1YJK为结构设计带来的变化

陈岱林简历研究员，博士生导师，PKPM系列软件的创始人、长达20多年的领导人和总架构师历任中国建筑科学研究院结构所规范室副主任，PKPMCAD工程部主任，结构所副所长，软件所所长，建研科技股份有限公司副总裁，中国建筑科学研究院副总工程师，现为北京盈建科软件股份有限公司董事长。建设部专家委委员，曾任中国土木工程学会计算机应用委员会理事长，中国建筑学会建筑结构分会副理事长。1996年被评为国家级有突出贡献的中青年专家；2000年五一被评为全国先进工作者。1盈建科YJK给结构设计带来的变化2YJK为结构设计带来的变化专业化的力学有限元内核及支持64位节点约束的应用和减震隔震合理考虑梁和楼板的协调工作超筋超限及设计优化的若干应用及效果结构人员应进一步掌握的几个新方法包络设计模式与楼层建模相辅相依的空间建模基础设计计算的几项创新；可普及应用的弹塑性动力时程分析丰富的接口模块实现一模多算3一、专业化的力学有限元内核和支持64位在核心有限元计算方面，联合了北京大学力学系的专业领先的团队，通过盈建科软件，把国内最好的力学有限元技术推广到建筑行业极大提高计算速度和计算容量支持64位操作系统4解题规模和计算速度大大增加采用了领先的快速求解器，使程序的解题规模大大增加，计算速度大幅提快，同时稳定性强。可以切实改变目前应用软件常出现的计算规模受限，计算常出错退出、且找不到原因的状况。42层框筒试用实例：YJK——11分

传统软件——50分

国外软件——2小时56大规模单体建筑-深圳平安大厦，130层，47万自由度，计算时间:32位时60分，64位时30分大规模多塔建筑-北京建外SOHO，全部弹性板，70万自由度，计算时间：32位时160分，64位时40分自动识别64位操作系统并安装64位软件安装YJK软件时，可自动识别64位操作系统，如果是自动安装YJK的64位核心计算程序；在32位操作系统下，软件解题规模是110万；在64位操作系统下，软件解题规模可达数百万，并且计算速度提高至少1倍；传统软件解题规模仅20多万；从建模、计算到基础设计、施工图的全64位提升；YJK对64位的要求很容易满足：普通计算机增加内存764位YJK条件很容易满足1、WIN7-64位操作系统2、内存大于4G，最好16G8在WIN7-64位操作系统下，YJK的核心计算界面992万自由度，计算105阵型，质量参与系数70%，计算时间:32位时240分，其中生成基础上部刚度90分，64位时90分完全满足多塔计算、大底盘计算需要10122万自由度，Ritz向量法，计算45阵型，质量参与系数93%，计算时间64位50分广东高规11.6.4：大底盘多塔楼结构，宜按整体模型和各塔楼分开模型分别计算，整体建模主要计算多塔楼对大底盘部分的影响，。。。完全满足多塔计算、大底盘计算需要1112塔，114万自由度，Ritz向量法，60阵型，振型参与质量系数96.%，计算时间140分（64位75分）完全满足多塔计算、大底盘计算需要12完全满足超限高层计算需要远大天空城市中国尊中建千米工程施工模拟3加速3倍13生成基础上部刚度加速几十倍上部结构计算时，生成基础计算用的上部结构凝聚刚度；以前版本这部分计算耗时很多，对于大的基础平面可能需要几十分钟甚至上百分钟；YJK改进计算方法，再大的基础平面情况耗时不会超过几分钟基础考虑上部刚度设计实用化1415满足超长大规模地库计算的需要二、节点约束的应用和减震隔震16弹性连接除了以前的铰接、刚接外，提供更加多样的连接方式；用户可以手工指定两点之间的弹性连接，可以定义节点6个自由度上的弹性刚度，可以支持各种复杂的弹性刚度形式，用来模拟滑动连接，滑动支座，减震隔震装置等。大跨空间结构和底部主体结构的滑动连接支座上连体结构和两侧主体结构的滑动弹性连接隔振支座、减震装置17特殊构件定义中设置节点约束（两点约束）在节点上设弹簧刚度，实际是在节点上连接的两根杆件之间或者两批杆件之间设置弹簧刚度自定义节点约束和支座信息未作节点约束设置的计算将连体支座处X平动刚度设置为0自定义节点约束和支座信息22某弱连接的上连体结构232425上连体刚性连接上连体一端滑动连接上连体两端滑动连接Y向地震变形动画26上连体刚性连接上连体一端X、Y向都滑动连接X向地震变形动画单点约束是YJK的特色菜单27针对柱下、支撑下的约束设置；(只能竖直的柱)软件自动在柱底和下层节点之间设置约束；在柱下、支撑下设置单点约束更方便；不用再人为设置分离的两节点在柱下、支撑下设置单点约束更方便2829

