嵌固层上第2层/嵌固层上第3层>=1.1（本层层高/上层层高>1.5时）嵌固层以下不验算2.特殊层(嵌固层、过渡层、加强层、转换层)的处理问题对嵌固层的处理构造要求

高规第12.2.1-3条及新抗规第6.1.14-3条，地下一层柱截面每侧的纵向钢筋面积不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍；地下一层梁端顶面和底面的纵向钢筋应比计算值增大10%采用。(程序自动考虑)抗规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。地下室中无上部结构的部分，抗震构造措施的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。(需要人工指定)抗规6.1.14-1，嵌固层楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25％(自动校审功能，绘图师中施工图)2.特殊层(嵌固层、过渡层、加强层、转换层)的处理问题对嵌固层的处理节点强梁弱柱验算要求抗规6.1.14-3，地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍(强柱弱梁验算中)2.特殊层(嵌固层、过渡层、加强层、转换层)的处理问题对过渡层的处理抗规6.4.5、新高规7.2.14，约束边缘构件楼层和构造边缘构件楼层之间需要设置过渡层程序建议：过渡层的尺寸、配筋面积取(约束+构造)的平均值约束构造过渡层+(约束+构造)的一半2.特殊层(嵌固层、过渡层、加强层、转换层)的处理问题对加强层的处理高规10.3.3加强层及其相邻层的框架柱、核心筒剪力墙的抗震等级应提高一级采用，一级应提高至特一级，但抗震等级已经为特一级时应允许不再提高；加强层及其相邻层的框架柱，箍筋应全柱段加密配置，轴压比限值应按其他楼层框架柱的数值减小0.05采用；加强层及其相邻层核心筒剪力墙应设置约束边缘构件(程序自动，建议手动指定)(程序自动)(程序自动)2.特殊层(嵌固层、过渡层、加强层、转换层)的处理问题对转换层的处理转换梁：按梁建模、按墙分析、按梁设计

楼板：强制指定为弹性板

转换梁与框支柱、剪力墙变形协调

转换层自动判断为薄弱层

建议：转换层上墙、转换梁网格要细分，做详细分析转换层楼板要详细分析2.特殊层(嵌固层、过渡层、加强层、转换层)的处理问题一些特殊层的约束边缘构件设置要求加强层(新高规10.3.3)：加强层及其相邻层核心筒剪力墙应设置约束边缘构件

连接体(新高规10.5.6)：与连接体相连的剪力墙在连接体高度范围及其上、下层应设置约束边缘构件。

程序实现：用户指定约束边缘构件楼层。

目前版本指定：表示在自动上增加目录材料和截面荷载问题层设置问题构件问题分析问题设计问题1.连梁刚度折减系数的问题规范规定(新高规5.2.1)高层建筑结构地震作用效应计算时，可对剪力墙连梁刚度予以折减，折减系数不宜小于0.5(重力荷载、风荷载不折减)

两个问题与中梁和边梁刚度放大系数的关系不连乘，对矩形截面刚度的折减为最终刚度

楼板类型的影响指定为弹性板时，楼板刚度凝聚到连梁上，相当于连乘。程序目前将凝聚到连梁上的刚度忽略。否则与刚性板结果会相差较大。2.中梁和边梁刚度放大系数的问题按规范方法取翼缘宽度计算时

当梁侧楼板为异形板时，有可能刚度放大异常

程序中采用弹性板假定时

程序会根据楼板厚度自动凝聚刚度

因此采用弹性板假定，更接近实际情况目录材料和截面荷载问题层设置问题构件问题分析问题设计问题1.倾覆弯矩的计算方法问题规范简化算法：采用层剪力计算结构力学算法：采用轴力弯矩法规范荷载条文旧抗规基本振型6.1.3新抗规规定的水平力6.1.3规范：框架承担的倾覆弯矩的比例以底层数据为准！结构力学方法框架负担比例相对较高！1.倾覆弯矩的计算方法问题无论层剪力方法还是结构力学方法都存在的问题：规定的水平力怎么算(总倾覆弯矩怎么算)？框架部分的承担的倾覆弯矩怎么算？1.倾覆弯矩的计算方法问题“规定的水平力”算法的问题(如何计算总倾覆弯矩)：

振型分解反应谱法：效应采用各振型的组合结果振型1的层间剪力=振型1的剪力墙剪力+振型1的框架剪力振型2的层间剪力=振型2的剪力墙剪力+振型2的框架剪力

…振型n的层间剪力=振型n的剪力墙剪力+振型n的框架剪力层间剪力=振型12+振型22+…+振型n2剪力墙剪力=振型12+振型22+…+振型n2框架剪力=振型12+振型22+…+振型n2层间剪力≠剪力墙剪力+框架剪力(①和②取哪个？目前Building中取①)①②1.倾覆弯矩的计算方法问题

框架的剪力(或倾覆弯矩)的计算方法：振型1的框架剪力=振型1的柱1剪力+振型1的柱2剪力+…+振型1的柱n剪力振型2的框架剪力=振型2的柱1剪力+振型2的柱2剪力+…+振型2的柱n剪力

