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

多高层建筑结构计算中的疑难问题及其处理办法

一、主流结构计算软件的发展发展历史构件计算

平面杆系

通用分析和设计

空间薄壁杆系

墙元杆系1982年计算机1995年1985年2007年小型机微机超性能微机2.下一代主流结构计算应具备的条件1）分析通用性：具有丰富的计算单元、荷载、快速而大规模的求解器；2）结构设计规范的紧密结合：能达到设计规范要求的各种计算功能；3）友好的前后处理：平面、立面和三维建模，参数完全开放设置，施工图自动生成；4）优秀的技术服务：提供及时、周到和彻底的技术咨询。3.国产通用分析和设计软件继续成为下一代主流计算1）GSSAP：主流结构计算软件2）PMSAP：复杂结构计算软件3）ETABS：国外计算软件二、模型简化

1.为什么壳单元在各计算软件中计算墙的结果不同1)采用壳单元的墙的基本计算方法：壳单元+子结构+转角约束

xy2123312)

计算结果不同的主要原因a)单元形函数每层采用一个带开洞的子结构式墙单元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墙采用两个子结构式墙单元，洞口上部分采用梁单元

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)罚约束c)单元剖分长度5x52x21x1ETABS22.0804.85021.614GSSAP19.3994.26118.888SATWE20.0514.60619.243单元尺寸/厚度>5d)墙上下节点协调节点号水平位移(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.次梁在空间分析中的计算模型

1)次梁来源：建模输入次梁和井字梁

2)连续次梁的两端所搭接梁抗扭过大

当连续次梁的两端搭接不是墙柱且为刚接时梁端边界条件自动设置为半刚，半刚系数为0.1，使连续次梁的两端弯矩较小，与实际模型相符。刚接:-13.74半刚:-3.39铰接:0.003.梁柱的7种变截面形式计算

1)截面高沿杆变化2)变化类型：等截面、线性变化、拱变化、圆弧变化、半拱变化、支托和分段变化

3)直线杆和圆弧杆按20段细分计算各段刚度。4.开洞梁的计算洞口大小对弯矩的影响

5.楼板的计算模型1)程序在计算楼层侧向刚度和楼层结构位移时按全楼平面内无限刚计算。

2)在总信息中选择是否“所有楼层强制采用刚性楼板假定”来决定结构振动周期和内力计算模型；

当选择“实际”模型时，根据楼板的单元计算类型和节点周边板的情况自动形成实际模型来计算周期和内力。楼板的单元计算类型分为：a)刚性板（面内无限刚，面外刚度为0）；b)膜单元（面内弹性刚度，面外刚度0）；c)板单元（面内无限刚，面外是弹性板刚度）d)壳单元（面内面外均为弹性刚度）。

“实际模型”判据为：当结构有采用刚性板或板单元的楼板时，根据楼板所采用的计算单元自动形成多块平面内无限刚的刚板，对于用户指定为膜单元和壳单元等的不属于刚板上的楼板或节点自动根据实际情况按弹性楼板或自由节点计算。3)考虑几何不敏感性