网架和支座的连接：两侧为弹性约束，中部为铰支30适应超长大跨结构温度荷载等的计算31适应超长大跨结构温度荷载等的计算32

网架和支座在水平荷载下的相对位移水平弹性约束下有相对位移铰接支座无相对水平位移33结构隔震和消能减震设计两点约束或单点约束功能的扩充在两点约束、单点约束和设置支座菜单都设置了5种选项：线型、阻尼器、速度线型相关型消能器、速度非线性相关型消能器、隔震，选择线性时即为弹性约束。34结构隔震和消能减震设计《抗规》12章：当主体结构基本处于弹性工作状态时，可采用线性分析方法做简单估算，YJK提供振型反应谱法计算方法，是目前大部分工程应用中的方法，原只有Etabs提供这种计算可对斜撑杆件设置成消能器单元消能减震结构的阻尼比由主体结构的阻尼比和消能部件附加给结构的有效阻尼比组成消能器附加给结构的有效阻尼比和有效刚度按《抗规》12.3.4相关公式计算本计算方法用于弹性工作状态分析，比非线性和时程计算方法稳定、实用、可靠、简便快速也提供时程分析方法35消能减震单元YJK在特殊支撑下对支撑定义消能减震单元连接属性：线性特性（有效刚度，有效阻尼）与非线性特性（刚度，阻尼，阻尼指数）连接单元：支持速度线性相关型消能器，非线性粘滞消能器（广东高规提供），位移相关型与速度非线性相关型消能器。3738YJK减震计算与ETABS对比：阻尼系数设置3000N*sec/mmYJK模型ETABS模型无减震原始结构减震后结构ETABSYJKETABSYJK第8层185.9185.74152.0154.13第7层499.1498.58407.9413.74第6层801.2800.38654.8664.18第5层1082.21080.5883.95896.65第4层1333.41331.910901104.85第3层1550.21548.312661284.4第2层1726.61724.114101430.7第1层1856.71854.415171538.05YJK采用振型分解反应谱法（强行解耦法）进行减震计算后，X方向层剪力(KN)对比结果：隔震结构设计用设置“单点约束”类似的方式，在隔震层的柱下设置隔震单元的参数《抗规》12.2.2关于隔震结构计算:“一般情况下，宜采用时程分析方法进行计算”。属于非线性时程分析。提供高效分析计算方法—FNA方法（FastNonlinearAnalysisMethod快速非线性分析方法)，该法在Etabs同样提供，用于少量非线性构件的结构。还可采用振型分解法的上部结构计算，计算结果是考虑了隔震垫阻尼效应的、延长的周期结果的各层地震作用按照《抗规》公式12.2.5，人工对比隔震与非隔震结构的各层地震剪力及倾覆力矩，计算出地震力的水平向减震系数β求出隔震后的水平地震影响系数最大值αmaxl=βαmax/ψ按照当地设防烈度，不考虑隔震效应，将隔震后的水平地震影响系数最大值αmaxl填入地震计算参数的“地震影响系数最大值”项，完成最终结构设计计算4142隔震工程实例：云南某较高隔震建筑431、在计算前处理中设置隔震支座隔震支座参数442、时程分析计算在上部结构计算的主菜单第三项进行弹性时程分析计算，操作同普通的时程分析计算，该菜单具有FNA计算功能。453、求出地震力的水平向减震系数β按照《抗规》公式12.2.5，人工对比隔震与非隔震结构的各层地震剪力及倾覆力矩等结果，计算出地震力的水平向减震系数β求出隔震后的水平地震影响系数最大值αmaxl=βαmax/ψ46474、按照当地设防烈度，不考虑隔震效应，将隔震后的水平地震影响系数最大值αmaxl填入地震计算参数的“地震影响系数最大值”项，完成最终结构设计计算5、也可用振型反应谱法计算隔震结构可根据FNA时程分析结果，进一步调整隔震支座属性，用振型分解反应谱法直接进行隔震结构的设计计算。很多专家认为，按照上面5的计算方法底部水平地震作用偏大，直接对隔震结构按反应谱法计算结果更加合理具体操作：1、反应谱法计算；2、FNA时程分析计算；3、反应谱法导入时程分析方法的各层放大系数4849考虑隔震，周期2.55，基底剪力4116不考虑隔震，周期1.89，基底剪力61175051小结两点约束、单点约束应用在弹性支座、减震、隔震等方面；两点约束同一个楼层之内的约束设置，需要实现在约束处布置分离的杆件；单点约束用于柱底、支撑底部，操作简便；约束分为线性、阻尼、隔震等项；在计算结果的位移输出中可通过专门菜单查找弹性约束处的位移差值；52三、合理利用楼板和梁的协调工作53上部结构计算时楼板的几种计算模型刚性板；弹性膜；弹性板3；弹性板6；基于计算能力的提升、高质量的弹性板有限元划分，为弹性板6的普遍应用创造了条件54刚性板模型对水平楼板自动生成刚性板模型；刚性板计算模型只是板周边节点的约束关系，并无刚性板存在；55弹性板计算模型弹性膜——只有面内刚度、无面外刚度；弹性板3——只有面外刚度；面内刚度无穷大；弹性板6——壳单元，既有面内刚度又有面外刚度；增加计算自由度数4倍；周期增加，位移增加，剪力减少；56使用弹性板6时应采用的参数设置计算梁时应考虑较厚楼板的作用上部计算采用弹性板3或弹性板6如地下室顶板，或作为嵌固层顶，或承受人防荷载，或承受消防车荷载，一般厚度很大，楼层梁受力很大58地下1层嵌固层顶板250厚（活载29），按刚性板算梁的超筋及剪扭超限很多，改为按照弹性板6计算傅学怡《实用高层建筑结构设计》14章不考虑实际现浇钢筋混凝土结构中梁、板互相作用的计算模式，其弊端主要有：1）对于单独计算的板，由于忽略支座梁刚度的影响，无法正确反映板块内力的走向，容易留下安全隐患。2）对于梁，由于忽略楼板的翼缘作用，重力荷载下往往高估梁端截面弯矩，其结果不仅仅是造成材料的浪费，更重要的是过高的框架梁支座截面受弯承载力使得水平荷载下梁端形成延性结构的可能性大为减小。3）对于整体结构在水平荷载作用下的工作性能，由于忽略楼板对结构刚度的增强作用，往往低估了地震作用效应。59改进的弹性板计算模型弹性板与梁协调时考虑梁向下相对偏移；6061梁与弹性板连接时可按梁中心和板中心间距设置偏心刚域梁与弹性板连接时可按梁中心和板中心间距

