抗震规范局部修订的计算问题及其处理办法3

Step4:1)梯间角柱、其它梯柱进一步屈服（变青色）；2)梯板弹性情况下破坏顺序：梯柱梯间角柱整个结构B、采用ABAQUS软件进行罕遇地震条件下动力弹塑性分析.一维弹塑性单元采用ABAQUS的B31梁单元二维楼板和梯板采用壳元S4R模拟。采用弹塑性损伤模型本构关系。选取EIcentro波作为非线性动力时程分析的地震输入，三个分量峰值加速度的比值符合X:Y:Z=1.0:0.85:0.65。计算持时取20s，最大加速度取为220gal。按计算钢筋布筋，发现梯板过早损伤破坏，无法迭代下去，所以梯板取配筋率2%，钢筋D18@100。20S最大应力1、大震下，二层柱的应力较大，部分钢筋屈服2、结构最大应力发生在梯柱上端，达到367MPa。大震下，梯梁、梯柱、梯间角柱的塑性应变较大。梯柱钢筋塑性应变0.00525，梯间角柱塑性应变0.00306，这些位置混凝土已失去承载力。20S塑性应变混凝土受压损伤图5S开始损伤20S大震下2、3层梯板的损伤较为严重，与弹性计算2、3层的层间位移角较大一致。混凝土受拉损伤图梯板的受拉损伤下层比上层严重，而楼面板在大震下刚度基本没损失。破坏顺序：梯板梯柱梯间角柱整个结构，楼梯间是个薄弱部位。10)实际工程有无楼梯的计算结果对比多层框架布置两个楼梯平面图立体图1)有楼梯时X向与Y向的刚度提高，层位移明显减少X地震层位移曲线01234567890102030位移(mm)层号有梯无梯Y地震层位移曲线0123456789010203040位移(mm)层号有梯无梯X地震层间位移比曲线01234567890.9511.051.11.15位移比层号有梯无梯Y地震层间位移比曲线012345678900.511.5位移比层号有梯无梯2)各层层间位移比表明：a)梯板造成X向刚心下移，X向地震作用下有楼梯模型扭转变形更大；b)Y向位移比表明楼梯也可能对结构有利也可能不利。3)X、Y向地震作用下梯间角柱各层轴力表明：楼梯使梯间角柱的轴力增加很大轴力-层号图012345678905010015020025030090度地震柱21轴力层号有楼梯无楼梯轴力-层号图012345678901002003004005000度地震柱2轴力层号有楼梯无楼梯弯矩-层号0123456789-2002040608010090度地震柱21X向弯矩层号有楼梯无楼梯弯矩-层号0123456789-500501001502002500度地震柱1X向弯矩层号有楼梯无楼梯4)X、Y向地震作用下梯间角柱各层弯矩表明：楼梯使梯间角柱的弯矩增加很多两端楼梯中间缝的工程算例:本工程算例:无楼梯时根本没有扭转位移，应分成两工程计算。11)12种楼梯可参与空间整体结构计算，每一种都形成一个复杂的支撑体系，只有参与空间分析才能实际地考虑对结构的影响。楼梯间可以任意多边形。参数化、快速、直观布置12种楼梯,参数内容有:1)楼梯类型;2)楼梯时针走向;3)是否自动布置梯梁梯柱;4)梯板的定义。(平台板自动形成)12）4点总的结论：a）结构分析中应考虑楼梯构件的刚度贡献，（地震和计算都可证明）仅通过构造措施无法保证楼梯及周边构件安全；b）楼梯刚度对框架结构影响更大，楼梯及周边构件承担更多地震力，梯间角柱、梯柱、梯板跨中应局部配筋加强；c）楼梯布置在端部会导致楼层刚心偏心加大，对边柱和角柱不利；（所有的框架结构应与楼梯一起空间分析，审图时必须严格把关。）d）剪力墙结构中，梯板支撑在两片墙时，则楼梯刚度贡献不可忽视。特别对短肢剪力墙模型，楼梯应进入空间分析。2.填充墙刚度不均匀布置对结构的不利影响地震中许多框架首层柱子破坏了，二层以上结构是完好的。首层填充墙很少，形成上下填充墙刚度不均匀布置，首层是个薄弱层。首层是商场，其它层为住宅，底层倾斜严重，住宅部分完好首层是架空层，其它层为住宅，全部底层柱上下端破坏，住宅部分完好08抗规新增强制性条文3.7.4，要求考虑填充墙刚度不均匀布置对结构的不利影响。