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.带侧约束地下室的刚度1)刚度放大无依据；2)侧土弹簧根据侧土基床系数；3)侧土基床系数不同对顶点位移和周期的影响。7.符层间扭梁和死斜柱1)立面和三马维输入2)自晓动节点绩剖分3)爷按弹纸性计宋算（图烫）8.(逢杆端和便支座)移自由度箭的释放净和约束1)梁押两端铰这接；2)合单桩孟基础权上柱拥下端丢铰接诱；3)斗地下租室嵌笋固；4)不临等高嵌会固；5)揉考虑葵沉降发不均家匀计您算。1)梁带两端铰进接；2)座单桩董基础谢上柱芳下端找铰接谢；3)瓶地下份室完农全嵌英固；结构层叠1平面狮嵌固时谜，设置侍结构层峰2中同下一刚板蠢号任一剖墙柱下紫节点约滋束。4)容不等宝高嵌歉固；a)在疲总体信于息中按悬实际模淘型计算以；b)委结构视层2每平面滚嵌固嫌时，惹设置勤结构闹层2按中墙瓶柱下曾节点曲约束箱。5)考拜虑沉降伍不均匀寄计算只用摄于对荡重力夜恒荷厦载工霜况下院约束鬼，用怨于考直虑不先均匀怕沉降茄对结侍构的许影响砌。9.砖触墙在空盛间分析杂中的计她算砖墙计伤算模型工为开洞铃墙元，绑可计算国复杂的凝砖砼混解合结构圆。10煌.单淋元自裹动剖耕分单元自尚动剖分应是计算漠准确的损重要一额环。1）线翠单元剖粥分：变辰截面、免相邻弹定性板、籍中间有马其它构密件搭接抢点；2）的墙和汇梁带插洞口落的矩将形单逗元剖帮分；3）产板的齿凸凹剪多边抹形剖规分。可自动骄剖分二炸维任意挑凸凹多凳边形，港多边形钉内可包扮含多边梅形洞口旧、剖分孔点和剖集分线。基础欲CA超D中脑的凸枝凹多灿边形均剖分裂。三、帜荷载网与作挑用1.淹通用坝分析员中荷武载的字完整评输入1)4两个数据摆：类型病、工况堤、方向咬和大小腔；2)回类型既指的叉是它电的形增式如留均布野和分戚布等便；3)8箭类工况糟为：恒四、活、注水土压低力、预答应力、将雪、温春度、人链防、施通工和风俱荷载；4)赤6个佩荷载孙作用怕方向魔：局漏部坐胁标的障1、献2、初3轴恶和总诱体坐宗标的部X、逆Y、辨Z轴茶；5)索可以吵在墙阿柱梁唐板上乘人工腰布置胡荷载择。2.恒业活荷载菜分重力馒类和非幸重力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.温污度荷载奴的计算墙柱星梁板果都支版持温栗度应国力分摩析:1）奶包含盐升温截和降朱温两僻工况米；2）抛可布嚼置均每匀升恒降温友和温脚度梯谋度荷渔载；3）采朗用应力协松弛系茅数来考凳虑钢筋溜混凝土增结构的向徐变，弯实际温榨差乘以语应力松畏弛系数每作为计膏算温差颜，应力箩松弛系挥数根据教温差变俗化过程胖的缓慢冻程度不晶同可取础0.3呈-0.廉5，温鄙差变化孔过程快挡时应力挡松弛数倒大，反龄之则小向。4.地帐下室的隐人防设盗计可以进万行各种涛复杂的卫地下室闷人防计持算:1)多层诞人防悦的计脊算；2)结构携局部括人防奋的计嫌算；3)多个人贺防单元降的计算确；4)没有极直接吧布置罗人防责荷载崇的墙挖柱梁闭板的仇人防挎计算辅。计算份过程洲：1)选泽择“人防翁荷载”工愁况输并入墙届柱梁键板的号人防评荷载医；2)设昨置墙柱首梁板考虑台人防庙设计，没有若直接布避置人防谋荷载的案墙柱梁凶板可考絮虑人防购设计；3)萄三维互线弹期性有召限元纲分析尺；4)人稼防作用渔效应组秘合；5)躬人防传构件茄截面爹计算做。5.锋施工军荷载萝作用1）高惊层建枝筑结犬构首刷层楼谋面宜码考虑喝施工厌荷载六，不庆宜小乒于1余0k狸N/矩m2罪；2）单济独作为马一个荷陪载工况锦输入；3）墙帆柱梁怎板内陶力组储合：1.湿0恒+1廊.0施工勿荷载γG恒+1清.0施工英荷载6.风密荷载作杨用1)拾迎风束面计抱算根据餐风荷绍载作悦用方虎向，古将建教筑外时轮廓宴投影米到垂辫直风膛荷载缠作用盐方向曲的平裤面，纵每一现楼层浴的层挨高乘凭以楼谈层投太影宽若度就证是迎律风面侵积。网这里渔注意青，当雹楼层纷由多外个刚屿性隔填板组序成时缴（互窗不连孝通）笋应分换别计他算每后个刚病板的干投影衔宽度禽，否膊则风患荷载巡寿会漏听掉。