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1、2010规范的 疑难计算专题讲座吴文勇 焦 柯,广东省建筑设计研究院 深圳市广厦软件有限公司 2012年1月,新旧规范的转换需要经历两个阶段: 第一阶段：熟悉和应用2010规范 2010年广厦开了个头,一年多来,我们和同行一道通过讲座和实际工程的应用帮助大家完成了新旧规范的顺利转换。 第二阶段：掌握新的计算要求和难点计算 五年内在进行2010规范研究的同时，对新的计算要求和难点计算做了许多研究工作，希望帮助大家完成第二阶段的转换，把以前感觉疑难的计算变为普通的计算,全面进入2010规范的设计阶段。 今天的讲座将为新旧规范的转换画个句号。,广厦作为设计院的计算中心，一直从事两大工作： 1.承担复
2、杂结构和疑难工程的计算工作,5年来完成了近百个复杂和超高超限结构的弹性和弹塑性计算项目; 2.总结我们的经验，通过广厦结构CAD把疑难计算变成普通计算，为广大设计单位提供更广泛的帮助。 今天报告采用的计算包括： 1.弹性通用计算GSSAP 2.弹塑性通用计算GSNAP 广厦10年来所有的工作都围绕着一个中心： 让所有人都用上通用计算 让所有人都能做弹塑性分析 这目标正在全国逐步实现。,今天讲座的内容包括:3部分，弹性计算部分、弹塑性计算部分和复杂实际结构的计算 一、空心现浇板在多高层中的应用 (介绍在地下结构、多层结构和高层结构的应用，如何突破高规板柱墙结构的限制,介绍整个结构的单元剖分，板的
3、剪切计算，柱帽的冲切计算和扁梁暗梁的计算) 二、地下室侧墙人防水土压的通用计算 三、斜屋面的空间计算 四、楼梯的抗震计算 (如何使用带楼梯结构的抗震计算结果) 五、规范中不同刚度比计算方法带来的困惑 (2010规范中有两种不同概念的刚度比) 六、新规范设计中参数的合理选取 (介绍一些容易引起错误的参数设置),七、弹塑性静力推覆计算 (介绍规范应字要求、静力推覆的适用范围、参数的合理选取、结果的正确性判断和实际工程的计算) 八、弹塑性动力时程计算 (地震波的合理和快速选取，参数的合理选取和结果的正确性判断) 九、隔震计算 (介绍如何求隔震上部结构的水平向减震系数，隔震层的支座竖向承载力验算和罕遇
4、地震下隔震支座水平位移验算) 十、消能计算 (介绍总阻尼比的计算和罕遇地震下的层间位移角的计算) 十一、复杂结构的计算介绍 (介绍部分复杂工程的计算，这些工程来自我们承担的近百个计算项目),一、空心现浇板在多高层中的应用空心现浇板结构:1)自重轻(中空,刚度只下降20%,抗弯承载力大大提高)2)跨度大:(4米左右为实心板的应用范围,8-12米为空心板的应用范围,比较适合商业和工业建筑)3)无突出梁:(顶面平整,方便房间分割)4)净空高:(地下每层净空增加500mm,上部结构每层净空增加300mm)5)造价省:(地下每层少挖土500mm高,上部结构10层可增加一层,含钢量下降近一半,考虑空心板成
5、本,总体造价有较大下降)6)施工快:(无突出梁施工速度略有加快)有利于抗震,有利于房屋的使用，适用范围广(地下结构、多层结构和高层结构)，空心现浇板结构已在全国广泛应用，广厦GSSAP已完成了上千栋空心现浇板结构的计算工作。,大板结构的办公楼 无梁平板的车库 带柱帽的无梁楼盖,国家正式出版了如下现浇混凝土空心楼盖结构技术规程和图集等标准。,常见截面有两种：内模为筒芯或箱体,目前箱体用的最多。,内模为筒芯 内模为箱体,采用如下成熟的施工工艺流程。,地下结构全部采用箱体空心板，其中有部分人防单元,1、在地下结构、多层结构和高层结构的应用实例,在12塔的地下结构中全部采用筒芯空心板,以上两个多层结构
