注 :1. 图中黄色框选内容为可运用 midas Building/Gen 进行分析主要内容反应谱分析设计基本流程及要点概述反应谱分析是抗震设计中最常用的分析方法, 反应谱分析中需要定义设计反应谱振型组合方法地震作用方向等数据设计规范一般考虑地震强度和远近

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忌燃司
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1 基准方中建筑设计事务所王明运用 midas 进行超限分析基本流程简介 midas building/gen 在超限分析流程中应用的主要环节可见如下示意图文献 [1]~ [7] 确定需要超限审查文献 [1]~ [2] 性能目标确定加强措施调整小震中震反应谱分析线弹性时程分析反应谱分析时程分析包络设计其他详细分析承载能力 ( 塑性铰属性等 ) 推覆力施加或地震波输入 ( 大开洞楼板详细分析超长温度作用分析楼板舒适度分析等 ) 静力 / 动力弹塑性时程分析大震计算结果分析与判别未达到性能目标经济性评估完成图超限分析基本流程示意图 70

2 注 :1. 图中黄色框选内容为可运用 midas Building/Gen 进行分析主要内容反应谱分析设计基本流程及要点概述反应谱分析是抗震设计中最常用的分析方法, 反应谱分析中需要定义设计反应谱振型组合方法地震作用方向等数据设计规范一般考虑地震强度和远近的影响建筑的重要性等综合因素提供了设计反应谱函数基本流程 ( 如图所示 ) PKPM 模型 1 midas 模型参数调整 3 设计 2 分析图运用 midas Building 进行反应谱分析基本流程图注 : 1. 实际工程中基本以 PKPM 导入为主, 已进行过的数十个分析显示 : 模型中构件与荷载能够完全准确导入, 但所有参数需要重新定义若导入 ETABS 模型, 出错较多, 可尝试通过广厦或盈建科二次转换 ; 2. 若仅进行反应谱阶段分析, 则无需进行设计 ( 浪费时间 ); 3. 本过程参数调整阶段基本流程如图所示结构标准层与楼层结构楼层材料结构模型控制分析设计自动生成分析设计控制信息荷载荷载控制分析设计分析设计图参数调整基本流程图 71

1.21.2.3 反应谱分析要点及注意事项 [1 结构标准层与楼层 ] 进行设计阶段时, 需定义为弹性板 ; 进行楼板详细分析时, 依需要定义为弹性膜或弹性板 ( 主要区别为是否考虑整体计算得出的板边界位移参与分析 )

4 所示去除 GB 方可修改按需定义容重按需定义强度设计值如转换结构中转换层构件混凝土参入玻璃纤维, 其抗拉抗剪强度设图 1.21.4 材料属性定义计得以提高 [1 结构标准层与楼层地下室信息 ]( 如图 1.21.5 所示 ) 只能完全嵌固或完全自由图 1.

3 反应谱分析要点及注意事项 [1 结构标准层与楼层 ] 进行设计阶段时, 需定义为弹性板 ; 进行楼板详细分析时, 依需要定义为弹性膜或弹性板 ( 主要区别为是否考虑整体计算得出的板边界位移参与分析 ) [1 结构标准层与楼层定义材料 ] 类似于通用有限元软件, 可自主定义材料属性, 程序默认为各材料的标准属性, 如图所示去除 GB 方可修改按需定义容重按需定义强度设计值如转换结构中转换层构件混凝土参入玻璃纤维, 其抗拉抗剪强度设图材料属性定义计得以提高 [1 结构标准层与楼层地下室信息 ]( 如图所示 ) 只能完全嵌固或完全自由图地下室信息定义如需要定义周侧土体对于结构抗侧抗度的影响, 可在结构外围设置固定点, 并拉以弹簧模拟边界条件 [1 结构楼层材料 ] 若按需定义了各楼层材料等级并自动生成信息后, 构件强度信息显示并未修改, 则可以通过构件信息列表手动修改, 如图所示 72

可细化转换梁或其上所抬剪力墙的网格尺寸弹塑性分析时, 需要考察更加明确的损伤情况, 也需要在此进行细化 ( 注意区别于墙元纤维划分 ), 如图 1.21.

7 网格尺寸定义 [1 结构模型主控对墙洞口连梁的处理 ] 依据跨高比确定连梁的计算方式 ( 杆单元或墙元 ) 可自主定义, 一般采用程序默认方式 (

4 点取生成列表图获取构件列表方式 [1 结构模型主控 ] 类似于通用有限元软件, 各类构件网格划分可自主定义, 尤其对于转换结构或错层结构, 可细化转换梁或其上所抬剪力墙的网格尺寸弹塑性分析时, 需要考察更加明确的损伤情况, 也需要在此进行细化 ( 注意区别于墙元纤维划分 ), 如图所示图网格尺寸定义 [1 结构模型主控对墙洞口连梁的处理 ] 依据跨高比确定连梁的计算方式 ( 杆单元或墙元 ) 可自主定义, 一般采用程序默认方式 ( 可参考文献 [12]), 如图所示图强弱连梁跨高比界限定义 [2 构架楼梯板 ] 可实现考虑楼梯参与整体结构的分析, 在三维视图中分别建立相应梯柱梯梁并拉设楼梯斜板与休息平台, 计算中梯梁与梯柱以杆单元计算, 板类构件则以板单元计算 (PKPM 中梯板以宽扁梁进行计算, 计算结果基本失真超筋 ) [3 荷载荷载控制 ] 荷载控制与 Satwe 参数设置基本一致, 个别不同如图所示 73