2)层风荷唤载的分拍配根据每个节赖点的按协迎风面梳积分配，仰好于以涂往计算浙作用于酱质心的蜘方法，壁两者顶备点位移慎误差最宇大可达牧20%雅。3)多方向挽的风荷惹载计算有斜仁交抗肆侧力隶构件叫的结批构，筹当相解交角居度大迈于1哈5°巷时，庄在风坊荷载狡计算笑时也淘应分旋别计绢算各怠抗侧渐力构疗件方郊向的致水平晴力作南用。最多债可输仪入8挎个风病荷载阁方向福，每弱个风鼻荷载凝方向仍作为公一个贯独立愉的工暑况参指与内蝇力组谈合。如0傍、9块0、记18乐0、凯27希04)宰不同倾方向洗的风凉基本拥风压曾、体核型系企数和片自振堤周期波不同5)游楼顶双附属洲物的垫风荷风载计抛算1)烤梁柱医上可扎输入饲每个灿风作壤用方患向的衫体型稳系数沙和迎缓风宽群度，粗墙板黑可输蓬入每接个风辫方向舰的体安型系选数和答迎风凤面积滔；2)柱基本渠风压远、风枣压高乳度变级化系贸数和挠距地浅Z高军度处臣风振占系数崇按构进件所括在的练层自春动计蒜算；3)也鄙可同普扣通的静垃力荷载也输入，姻只是工睡况要选远择风荷舟载工况督；4)按净层导的宣风荷载畅和用户豪在构件输布置的自风荷载财互相叠鼻加。7.悔地震海作用1）聚多个菠地震删方向秩计算a)仪最多鞋可设检置8肚个地卷震方关向；b)每毛个方向浇可考虑坊偶然质红量偏心武；c)魂每个块方向准可考急虑双简向地好震的何扭转汁效应杂；d)道每个洗方向缸进行点刚度嚷比和宁剪重岁比等占验算暂并做皮相应球的内嚷力调蚕整。2）3元种固有紧频率求层解方法子空间参迭代法藏计算精厘度高，详但速度落稍慢。宣对于小渗型结构乡丰，当计弦算振型谢较多、狐或需计爸算全部死结构振痒型时，接宜选择孔该方法畜。对于腾普通结才构计算脏，建议宪采用该茄方法计提算。兰索限斯(味La酸nc生zo夕s)隙方法皂速度秀快，待精度片稍低州。对市于一胶般的蕉结构膝计算贺，只哗需求并解结具构的炊前几晃十个战振型舟，需盟计算彩振型锋数远筛小于蜂结构宫的总江自由南度数料、质渗点数丙，兰屯索斯服方法饰的计喝算结根果与熊子空奖间迭铺代法碧计算菌结果絮基本肃相同躬。李兹水向量其(R做it听z)们直接昏法的况速度尼、精齿度介妨于前甩两者尽之间慎。在一般柄的结构川设计中皆，三种税计算方亿法的计明算精度钓都能满延足设计仇要求，俱对于特灶殊结构坦当采用喂一种方堪法求解瓦不收敛驼或不能左求解固个有频率婚时，可突换另一剂种方法浮求解。8.吊种车荷载笛的计算1)备吊钱车轨拦道a)两凳轨道可碰不在同苍一高度道；b)冒两轨拘道可翅不平市行；c)每拔条轨道牵的两端耀点可不巧在同一间高度。2)绵荷良载作健用点a)与道柱自动咱求交；b)矿与梁蜻自动球求交鱼。四、有码关计算坛的原则1.宿模拟纯施工阔和后量浇计辉算1)准筐确的模低拟施工敌计算程序对祝于模拟话施工的因求解方吼法，不光采用任兴何近似博的方法新，而是四真正按海施工过沿程的状明态进行怕模拟计搜算，荷年载和刚肯度两个荐都在变颗化的求牺解，结邀果合理屑。2)后浇构件的计算在框剪婶结构设鞭计中，向由于核展心筒剪撕力墙与指周围柱直竖向变任形差异肯大，与劣两者连恩接的梁铁在计算沙上往往脾承载力绵不够，柱设计上避可考虑省后浇施赌工。可线设置墙患柱梁板轧的模拟韵施工号蚕实现后涛浇施工敬计算。2.域关于舍活荷帮载计软算1)考虑臣活荷怀载不至利布障置按连掏续梁屡排序向考虑痛11链种布劫置情顶况（踩考虑疲求解域速度打和足到够多撞的布松置包扬括不择利情收况）尚，第祖1跨病和第啄11吸跨活桂载同繁时布挣置。2)考虑是墙柱店基础锁活荷利载折顷减处理毛方法俱：a)在盗总体信领息中可展选择按丢表4.殿1.2份规定首折减。b)披其他明房屋兴类别财时，砍每根游墙柱多的属与性中拿可设钓置活茅荷载熊分项择系数蜓，缺究省随密总体弯信息蕉1.励4，跨如墙他柱活刑载折切减为宽0.评9，贝则可俘设置链此墙舟柱活霜荷载撒分项爬系数购=1迹.4状*0母.9魂=1渣.2肌6，梅通过监荷载占组合丧考虑浙墙柱冶活荷孟载折费减。荷载规焰范4.稼1.2因中设计糟墙、柱炉和基础间时的折免减系数晨：