设置偏心刚域62真正体现梁的刚度放大（自动将用户的梁刚度放大系数置为1）63考虑梁向下偏移支座负筋减少38%-48%傅学怡《实用高层建筑结构设计》14章用实体单元模拟梁、板、柱；结论：梁支座弯矩大幅下降，且存在较大轴压力，可按偏心受压配筋，配筋可大幅度下降（折减系数50-70%），这不仅节省钢筋，还利于梁端塑性铰的形成。64和刚性板模型对比差距大；梁跨中受拉，按偏心受拉配筋，配筋量稍小（80-90%）；可以和通用有限元软件核对65弹性板6计算时梁截面尺寸对改变内力影响较大用户问题：700x800的梁替换为600x800的梁后，梁内力和配筋减少约6%-8%左右？66按弹性板6计算按刚性板计算，配筋大得多弹性板6计算时梁截面尺寸对改变内力影响较大三个模型主梁分别为400*800、400*600、400*400，大板厚度250，加腋尺寸1500*200，恒载27.5、活载3.0；梁截面越小梁配筋越小是怎么回事？67弹性板6计算时楼板可以和梁共同承担荷载68刚性板下荷载完全由梁来承担；在弹性板3或者弹性板6计算模式下，楼板可以和梁共同承担恒活等楼板上的竖向荷载，此时梁的内力和配筋将比刚性板、弹性膜计算模式下要明显减少；梁承担的荷载比例与梁与楼板之间的刚度比例有关；因此梁的截面尺寸变化时，梁的内力和配筋都将出现明显变化；强柱弱梁设计应考虑楼板的作用；错层处梁、板的合理模型69有问题的计算模型70合理的计算模型1、错层梁保持平梁+偏心刚域2、无论刚性板、弹性板都保持错层处板不丢失71避免了以前常出现的错层处构件内力配筋异常现象72以前的处理方法73747576将游泳池底板、错层梁承受的水压传递给池壁大梁改进不共面斜楼板的弹性板计算上部结构计算时，软件对于斜的楼板自动按照弹性膜计算，但是不能考虑不共面的斜楼板，软件不能对不共面的斜板划分单元，而把这样的楼板丢掉，这可能对结构计算造成较大的误差，对于和不共面相连的梁的计算误差也比较大。77改进不共面斜楼板的弹性板计算可对不共面的斜板仍进行单元划分，从而在结构计算时考虑到这样斜板的作用，避免结构计算较大的误差，并改进了与这种不共面板相连的梁的计算结果。7879保持不共面斜板后相关杆件的配筋大幅减少保持不共面斜板后相关杆件的配筋大幅减少8081可选择楼板荷载不导荷到梁，而采用有限元计算传导，既可减少梁的受力（部分荷载直接传到柱上），又可直接给出弹性楼板配筋在上部结构整体计算中得到弹性楼板的配筋弹性楼板导荷方式平面导荷方式就是以前的处理方式，作用在各房间楼板上恒活面荷载被导算到了房间周边的梁或者墙上，在上部结构的考虑弹性板的计算中，弹性板上已经没有作用竖向荷载，起作用的仅是弹性板的面内刚度和面外刚度，这样的工作方式不符合楼板实际的工作状况，因此也得不出弹性楼板本身的配筋计算结果。有限元方式是在上部结构计算时，恒活面荷载直接作用在弹性楼板上，不被导算到周边的梁墙上，板上的荷载是通过板的有限元计算才能导算到周边杆件。有限元方式常用于无梁楼盖、厚板转换层、楼板较厚等情况82板有限元导荷方式计算结果的变化既使弹性板参与了恒活竖向荷载计算，又参与了风、地震等水平荷载的计算，还可考虑温度荷载，计算结果可以直接得出弹性板本身的配筋。平面导荷方式传给周边梁墙的荷载只有竖向荷载，没有弯矩，而有限元计算方式传给梁墙的不仅有竖向荷载，还有墙的面外弯矩和梁的扭矩，对于边梁或边墙这种弯矩和扭矩常是不应忽略的；83某无梁楼盖结构弹性板导荷