6、的大跨度板全部采用箱体空心板,两塔92m高层结构的大跨度板全部采用箱体空心板。 本工程高度大于高规3.3.1条7度70米的限制，为何不属于超限工程，不需超高超限审查？6、7度大量高层在100米左右，8度高层在80米左右，8.5度高层在60米左右。如何在这些高层中应用空心板，而又不属于超限工程？,本工程属于框剪结构，不属于板柱墙结构，因为内板采用空心板，而内梁采用扁梁(梁高为400mm)，而不是暗梁,扁梁两端有柱连接。结构设计中的梁分3种：普通梁、扁梁和暗梁，扁梁要满足抗规6.3.2的要求：,工程中梁高=40016*25,柱的钢筋不能大于25mm,第一道防线剪力墙，第二道防线框架，所以结构类型主
7、要属于框剪结构。,2、如何突破高规3.3.1条板柱墙结构的限制,总结：1)高层中可以广泛采用空心板；2)采用扁梁的框剪结构超过板柱墙结构层高限制的50%还是要超高超限审查，如6度120米，7度105米，8度82.5米，8.5度60米，9度或抗震等级一级不应采用。采用普通梁的的框剪结构不受此限制。,空心现浇板结构常采用如下方案:周边采用普通梁,中间布置实心扁梁或暗梁,柱顶加柱帽满足冲切要求。计算要点如下:,1、空心现浇板的计算单元和单元剖分; 2、板的自重和最小配筋率; 3、板的剪切计算; 4、柱帽的冲切计算; 5、扁梁和暗梁的计算。,1、空心现浇板的计算单元和单元剖分1)由于板厚大于等于300
8、mm, 板的刚度较大，在抗震计算中板的刚度也是非常重要，要准确考虑板刚度对整个结构的影响;2)板等代梁方法，只适合规则且没有扭转的结构，不再适用如下工程的计算，已不能满足空心现浇板广泛应用的要求。所以板采用壳单元，进行空间计算是彻底的解决方法。,楼板的单元剖分质量和智能化决定结果的对错:1)剖分单元长宽大于2:刚度误差可达30%以上;2)相邻板节点的不对齐：位移协调，弯矩错。,河南省工程，中部18m跨度，采用广厦GSSAP（弹性板）进行计算，第1层的单元自动剖分情况。,广州国际商品展贸城一期工程A1、A2、A3馆：标准层主要采用空心无梁楼板结构，空心板的双向柱距约为8米，板厚为450mm，采用
9、广厦GSSAP（弹性板）进行计算和设计。,下图为第3层的单元自动剖分。根据空心板的内力进行优化配筋，使空心板每平方用钢量降至18kg远小于普通梁板结构每平方36kg用钢量，经济效益很好。,2、板的自重和最小配筋率1)计算时程序自动扣除板空心部分的自重;2)板的最小配筋率按扣除空心的实际截面控制,两方向板的最小配筋面积可能不同。,3、板的剪切计算1)内模为筒芯时按如下现浇混凝土空心楼盖结构技术规程5.1.5剪切验算，输出顺筒和横筒两方向最不利的结果。,2)内模为箱体时按如下混规6.3.1剪切验算，输出两方向最不利的结果。,并按如下混规6.3.4计算梁肋的箍筋(cm2/0.1m )，输出两方向最大
10、的梁肋箍筋。,3)在“图形方式”可查看空心现浇板的剪切验算结果,左边内模为筒芯，右边内模为箱体，剪切比小于1.0不满足要求，梁肋的箍筋单位(cm2/0.1m)。,内模为筒芯的结果 内模为箱体的结果,4)剪切验算考虑恒、活、人防和水土压荷载的作用以下河北唐山一地下室工程，楼板全部采用箱体空心板，其中部分为人防单元，空心板剪切考虑人防荷载的作用，适当增加了板厚。,4、柱帽的冲切计算唐山工程人防单元的柱帽布置,柱帽冲切计算过程如下：1)自动求上下柱所有基本组合内力差；2)按混规F.0.1-6根据轴力差和弯矩差求冲切反力；3)根据抗规对地震组合弯矩引起的冲切反力进行内力调整：一、二、三级分别乘1.7/
11、1.5/1.3；4)按混规6.5.1-1进行冲切验算。,如下显示唐山工程人防单元的柱帽冲切结果，小于1.0不满足要求。,5、扁梁和暗梁的计算如下在柱布置了宽1m,高度同板厚的实心暗梁。,扁梁和暗梁有两种计算方法：按梁单元算和按板单元算 1）按梁单元算:按扁梁输入，按实心截面输入，直接计算得到梁的配筋面积。如下梁面筋：11cm2。,2）按板单元算:输入虚梁，按板计算，根据板的节点配筋得到梁的配筋面积。如下X向面筋：1060mm2。建议采用第1种方法，可避免梁柱交接处的应力集中问题。,二、地下室侧墙人防水土压的通用计算通用计算GSSAP可以准确计算墙面外弯矩,如下两层地下室,有侧土压力,右图为墙单
