多高层建筑结构计算中的疑难问题及其处理办法-PPT课件.ppt
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1、多高层建筑结构计算中的疑难问题及其处理办法 吴文勇广东省建筑设计研究院深圳市广厦软件有限公司1一、主流结构计算软件的发展1.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 22.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。33.国产通用分析和设计软件继续成为
2、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4二、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 xy21233152)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ETABS16.5484.18816.134-3.956GSSAP17.1384.20016.701-3.959SATWE19.2224.41218.540-4.0546两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
3、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7c)单元剖分长度5x52x21x1ETABS22.0804.85021.614GSSAP19.3994.26118.888SATWE20.0514.60619.243单元尺寸/厚度58d)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A4.2473.8514.195B3.5703.3233.5109节点号竖向位移(mm)按节点协调计算按罚约束1计
4、算按罚约束2计算A0.6410.4730.631B0.6410.4730.63110软件名处理办法 引起误差的原因和控制方法SATWE节点协调1.产生很多厚度大于尺寸的小壳单元;2.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112.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 122)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
5、的两端弯矩较小,与实际模型相符。刚接:-13.74半刚:-3.39铰接:0.00133.梁柱的7种变截面形式计算 141)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。154.开洞梁的计算洞口大小对弯矩的影响 165.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
6、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)。17“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 18网格扭曲系数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0.970.980.930.95GSSAP膜单元网格扭曲系数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0.9580.5020.
7、5100.2800.303ETABS膜单元196.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。207.层间梁和斜柱1)立面和三维输入2)自动节点剖分 3)按弹性计算(图)218.(杆端和支座)自由度的释放和约束1)梁两端铰接;2)单桩基础上柱下端铰接;3)地下室嵌固;4)不等高嵌固;5)考虑沉降不均匀计算。221)梁两端铰接;232)单桩基础上柱下端铰接;243)地下室完全嵌固;结构层1平面嵌固时,设置结构层2中同一刚板号任一墙柱下节点约束。254)不等高嵌固;a)在总体信息中按实际模型计算;b)结构层2平面嵌固时,设置结构
8、层2中墙柱下节点约束。265)考虑沉降不均匀计算 只用于对重力恒荷载工况下约束,用于考虑不均匀沉降对结构的影响。279.砖墙在空间分析中的计算砖墙计算模型为开洞墙元,可计算复杂的砖砼混合结构。2810.单元自动剖分单元自动剖分是计算准确的重要一环。1)线单元剖分:变截面、相邻弹性板、中间有其它构件搭接点;2)墙和梁带洞口的矩形单元剖分;3)板的凸凹多边形剖分。29 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。30基础CAD中的凸凹多边形剖分。31三、荷载与作用1.通用分析中荷载的完整输入1)4个数据:类型、工况、方向和大小;2)类型指的是它的形式如均布和分布等;3)
9、8类工况为:恒、活、水土压力、预应力、雪、温度、人防、施工和风荷载;4)6个荷载作用方向:局部坐标的1、2、3轴和总体坐标的X、Y、Z轴;5)可以在墙柱梁板上人工布置荷载。332.恒活荷载分重力类和非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343.温度
10、荷载的计算墙柱梁板都支持温度应力分析:1)包含升温和降温两工况;2)可布置均匀升降温和温度梯度荷载;3)采用应力松弛系数来考虑钢筋混凝土结构的徐变,实际温差乘以应力松弛系数作为计算温差,应力松弛系数根据温差变化过程的缓慢程度不同可取0.3-0.5,温差变化过程快时应力松弛数大,反之则小。354.地下室的人防设计可以进行各种复杂的地下室人防计算:1)多层人防的计算;2)结构局部人防的计算;3)多个人防单元的计算;4)没有直接布置人防荷载的墙柱梁板的人防计算。计算过程:1)选择“人防荷载”工况输入墙柱梁板的人防荷载;2)设置墙柱梁板考虑人防设计,没有直接布置人防荷载的墙柱梁板可考虑人防设计;3)三
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