按有限元方式84设置弹性板6的计算简图恒载下的板弯矩Mxx对比

有限元方式符合板的实际受力状态85平面导荷方式计算结果有限元导荷方式计算结果恒载下的板弯矩Mxx对比

有限元方式符合板的实际受力状态86平面导荷方式计算结果有限元导荷方式计算结果87在设计结果的“等值线”菜单下，可以查到弹性板的配筋楼板配筋考虑了拉、压力，按拉弯、压弯配筋有限元计算方式传给梁墙的还有墙的面外弯矩和梁的扭矩平面导荷方式传给周边梁墙的荷载只有竖向荷载，没有弯矩，而有限元计算方式传给梁墙的不仅有竖向荷载，还有墙的面外弯矩和梁的扭矩，对于边梁或边墙这种弯矩和扭矩常是不应忽略的88有限元方式可计算出板对墙的面外弯矩89在板较厚时这种面外弯矩不应忽略。而传统的导荷方式不能考虑这种面外弯矩，会使得墙肢面外弯矩比实际情况偏小，不利于结构安全考虑楼梯的计算后可给出梯板平台板配筋楼梯有限元细分计算时，楼梯荷载直接加载到各个单元上进行恒、活、风、地震内力组合给出梯板平台板配筋90上部结构计算的楼板钢筋——