12、元剖分情况,进行整体有限元分析。目前其它一些计算软件是不能准确计算墙面外弯矩，如XX，墙采用6个自由度的罚单元，墙面外刚度不准确，所以墙面外弯矩和垂直梁的支座弯矩有问题。,如下一层地下室,侧墙和顶板有人防荷载,右图为墙板单元剖分情况,进行GSSAP整体有限元分析。,如下My=1004为人防荷载作用下墙面外弯矩，2142mm2/m为墙外侧单边配筋面积。,如下41层170米高层结构,5层地下室,最下两层为人防单元。三维模型 墙板全楼单元剖分,两层人防单元墙板单元剖分,三、斜屋面的空间计算通用计算GSSAP可以准确计算空间的楼板,GSSAP计算的部分空间楼盖:,山东省斜屋面工程,斜屋顶戏楼,复古宫殿
13、,亚运会篮球馆看台,亚运会自行车馆看台,四、带楼梯结构的抗震设计问题1、认识问题:认识上有了很大的进步经过三年多的研究和实践，大部分设计和审图人员思想认识上建立了带楼梯(刚度)结构的抗震设计概念，通过审图把关就可建立设计行业的这一新概念。2、设计过程中遇到的问题1)有些计算程序并没有真正实现楼梯抗震计算，错误的模型计算结果会误导结构设计工作;2)对计算结果的应用存在如下两种观念:,第1种观念：按带楼梯结构模型设计 第2种观念：按带和不带楼梯的结构模型取包络设计对于框架结构，考虑和不考虑楼梯刚度，结构整体刚度完全不同，设计的性能目标是有区别的。进行两个结果比较时，所有的计算结果可能大，也可能小。
14、,与不考虑楼 梯刚度相比， 有单侧楼梯时 位移角大了， 两侧都有楼梯 时位移角小了,建议图纸审核和审图要点中能明确：重点设防类和特殊设防类的建筑应两者取包络，以达到楼梯刚度破坏前后结构都安全的性能目标。其它设防类的建筑按带楼梯结构模型设计即可。,五、规范中不同刚度比计算方法带来的困惑 抗规3.4.3条文说明中提到“侧向刚度可取地震作用下的层剪力与层间位移之比值计算”，此方法与剪切刚度存在较大差别。规范中出现两套不同概念的刚度比:剪切刚度比和抗规刚度比。目前设计人员对不同的条文只能采用不同的计算方法，因为不同条文的刚度限值是按不同的方法确定的。,为什么会有较大差别? 层间位移包括:层间有害位移和
15、层间无害位移。 层间无害位移由下层转动引起，在2层和2层以上占70%以上，所以按抗规计算的刚度并不能代表本层的刚度,而刚度大小由其下层决定。,5层与6层的X向刚度比,结论：通过层剪力与有害层间位移之比计算得到的结果与概念设计中的剪切刚度基本一致,可以避免规范中出现两种概念不同刚度所造成的困惑，建议以后规范做一定的修改。,六、新规范设计中参数的合理选取 1、地下室有3个参数控制:地下室层数、嵌固层最大结构层号和有侧约束地下室层数。,1)大多工程地下室与首层刚度比2,不能设嵌固，需设有侧约束地下室层数确定首层在结构层2，否则首层柱根判定有错。,2)无地下室有地梁层，考虑土的摩擦作用，需设有侧约束地下室层数1确定首层在结构层2。,3)嵌固层的梁不应自动放大1.3倍。因为下柱不应小于地上1.1倍，加上梁的贡献，一般情况下已经自动满足下柱加梁的承载力大于上柱1.3倍的要求，个别人工调整即可。,2、裙房层数:要准确输入裙房层数，包括地下室部分的层数。,1)影响裙房上塔楼的风荷载自动计算，每塔分别计算风荷载。,2)影响裙房上塔楼结果的输出，如刚重比、周期比等。 GSSAP裙房多塔结构不需切开单独计算。,3、薄弱层自动放大:除层间抗侧力结构的承载力比值外，其它自动判定的薄弱层都自动处理相应的放大系数，不需在这人工指定 。,1)多层自动放大1.15，高层自动放大1.25。,