…振型n的框架剪力=振型n的柱1剪力+振型n的柱2剪力+…+振型n的柱n剪力框架剪力=振型12+振型22+…+振型n2柱1剪力=振型12+振型22+…+振型n2柱n剪力=振型12+振型22+…+振型n2框架剪力≠柱1剪力+…+柱n剪力(①和②取哪个？目前Building中取②)①②2.斜柱、支撑、楼梯构件如何参与层承载力突变的计算问题

目前存在的问题规范没有给出支撑、斜柱、楼梯构件对抗剪承载力的贡献程序对支撑、斜柱取轴向承载力的水平分量；没有考虑楼梯构件的影响

商榷：目前是所有竖向构件的抗剪极限承载力的和---不真实

推荐方法-非线性分析：大震下各楼层最大剪力的比值3.偶然偏心尺寸的调整规范规定：高规4.3.3条当楼层平面有局部突出时，可按回转半径相等的原则，简化为无局部突出的规则平面。问题的提出：

平面几何形状不是矩形时

平面有局部突出时偶然偏心取5%的平面投影尺寸合理吗？3.偶然偏心尺寸的调整

广东补充规定：ei=0.1732ri高规4.3.3

开放偶然偏心取值4.不同材料阻尼比的影响规范规定：抗规10.2.8条对大跨屋盖结构要求采用基于应变能的振型阻尼法。另外对混合结构也应考虑不同材料的阻尼比。问题的提出：上部钢网架结构+下部钢筋混凝土结构钢框架+砼剪力墙结构当不同材料的构件体量接近，不能忽略材料不同阻尼比对地震响应的影响。

采用统一阻尼比法时，当阻尼比取值大于0.02时，钢结构不安全(小10%以上)，需要加强4.不同材料阻尼比的影响4.不同材料阻尼比的影响4.不同材料阻尼比的影响4.不同材料阻尼比的影响4.不同材料阻尼比的影响4.不同材料阻尼比的影响4.不同材料阻尼比的影响基于应变能的振型阻尼比法的计算步骤：通过应变能方法计算各振型的阻尼比利用阻尼比修正系数公式修正各振型的谱值

计算各振型的效应

利用SRSS或CQC法计算地震作用效应各振型阻尼比计算公式：5.振型质量参与系数的控制规范规定：新抗规5.2.2条文说明中要求振型数量保证振型质量参与系数之和不小于90%，进而保证计算的精度。问题的提出：我们忽略掉的10%对设计有多大影响？

90%和95%的设计结果差别有多大?

90%的界限是不是适合所有结构类型？

时程分析的振型叠加法和直接积分法的比较问题(特别是隔振支座分析)另外，刚毕业的设计人员经验不足，选取振型数有不够的隐患。5.振型质量参与系数的控制设置质量参与系数为90%，程序自动计算到所需振型数，不会再产生所选振型不足的问题。可将质量参与系数设置为95%、97%。。。等，既可以提高设计精度和安全度，又可以确认忽略掉的振型的影响。6.施工阶段分析的问题

目前存在的问题没有考虑支撑条件的变化没有考虑收缩和徐变的影响

没有考虑季节温差的变化

推荐方法考虑结构、荷载、约束条件的变化

考虑收缩和徐变的影响

考虑季节温差的变化7.斜屋面板的刚度处理问题有些软件的处理方法：只能导荷载，不能考虑刚度

斜屋面板较多时：刚度、周期、地震作用、配筋设计不准确7.斜屋面板的刚度处理问题注意：导荷方式、刚度反映、网格划分及变形协调的处理8.转换梁的简化问题

转换结构设计中存在的问题按梁分析，用调整刚度解决模型不准确问题转换梁上部剪力墙没有细分，造成梁上墙设计内力不准确

转换楼层没有设置为弹性板，造成梁内力不准确8.转换梁的简化问题转换梁与墙的变形协调点转换梁与边框柱的变形协调点梁：是一条线，与周边构件连接过于简化墙：是一个面，准确模拟连接位置8.转换梁的简化问题midasBuilding：按梁建模、按墙分析、考虑轴力影响按梁设计，楼板强制为弹性板9.温度分析时应注意的问题需要做温度应力分析的结构？