全面适应复杂楼板配筋厚板转换层楼板；承受风荷载、地震荷载的楼板；承受温度荷载的楼板；考虑结构整体变形的楼板；楼梯板；大震下的楼板不屈服验算91和上部结构计算弹性楼板模型对应—

可将全层所有楼板都按照有限元算法计算设置了“有限元方法”选项，勾选此项程序将把全层的所有楼板板块都按照有限元算法计算。有限元算法是楼板的准确算法，由于本程序具有较强的有限元计算分析能力基础，对楼板也提供了这种算法。有限元算法计算时保持相邻楼板计算协调，因此能准确计算相邻板块不等跨、不同荷载、不同板厚的影响；还可考虑斜板等情况对楼板采用分块计算，速度快、容量不受限929394按照有限元法考虑相邻板不同跨度影响的实例95YJK按照连续板有限元法考虑不同板跨之间的平衡计算，经济合理传统软件各板块分别计算，相邻板支座弯矩差距大9697增加板上集中力和线荷载输入，对该房间板按照有限元法计算98板上无集中力板上有集中力板计算弯矩及等值线图板计算弯矩及等值线图99不考虑考虑楼板有限元计算时可以考虑梁的刚度变形100是否考虑梁刚度计算实例—主梁次梁刚度差别大101考虑梁刚度不考虑梁刚度本例是否考虑梁的刚度计算结果差别很大傅学怡：忽略支座梁刚度的影响，无法正确反映板块内力的走向，容易留下安全隐患。

次梁多时是否考虑梁的刚度对楼板计算影响很大102103

长悬臂梁和大洞口边时是否考虑梁的刚度对楼板计算影响很大104105板计算不能考虑梁支座变形的问题106小结应全面了解弹性板3、弹性板6的计算原理，合理应用可明显减少梁的钢筋用量；可合理考虑梁与楼板之间的中心偏移；计算模型中，错层结构高低跨处楼板和不共面斜板不能丢，否则该处梁结果不合理；可应用楼板有限元方式计算楼面恒活荷载，从而在上部结构计算中得出楼板配筋；结构施工图中的楼板应合理采用有限元计算，考虑梁的刚度影响，适应复杂情况并得出经济安全的楼板配筋结果107两个新的计算模式108包络计算模式包络设计是在多个计算结果中取最大值在这里一般指的是构件配筋的包络设计，即构件配筋时需要在两个或者多种计算模型中取大值的设计109包络计算模式可综合考虑结构多种不利因素对于多塔结构实现对合塔与分塔状况自动拆分、分别计算并结果选大少墙框架结构中框架部分的地震剪力取框架、框剪两种结构计算较大值考虑楼梯的计算：其整体内力分析的计算模型应考虑楼梯构件的影响，并宜与不计楼梯构件影响的计算模型进行比较，按最不利内力进行配筋；抗震性能设计：多遇地震计算和中震（或大震）弹性或中震（或大震）不屈服设计结果取大值设计；110包络设计—多塔结构设计《高规》5.1.14对多塔楼结构，宜按整体模型和各塔楼分开的模型分别计算，并采用较不利的结果进行结构设计。当塔楼的裙房结构超过两跨时，分塔楼模型宜至少附带两跨的裙房结构《广高规》11.6.3-4大底盘多塔结构，宜按整体模型和各塔楼分开的模型分别计算，整体建模主要计算多塔楼对大底盘部分的影响，分塔楼计算主要验算各塔楼扭转位移比111一键操作就实现的多塔自动划分的三维效果完全的自动划分多塔，可自动处理复杂情况，极少的人工干预自动划分多塔的效果113《高规》10.6.3上部塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的20%114多塔结构的多塔自动划分过程115计算结果自动选大，但提供菜单查看各分塔分别单独计算的结果对于多塔结构实现对合塔与分塔状况自动拆分、分别计算并结果选大层数柱（mm2）梁（mm2）墙（mm2）800*800D400L300*500700*700300*600300*700350*600350*700300自动取大值13281270064091397279126621169106626925.743188270017821229433544509309318649.012151428501728122923501425116611300.018176512296637350.0分塔计算13281198064091397279126621169106626925.74187419801782980433544509309318649.01212802850172898023501425116611300.018174712296557350.0整体计算与分塔计算构件的配筋结果对比结论：计算结果取的是整体与分塔的较大值。117点菜单“显示多塔取大构件”后，粉色加亮的构件是取自单塔计算结果的较大值，其余是合塔计算结果值较大包络设计—少墙框架结构中框架部分的地震剪力可自动取大参数设置目的规范条文：《抗震规范》6.2.13-4设置少量抗震墙的框架结构，其框架部分的地震剪力值，宜采用框架结构模型和框架—抗震墙结构模型二者计算结果的较大值。程序处理方法：自动实现按剪力墙刚度不折减的整体模型和按剪力墙刚度折减的模型分别计算，并对框架部分的地震剪力采用二种模型较不利的结果进行结构设计。少墙框架结构中框架部分的地震剪力可自动取大119少墙框架结构中框架部分的地震剪力可自动取大例题说明参数的高效性，结果与分别计算的一致性。5层混凝土框架结构少墙框架结构中框架部分的地震剪力可自动取大构件配筋量（mm2）构