1型)第1多(1)崭项应按嚼表4.套1.2蜡规定校采用；嫌2)亦第1(孩2)～组7项花应采用股与其楼百面梁相浆同的折蚊减系数励；

3症)第8灵项对单苏向板楼艇盖应取慰0.5漂；敞对双向租板楼盖群和无梁兄楼盖应舰取0.医8；抵4布)第料9～1敌2项村应采用纽奉与所属胃房屋类仁别相同告的折减降系数。3)考虑梁悠活荷载程折减处理方锋法：每条梁含的属性辟中可设穷置活荷悠载分项弟系数，蒙缺省随聚总体信昆息1.谈4，如纱梁活载月折减为姐0.9忍，则可瓜设置此授梁活荷铜载分项叙系数=赴1.4贪*0.第9=1顶.26茅，通过甘荷载组更合考虑饶梁活荷委载折减。荷载规锦范4.1乘.2中步设计楼榜面梁时亭的折减锣系数：疼1)沾第1(悲1)项固当楼面墓梁从属批面积超贫过25负㎡时苍，应取娱0.9保；

2耽)第1嚼(2)秘～7烈项当楼走面梁从谦属面积蛙超过5爬0㎡品时应取冰0.9临；

3温)第8窜项对裳单向板独楼盖的贤次梁和吹槽形板艺的纵肋功应取0筛.8；州对删单向板聪楼盖的火主梁应碗取0.枝6；穗对双颤向板楼讽盖的梁俗应取0韵.8木。4)谈工业舅结构杜设计荷载规孟范附录珠C中，烟对不同丘的工业偷建筑结续构提供帆了不同垫的活载投组合值介系数和稿准永久挡值系数廊，总体雅信息和绿构件的召属性中盛可设置盒活荷载轧组合值县系数和赞准永久锣值系数中满足工禽业结构厌设计的朵需要。3.多咽塔错层结结构计彩算1)准置确计算掘风荷载失；2)神两塔凳顶可秋有不群同的嚼小楼康；3)两处塔可不浓等高；4)压刚度果比、壤周期筑比，惧刚重漫比和嘴位移萌比等虏可按扁塔输磨出；5)施董工图可壮按AB锐塔输出剃。4.上塞部结构票与地下蛇室联合疯分析及浆地下室序设计1)基础惩回填周土对帅结构锁的约祥束作烛用；2)地下阵室部堵分无穴风荷植载作抽用；3)结构主阵体高度环扣除了供带侧约坑束地下稻室部分思和小塔洗楼部分森；4)内力淘调整丈时带馋侧约跑束地急下室饿的上俗一层悦为底做层；5)剪力墙突底部加泪强区判百定时，碰带侧约俱束地下眠室的上否一层为窗首层；6)带侧约概束地下慌室柱长页度系数吩自动计爷算为1.捡0。5.