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1、复杂结构分析指南例说例说PMSAPPMSAP编写：黄吉锋中国建筑科学研究院软件所（第二部分）目录5.剪力墙和连梁的准确分析和设计6.错层墙和山墙的分析和设计7.面外斜墙和异型墙的分析和设计5.剪力墙和连梁的准确分析剪力墙和连梁的准确分析剪力墙和连梁是构建结构抗侧力体系的重要构件，对其进行正确的模拟和分析，至关重要。PMSAP可以对剪力墙和连梁提供自动化的有限元精细分析和相应的设计只须指定剪力墙细分尺寸，即可完成不同精度等级的结构分析剪力墙和连梁的准确分析通过两个尺寸的设置，产生不同精度的结果工程例:某10层剪力墙结构2米的细分网格图:9mincost1米的细分网格图:15mincost0.5米
2、的细分网格图:26mincost对连梁而言，通常的2米网格显得粗糙，难以准确模拟复杂变形若整个结构均采用细网格，对大型结构，可能花费太多时间PMSAP采用了连梁局部细分的方案，既保证了高效率，又重点考虑了连梁的正确分析。梁墙之间的协调性采用了广义协调技术。局部细分的连梁测试算例1：某30层框筒结构不同网格尺寸下结构的周期T1,T2,T3、地震力E-VX、地震位移E-DX,E-DDX、风位移W-DX,W-DDX的比较T1T2T3E-VXE-DXE-DDXW-DXW-DDX22.8662.8641.3581.66%55.221/141138.531/215812.8812.8801.4501.64
3、%55.721/140438.901/21430.52.9542.9521.4881.63%58.061/135440.851/20420.33.0513.0461.5071.62%61.271/128743.531/1913不同网格尺寸下结构的首层墙梁地震内力Q1,M1,N1及10层墙梁地震内力Q10,M10,N10的比较Q1M1N1Q10M10N1029056774.953940401839442-187528279-2330.5827363-255539227-3530.3834303-319560200-440算例测试结论：1.对于结构的整体控制参数如周期、位移、总地震力等，2.相对于
4、网格尺寸变化不太敏感，通常2米网格的精度可3.以接受。2.构件内力（弯矩、剪力、轴力）对于网格尺寸较敏感，2米网格相对于0.3米网格的误差可达100%甚至更多，如有条件，宜采用较细的有限元网格，比如1m,0.5m等进行计算。3.构件内力变化规律复杂，有的随着网格尺寸加密而变小，有的随着网格尺寸加密而增大。分析阶段的墙元模型：均为剪力墙超单元不开洞墙元开洞墙元开洞墙元和不开洞墙元可通称为计算墙元剪力墙和连梁的设计剪力墙和连梁的设计：计算墙元的内力在“分析结果”的第二项“构件单工况内力”菜单查看（细分墙或简化墙）设计阶段的墙元模型：墙柱和墙梁墙柱：楼层平面的同一直线墙上洞口之间或洞口与边界之间的墙
5、段，其总内力由各计算墙合并得到，截面高厚比大于3时按剪力墙配筋，小于3时按框架柱配筋。墙梁：本层洞口上部与上层相应洞口的下部合并得到，内力亦为二者之合并，跨高比小于5时按照连梁配筋，否则按照框架梁配筋。剪力墙和连梁的设计墙柱墙梁墙柱墙梁墙柱计算墙计算墙计算墙计算墙计算墙 计算墙剪力墙和连梁的设计：墙柱和墙梁的内力，在“设计结果”的第十项“墙柱墙梁单项内力及构件信息”菜单查看6.错层墙和山墙的分析和设计错层墙和山墙的分析和设计08版PMCAD增加了错层墙和山墙的建模功能08版PMSAP针对错层墙和山墙增加了相应的内力分析和配筋设计错层墙和山墙结构的PMCAD建模08版PMCAD的剪力墙可以调节左
6、右顶节点标高和底部标高，使错层墙和山墙都能方便输入Z1Z2Z3Z3错层墙和山墙结构的PMCAD建模用PMCAD建立的错层墙和山墙算例错层墙和山墙结构的PMCAD建模首层错层墙和山墙结构的PMCAD建模二层错层墙和山墙结构的PMCAD建模三层错层墙和山墙结构的PMCAD建模四层错层墙和山墙结构的PMCAD建模五层错层墙和山墙结构的PMCAD建模建模注意事项：1.左右顶节点标高不同的墙只能在结构顶部输入(山墙)，不要在结构中部输入左右顶节点标高不同的墙。2.错层墙的位置不限制，既可以在顶部，也可以在中部PMSAP计算模型和结果存在错层墙时，墙侧节点最好选择出口，这样精度比较高PMSAP计算时的剪力