件框架结构框剪结构自动取大差异率柱139923012399232.5%柱28054807080700梁14000425842580分别计算与整体计算对比结果结论：软件按两种模型大者取值。

提供通用的包络设计工具和配筋对比工具122计算参数中包络设计的设置软件找出两个工程中各个构件的对应关系并并取配筋较大值也可以多塔模型为本体，人工建立的各个分塔模型为包络对象包络设计—考虑楼梯和不考虑楼梯计算

模型配筋自动取大上海规范、甘肃规范要求用户在建模中输入楼梯按照考虑楼梯和不考虑楼梯模型分别计算，并对构件配筋取大124沪建建管【2012】16号《关于本市建设工程钢筋混凝土结构楼梯间抗震设计的指导意见》“其整体内力分析的计算模型应考虑楼梯构件的影响，并宜与不计楼梯构件影响的计算模型进行比较，按最不利内力进行配筋。125建模中输入楼梯，二跑楼梯输入126是否考虑楼梯对计算结果影响127128由参数控制是否在计算中考虑楼梯129粉色加亮构件：不考虑楼梯模型与考虑楼梯模型比较的取大构件130柱配筋对比131将带楼梯模型转到Midas-Gen计算，周期几乎相同配筋简图自动对比工具132软件找出两个工程中各个构件的对应关系并进行配筋值对比133钢筋差距查询：用不同颜色表示差距大小134钢筋差距查询：括号中同时显示对比工程配筋结果包络设计—常规地震计算和中震（或大震）弹性或中震（或大震）不屈服设计—取大用户根据《高规》3.11进行结构抗震性能设计时，需按照和中震（或大震）弹性设计或中震（或大震）不屈服设计计算分别进行计算：常规的多遇地震作用计算、中震（或大震）弹性设计或中震（或大震）不屈服设计计算配筋结果自动取2次计算包络值135如虽然中震不屈服计算取高值的地震影响系数，但荷载分项系数取1.0；与抗震等级有关的增大系数取为1.0；不考虑承载力抗震调整系数；钢筋和混凝土材料强度采用标准值，因此配筋结果不一定最不利。136计算参数中包络设计的设置137可以在前处理设置需要作包络配筋设计的楼层138可以在前处理对需要作包络配筋设计的构件个别指定139包络设计前查看与中震不屈服配筋差距140被指定的构件已经取用中震不屈服的配筋结果连体结构《高规》10.5.7-2刚性连接的连接体楼板较弱时，宜补充分塔楼计算模型分析分别计算：带连体的完整模型和不带连体的分塔模型，然后包络取大141142带连体的完整模型和不带连体的分塔模型9层包络取大状况143可同时在多个模型间进行包络设计144小结包络计算模式是对传统单个模式的拓展；解决了手工从不同结果之间选大的难题；YJK提供了自动和半自动两种包络计算模式；半自动包络模式可在多个计算结果间进行，应用面广，适应性更强；双模型的钢筋计算简图、自动对两个模型结果对比的工具效率高；145多模型联合串行计算模式不同计算内容采用不同计算模型的联合计算146多模型联合串行计算模式

应对规范不同计算条件要求整体指标可在强制刚性板假定下进行，一般的内力、位移、配筋设计计算需在非刚性板假定下完成；恒活风计算时剪力墙连梁刚