1)当前采用地震周期折减考虑填充墙对地震力的影响；2)有些情况还应进一步考虑填充墙刚度对整个结构的影响。无填充墙周期折减为0.7首层无填充墙其它7层有填充墙周期折减为1.0相差Y向层刚度35264766399088%地震剪力增大系数1.01.15Y向第1周期(s)1.6674091.184191周期折减0.71Y向地震作用(kN)903.31928.153%Y向地震作用下轴力(kN)1471566%填充墙参与空间分析增加两参数：1)根据梁上荷载求梁上填充墙宽度(快速得到填充墙刚度);2)可设置梁下填充墙宽度。计算原理：1)GSSAP计算时填充墙采用不带转角自由度的壳元，弹性模量取1.2e5kN/m2;2)模拟施工自动为最后施工。做如下两方面研究：1)周期折减与刚度参与两种方法的比较；2)填充墙刚度左右不均匀布置对偏心的影响。1)周期折减与刚度参与两种方法的比较:a)填充墙参与空间分析充分考虑了填充墙布置不均匀对整个结构刚度的影响，证明计算方法是可靠的;b)对填充墙较少的楼层应视为薄弱层，相应放大地震内力。无填充墙周期折减为0.7首层无填充墙其它7层有填充墙周期折减为1.0相差Y向地震最大层间位移比1.01.3333%第1周期扭转系数0.00.362)填充墙刚度左右不均匀布置对偏心的影响:如图左侧无填充墙，右侧有填充墙。层间位移比增大很多，第1周期出现较大扭转成分，填充墙刚度左右不均匀布置对偏心的影响很大，应引起足够的重视。总的建议：1)对填充墙较少的楼层应视为薄弱层，相应放大地震内力即可；2)填充墙刚度左右不均匀布置，设计中首先应采用地震周期折减方法，而后采用填充墙刚度参与空间分析的方法进行补充计算，局部加强不安全的墙柱；3)填充墙刚度对结构常常是有利的，设计中不应采取有利结果。3.抗震措施和抗震构造措施《建筑工程抗震设防分类标准》3.0.2条，抗震措施和抗震构造措施是两不同的概念;抗规3.3.2和3.3.3抗震构造措施对应的抗震等级可能提高或降低一级。1）抗震措施包括内力调整和抗震构造措施；2）框架和剪力墙抗震等级用于控制抗震措施；3）计算中应有两个抗震等级:分别控制抗震措施和抗震构造措施。先根据《建筑工程抗震设防分类标准》3.0.2条确定框架和剪力墙抗震等级,再根据抗规3.3.2和3.3.3确定构造抗震等级。总信息控制整个结构，属性控制楼层。4.为什么这么多年各计算软件没有完全实现偏心计算？《建筑抗震设计规范》6.1.5条，柱中线与抗震墙中线、梁中线与柱中线之间偏心距大于柱宽的1/4时，应计入偏心的影响。审查时应注意软件的计算假定是否符合实际受力情况，送审材料中应注明是否已考虑偏心的影响。两种常见情况应引起审图注意：有偏心的墙端柱和转换梁托偏心墙。有问题的原因:1)有偏心的墙端柱:墙柱相交只有一个计算节点描述位置,偏心描述不对；2)转换梁托偏心墙:墙下和梁相交只有一个计算节点描述位置,偏心描述不对。GSSAP偏心计算办法,位置和尺寸输入正确就可保证偏心计算正确：1)每个墙、柱、梁、板自带节点描述位置;2)偏心刚域方法计算节点之间的偏心。5.强柱弱梁地震中如下许多结构柱的上下端破坏，相关的梁是完好的，大量出现强梁弱柱情况：柱的上下端破坏塑性铰出现在上下端上，而不在梁上。反省现用的结构计算，结构计算程序应做到如下：1）梁刚度增大系数2.0,应随梁高增大而减少，=800mm不应再增大，采用与梁墙中间点协调的板壳单元可考虑实际刚度；转换层梁最好考虑楼板平面外实际的刚度；(梁支座筋减少，柱筋增大)2）同时应考虑梁的重叠刚域和柱的重叠刚域；(梁支座筋减少，柱筋增大)3）梁配筋率1.0%时正截面计算应考虑压筋的作用；(梁支座筋减少)4）剪力墙竖向应剖分，削弱平面外刚度，减少相关梁支座钢筋。(梁支座筋减少)6.