7、墙超单元的出口节点图PMSAP输出的X向一阶振型图PMSAP输出的Y向一阶振型图PMSAP输出的一阶扭转振型图Pmsap自动考虑屋面斜板，山墙与屋面斜板共同工作：网格图山墙与屋面斜板共同工作：恒荷变形图Pmsap自动考虑屋面斜板，山墙与屋面斜板共同工作：振型图局部配筋设计:错层处墙段不合并，分段配筋，结果偏于保守不错层时墙段合并后配筋错层时墙段不合并，独立配筋错层时墙段不合并，独立配筋不错层时墙段合并，整体配筋配筋设计:错层处墙段不合并，分段配筋，结果偏于保守：配筋简图局部7.面外斜墙和异型墙的分析和设计面外斜墙和异型墙的分析和设计面外斜墙：剪力墙所在的平面不与铅垂线(Z轴)平行，则称其为面外
8、斜墙。异型墙：剪力墙的外边界不是矩形，则称其为异型墙不管是面外斜墙还是异型墙，既然称其为墙，那么从设计的角度都要有明确的直接抗侧力的目的和作用。所以本节讨论的对象不包括坡度小于30度的二维构件，这样的构件在概念上应归入楼板。面外斜墙和异型墙的建模墙平面垂直于地面墙平面不垂直于地面外边界为矩形矩形直墙:用pmcad按照墙输入,可开洞用spascad按照墙输入,可开洞矩形斜墙:用pmcad按照楼板输入,用虚梁开洞；用spascad按照楼板输入,用虚梁开洞若倾角小于20度,可以用spascad按照墙输入,可开洞。外边界非矩形异型直墙:若为山墙则可用pmcad按照墙输入,可开洞若边界为四边形且无洞口，
9、则可用spascad按照墙输入其余情况用spascad按照楼板输入,用虚梁开洞异型斜墙:用pmcad按照楼板输入,用虚梁开洞；用spascad按照楼板输入,用虚梁开洞若倾角小于20度,且边界为四边形，无洞口，则可以用spascad按照墙输入。用PMSAP计算斜墙和异型墙时，可以按照下表进行建模面外斜墙和异型墙的分析和设计无论采用何种方式进行输入(墙或楼板)，PMSAP均采用板壳有限元法进行变形和内力分析如果按照墙输入，pmsap将通过应力积分给出顶底截面的内力(M,N,Q)，按照规范中对剪力墙的要求进行设计。此时主要关注墙元的面内承载力（拉弯、压弯和抗剪），给出墙体整个截面的主筋和分布筋（面外
10、内力也计算输出，但不做设计）如果按照楼板进行输入，pmsap直接计算楼板各个边界点和形心点的应力(单位长度内的内力,包括平面内应力Sx,Sy,Sxy和平面外弯矩Mx,My,Mxy)，对每一点处进行应力配筋，考虑的极限状态包括面内的拉或压、面内的剪切、面外的压弯或拉弯及面外纯弯。此时同时关注墙元各点处的面内和面外承载力。一般而言，凡是倾角超过20度的二维构件，均宜按照楼板进行输入，因为此时的面外承载力设计变得不宜忽略了。面外斜墙和异型墙的分析和设计异型斜墙算例：筒体内收形成斜墙10层框筒结构的pmcad模型，筒体在5层内收，形成异型斜墙，类似于西单的中银大厦异型斜墙在pmcad中按照楼板输入异型
11、斜墙算例：筒体内收形成斜墙Pmcad输入：一至三层异型斜墙算例：pmcad输入方法Pmcad输入，四层：用虚梁输入斜板边界；用上节点高调整各点标高；在补充建模中定义弹性板6；100*100的砼虚梁异型斜墙算例：pmcad输入方法Pmcad输入：五层异型斜墙算例：pmcad输入方法此处一般需要布置边框梁；为了与墙共同工作，梁自动与墙协调剖分Pmcad输入：六至十层异型斜墙算例：pmcad输入方法异型斜墙算例：第一振型异型斜墙算例：第二振型异型斜墙算例：第三振型异型斜墙算例：筒体扭振异型斜墙算例：按照楼板输入的斜墙，其位移、应力和配筋在“分析结果”的第七项“弹性楼板及转换厚板的计算结果”菜单查看异
12、型斜墙算例：斜墙的有限元网格四层：按照斜板输入的斜墙的有限元网格，软件自动形成异型斜墙算例：斜墙部分恒荷作用下的位移云斑图(单位：mm)异型斜墙算例：斜墙部分恒荷作用下的竖向正应力等值线图(单位：kN/m*2)异型斜墙算例：斜墙部分X向地震作用下的X向正应力等值线图(单位：kN/m*2)异型斜墙算例：斜墙的配筋简图(单位：cm*2/m)注：可以利用切片功能清楚地显示斜墙的配筋边界节点配筋形心节点配筋异型斜墙算例：斜墙的配筋简图(单位：cm*2/m)角部配筋图局部放大该点配筋面积(cm2/m)该点配筋方向角(度)异型墙实际工程：鄂尔多斯异型墙结构由于墙面倾角较小，故采用spascad，用墙元建模
13、，直接打空间网格线输入即可鄂尔多斯异型墙结构：平动振型鄂尔多斯异型墙结构：扭转振型异型斜墙算例：按照墙输入的斜墙，其内力与普通墙一样，在“设计结果”的第十项“墙柱墙梁单项内力及构件信息”菜单查看鄂尔多斯异型墙结构：异型墙的恒荷内力按墙输入的异型斜墙的内力表示方法与普通墙相同,Q,N,Mt,Mb分别是面内剪力,轴力,顶弯矩和底弯矩鄂尔多斯异型墙结构：异型墙的X地震内力按墙输入的异型斜墙的内力表示方法与普通墙相同,Q,N,Mt,Mb分别是面内剪力,轴力,顶弯矩和底弯矩异型斜墙算例：按照墙输入的斜墙，其配筋与普通墙一样，在“设计结果”的第一项“混凝土构件配筋及钢构件验算”菜单查看鄂尔多斯异型墙结构：异型墙的配筋简图按墙输入的异型斜墙的配筋简图的表示方法与普通墙相同主筋和轴压比墙号和水平筋