归连梁拿的计棋算和油设计1)连学梁自动咱判定条马件：两融端为剪毫力墙，喜至少一议端墙轴陈线方向另与梁相语同（程斯序判断透小于2枕5度）随且跨高擦比小向于等棵于5；2)被虚柱泛打断的浓连梁能梨自动判凤定；3)繁超出仆自动某判定爱的范卡围时盯，请准修改带梁属战性中稍的设歼计类约型，委可指饭定连都梁或烧去掉内连梁晒指定茎；4)劣连梁庆的混钱凝土垄等级赚随各牺层信挪息时吐，连浮梁随俱墙的才各层绪信息展，连迈梁抗赞震等拔级随系总信少息时舒，随径墙的协总信粘息；5)当尊考虑连汪梁刚度拐折减时遇，只在泄地震僻分析搂中考伶虑，不能白在静力株和风荷蓬载分析许中折减骑连梁刚隙度，静煮力和风迟荷作用撇下连梁痛是不能绳开裂和慌破坏的鹅，所以帜地震分彻析和静草力或风仁分析的疤刚度是歌不同的令，若不股考虑这涨一点，愈墙内力灵计算结炸果偏小饥，框架车结果偏炊大。6.梁血刚度增币大1)不是堪连梁峰；2)梁高和泰宽小于80床0m粉m；3)相邻黎板的闷计算核单元会类型疫刚性湾板或涛膜单羽元，摩不是记壳单携元、滩板单届元或距三维飞元；4)当同总阵信息时省，两边略有板时寄，梁刚籍度乘以烤总信息棵中的“捉梁刚度谋增大系皱数”，浴一边有沙板时，张梁刚度括乘以（1.粒0+总信亏息中兰的梁饮刚度三增大咳系数/2），两招边无板露时，梁或刚度不化放大;5)在吃梁的设坟计属性狭中可设极置“梁杆刚度增格大系数包”。7.特梁的忽计算简长度1)当写梁被分矩成两段让时，应剩按实际稍梁长计袍算跨高巡寿比；2)略自动猾计算思梁的角计算功长度霜：按形梁重偷力恒透载作铺用下钳的弯遵矩和挺所塔费墙柱窗计算狮实际牛长度践。8.柱驼的计算房诚长度1）计沈算长度衡=柱长不度*计烟算长度项系数；2）程慎序会自炕动计算烫B边和蹲H边柱冻长度和变计算长假度系数拒，考虑肉单边跨娘层柱情宽况；3）也单向宿计算毫取各设自方掌向的疗计算布长度躬，双蹦向计挑算时桌按按若弯矩糕比例刮取值丸；4)可旁选择按邻层或按诉梁柱约行束刚度拌比计算烧长度系腹数（高注层结构箱中，柱帜刚度较止大，按搁梁柱约愚束刚度雀比所求阻计算长嘉度系数呜偏大）沃。9.鉴框支袖柱的血自动两判定1）轧自动厨判断碑原则号为直哨接托督墙的乎柱；2）塔对于营柱A课托梁缘瑞，梁御再托痕柱B展情况酷，程屈序判父断柱卸A不遵是框晨支柱遮；3）当汉柱不直放接顶着奴墙时在本柱的设们计属性占中可人母工设置局框支柱拜。10.金框支柱届的轴力恐放大根据高费规第条愤和条规献定，特争一，一例，二级绒框支柱考由地震呆作用产联生的轴泪力应分常别乘以纷增大系谊数1.慰8、1梁.5、形1.2热，但计榆算轴压肌比时可右不考虑枪该增大克系数。玩程序对泻用户指变定的框怒支柱按悦上述规盯定进行兄了调整膊。最大手轴力扇计算苦的轴伙压比下大于