主流结构计算的发展:墙元杆系计算是90年代初发展起来的结构计算发展历史: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BSCW和PKSS和TBSASSW和SATWEGSSAP墙元杆系计算存在如下问题：1)计算过于简单，存在大量错误和算不了的地方;2)模型的准确和计算的准确之间还有大量的工作要做。（4类问题:单元、荷载、楼层和软件维护）1)墙元杆系计算单元太少，应增加如下3种单元：a)板壳元：周边节点自动协调，计算无梁楼盖、现浇空心板和全弹性结构；b)多节点杆元：保证梁柱中间节点与周边的协调关系；c)梁壳元：计算深受弯构件，空间应力计算取代平面应力计算。a)其它计算软件板壳元没有考虑与梁墙中间点的节点剖分(现浇空心楼盖、无梁楼盖、转换层结构和连体结构)；c)其它计算梁没有空间应力计算单元；梁侧开洞b)其它计算只有两节点杆，没有多节点杆，不能保证梁柱中间节点与相邻构件的协调；多节点杆计算梯梁剪扭2)只有十几种荷载；类型方向工况大小类型、工况和方向可组成1000多种荷载3)以平面无限刚和楼层为基本概念,难以扩展到空间实际模型；广东自行车馆4)应用了十几年，以Fortran语言编写，没有采用软件工程方法来开发，越改问题越多，已越来越不能满足结构计算发展的需要；5)解决办法：（1）加深设计人员对计算方法和理论的了解；（2）发展智能化的建筑通用有限元分析，用通用的计算模型来准确地描述我们的结构。2001年以来不再发展墙元杆系计算SSW，大力发展建筑通用分析和设计软件为主流结构计算软件-GSSAP，满足当前和未来结构设计的需要，也为我国主流结构计算发展做了一步重要的工作。分析+设计单元性能好开放设计属性丰富单元库开放截面属性通用加载模式开放计算参数边界条件开放调整参数单元自动剖分构件计算高速求解器施工图生成….……通用有限元分析+结构专业设计=通用分析与设计软件通用分析与设计软件？计算通用化、参数开放化、应用傻瓜化建筑通用分析和设计软件的问题：操作简便化,计算智能化操作:位置+属性(设计属性、几何材料属性和荷载属性)位置：方便而快速的平面、立面和三维建模属性：统一的设计属性、几何材料属性和荷载属性界面设计属性几何材料属性荷载属性计算智能化：1)单元剖分自动化；2)丰富的有限单元。可自动剖分二维任意凸凹多边形，多边形内可包含多边形洞口、剖分点和剖分线。单元不出现畸形，不需要人工干预。丰富的有限单元：子结构式梁单元用于深受弯构件空间应力求解。编号单元名称1空间杆单元和多节点杆单元23节点壳单元34节点壳单元4通用子结构单元5子结构式砼墙单元6子结构式板单元7子结构式梁单元8子结构式砖墙单元9弹簧单元10罚单元113节点中厚板单元124节点中厚板单元138节点三维单元1421节点三维单元15曲梁单元6)通用分析和设计软件GSSAP作为建设部科学技术项目，鉴定意见认为达到国际先进水平，目前已在4000多家设计单位成功应用，成为国内第1个面向普通设计人员的大规模应用的建筑通用计算。广东省亚运会自行车轮滑馆：总建筑面积：25360m2。共三层，建筑高度39.86m（屋面檐口高度17.96m），首层层高6.0m，二层层高6.06m,三层层高5.6m。楼层采用钢筋混凝土现浇框架结构，屋盖采用局部双层的单层钢网壳结构。中山古镇灯都商厦•建筑面积约9.1万M2。地上部分为66层，318米高，地下为2层。采用钢撑网壳-核心筒的结构体系，在裙楼沿建筑物的外围周边均匀布置62500的钢管混凝土斜柱，与建筑楼面处钢－混凝土组合梁共同形成空间钢网壳空间稳定的受力体系。•工程主体结构形体上多次大幅度变化，超限内容：房屋高度、高宽比、楼板局部连续性、建筑尺寸突变、竖向抗侧力构件连续性。弹性板应力图计算模型图整体位移图振型图珠江新城F2-4地块项目总建筑面积395503平方米。本建筑物共三个塔楼和一个裙楼，4层地下室，负一层和负二层有局部夹层，地上部分裙楼5层，西塔17层，南塔46层、北塔46层，裙楼高24米，西塔高65米，南塔、北塔高200米。三塔楼、大底盘、弹性楼板整体计算总自由度近百万。在WINXP64位计算。效果