超长结构的温度应力分析

可结合施工方案计算温度应力，即进行考虑施工方案的温度应力分析。

连体结构的温度应力分析

连体结构对相连塔体的影响分析。

大体积混凝土的水化热分析(厚度较厚的筏板、楼板)可进行考虑管冷、钢筋影响的水化热分析9.温度分析时应注意的问题楼板的处理：应设为弹性板，否则内力失真需考虑升温和降温两种工况减少温度作用的处理方法：折减刚度、降低约束、组合时折减(荷载规范组合值系数0.6)10.连体结构的计算问题(1)连体结构的分析建议:进行型钢混凝土柱与钢梁连接节点的细部分析建议对连体结构进行施工阶段模拟建议对连体结构进行升温和降温分析建议对连体结构进行竖向地震作用分析建议连体结构根据连体的刚度判断是按整体还是单体验算扭转周期比和扭转位移比10.连体结构的计算问题(2)连体结构的节点细部分析:10.连体结构的计算问题施工模拟工况连体在恒载作用下的弯矩图(3)连体结构的施工阶段模拟比较一次性加载工况连体在恒载作用下的弯矩图11.超长结构的计算问题对超长结构的分析建议:温度应力分析多点激励分析分析方法(大质量法、相对位移法)行波效应：时间差、位相差波速：剪切波速？12.地震波适宜性的判断抗规5.1.2条对地震波的要求：谱值三组或七组时程曲线的平均地震影响系数曲线与设计反应谱在结构周期点上相差不大于20%基底剪力每条地震波的基底剪力/振型分解反应谱法的基底剪力：65％～135%，各地震波基底剪力的平均值/振型分解反应谱法的基底剪力：80%～120%。地震动三要素持续时间：基本周期的5~10倍，一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一点算起，到最后一点达到最大峰值的10%为止。有效峰值加速度：规范的加速度为有效峰值加速度频谱特性：地震影响系数曲线，Tg值(场地类别、设计地震分组)12.地震波适宜性的判断谱值要求的验算：地震影响系数的比较(相差20%以上，地震波不合适)12.地震波适宜性的判断基底剪力要求的验算：12.地震波适宜性的判断持续时间的验算：>10%PGA(第一次）>10%PGA(最后一次）PGA:峰值加速度12.地震波适宜性的判断自动调幅：12.地震波适宜性的判断根据频谱特性Tg筛选地震波：程序使用简化方法，重要建筑物建议购买地震波PGA:峰值加速度12.地震波适宜性的判断导入地震波的Tg的计算：程序使用简化方法，重要建筑物建议购买地震波目录材料和截面荷载问题层设置问题构件问题分析问题设计问题1.侧向刚度计算及不规则验算方法2.框支柱轴压比

《高规》3.10.4条

对特一级框支柱，地震作用产生的柱轴力增大系数取1.8。

但计算柱轴压比时可不计该项增大。《高规》10.2.11条

一、二级转换柱有地震作用产生的轴力应分别乘以增大系数1.5、1.2,但计算柱轴压比时可不考虑该增大系数。

目前PKPM中未考虑轴力增大系数，midasBuilding中考虑了轴力增大系数，轴压比比PKPM偏大。

下一个版本将不考虑；

3.分塔输出刚重比弹性等效侧向刚度：4.剪重比调整的优化根据《抗规》第5.2.5条的条文说明规定，提供按控制段进行分段调整的功能。4.剪重比调整的优化若结构基本周期位于反应谱的加速度控制段时：当底层剪力不满足，其它层满足时，底层自动放大，其它各楼层均按底层放大系数调整；当底层剪力不满足，其他层不满足时，底层自动放大，其它各楼层的放大系数和底层放大系数比较，取大值进行调整4.剪重比调整的优化若结构基本周期位于反应谱的位移控制段时：当底层剪力不满足，其它层满足时，底层自动放大，其它各楼层均按底层剪力放大增量x各楼层重力荷载代表值进行调整；当底层不满足，其他层不满足时，底层自动放大，其它各楼层的剪力放大增量和底层剪力放大增量比较，取大值x各楼层重力荷载代表值进行调整4.剪重比调整的优化若结构基本周期位于反应谱的速度控制段时：当底层剪力不满足，其它层满足时，底层自动放大，其它各楼层均按加速度控制和位移控制两种情况的算术平均值进行调整；当底层不满足，其他层不满足时，底层自动放大，其它各楼层的剪力放大增量和按加速度控制和位移控制两种情况的算术平均值比较，取大值进行调整5.框架梁配筋设计时受压钢筋面积取值的问题规范规定(抗规6.3.3-2、高规6.3.2-3)抗震设计时，梁端截面的底面和顶面纵向钢筋截面面积的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，二、三级不应小于0.3。程序实现：用户可指定受压钢筋量6.墙体稳定验算问题-带翼墙的墙体的计算长度系数变小了，因此更容易满足稳定性要求了。-明确了bf为单侧翼缘截面中的较大值6.墙体稳定验算问题高规附录D新增墙体稳定验算要求(高规附录D.0.4)6.墙体稳定验算问题程序中默认稳定验算通过的墙类型(多肢π形、十字形、Y形等复杂形状)7.弧墙的设计问题7.弧墙的设计问题错误的配筋正确的配筋一字形剪力墙设计任意形状截面的柱设计混凝土设计规范附录F8.梁-板模型设计时的问题设计软件与通用有限元分析软件对楼板单元的处理方法不同设计软件：midasBuilding考虑楼板的刚度、楼板导荷梁配筋设计：承受所有楼板荷载板配筋设计：弯矩分配法通用有限元分析软件：midasGen考虑楼板的刚度梁设计内力：考虑与板变形协调，设计内力有可能小于设计软件，楼板内力可能会大于查表方法。这是真实情况在Gen中可通过设置楼板面外厚度为较小值、面内厚度正常值的方法，近似忽略楼板对梁弯矩的分担作用。9.跃层构件要注意的问题节点要从刚性板假定中解除-midasGen(手动)-mid