适合各类工程文献 [3], 如图 1.21.10 所示可定义质量参与系数, 程序自动选取振型数 1. 考虑竖向地震作用 ; 2. 考察长悬挑竖向自振图 1.21.10 特征值分析参数设置频率时, 选取方向 [2 分析设计控制信息调整信息 ] 可以对结构整体或分类构件设置实配钢筋 / 计算配筋参数, 主要影响, 如图 1.

5 设置升降温差即可生成温度作用工况, 作为超高结构图荷载控制参数设置 [2 分析设计控制信息特征值分析 ] 特征值分析是分析结构固有振动特性的分析方法, 是反应谱分析和振型分解时程分析的必要前提其中, 兰佐斯法的计算速度快, 适合大型工程 ; 子空间迭代计算比较稳定, 适合各类工程文献 [3], 如图所示可定义质量参与系数, 程序自动选取振型数 1. 考虑竖向地震作用 ; 2. 考察长悬挑竖向自振图特征值分析参数设置频率时, 选取方向 [2 分析设计控制信息调整信息 ] 可以对结构整体或分类构件设置实配钢筋 / 计算配筋参数, 主要影响, 如图所示 : 1 计算梁板构件的挠度和裂缝宽度 ( 文献 [15]7.1 节 7.2 节 ); 2 对于 9 度设防结构及一级框架结构, 用于地震作用下框架梁和连梁端部剪力基框架柱端弯矩和剪力的调整系数的计算 ( 文献 [1]6.2 节, 文献 [2]6.2 节 ); 3 弹塑性分析时, 计算塑性铰特性值 ; 4 后续含钢量统计 74

图 1.21.11 超配系数系数设置 1.21.3 弹性时程分析基本流程及要点 1.21.3.1 概述抗规 5.1.2-3 [1] : 特别不规则的建筑甲类建筑和表 5.1.2-1 所列高度范围的高层建筑, 应采用时程分析法进行多遇地震下的补充分析, 地震波选取内容 ( 略 ); 抗规 5.1.2-5 [1] :( 内容略 ) 高规 4.3.4-3 [2] :7~9 度抗震设防的高层建筑, 下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充分析 ( 是对振型分解反应谱分析的补充 ): 1) 甲类高层建筑结构 ; 2) 表 4.

6 图超配系数系数设置弹性时程分析基本流程及要点概述抗规 [1] : 特别不规则的建筑甲类建筑和表所列高度范围的高层建筑, 应采用时程分析法进行多遇地震下的补充分析, 地震波选取内容 ( 略 ); 抗规 [1] :( 内容略 ) 高规 [2] :7~9 度抗震设防的高层建筑, 下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充分析 ( 是对振型分解反应谱分析的补充 ): 1) 甲类高层建筑结构 ; 2) 表所列的乙丙类高层建筑结构 ( 高度超限均属此类 ); 3) 不满足本规程第 3.5.2~3.5.6 条 ( 竖向不规则 ) 规定的高层建筑结构 ; 4) 本规程第 10 章规定的复杂高层建筑结构基本操作及要点弹性时程分析基本流程如图所示反应谱分析操作 1 荷载 - 地震波选取与输入 2 分析分析和设计控制 - 弹性时程分析工况定义图弹性时程分析基本流程图注 :1 详见第二章内容 ; 2 详见技术要点 [ 要点 1- 地震波选取 ] 弹性时程分析作补充计算时, 时程曲线的基本要求见表此处补充计算指对主要计算的补充, 着重是对底部剪力楼层剪力和层间位移角的比较, 当时程分析法的计算结果大于振型分解反应谱法时, 相关部位的构件内力和配筋应进行相应调整 ( 实际工程中可进行包络设计 ) [12] 包络设计方法 : 目前, 结构设计软件 (Setwe midas Building 等 ) 基本不具备弹性时程分析的后续配筋设 75

计功能, 因此, 当按时程分析法计算的结构底部剪力 ( 三条计算结果的包络值或七条时程曲线计算结果的平均值 ) 大于振型分解反应谱法的计算结果 ( 但不大于 120%) 时, 可将振型分解反应谱法计算乘以相应的放大系数 ( 时程分析包络值 / 振型分解反应谱值 ), 使两种方法的结构底部剪力大致相当, 然后, 取振型分解反应谱法的计算结果分析 [12] 表 1.21.

7 计功能, 因此, 当按时程分析法计算的结构底部剪力 ( 三条计算结果的包络值或七条时程曲线计算结果的平均值 ) 大于振型分解反应谱法的计算结果 ( 但不大于 120%) 时, 可将振型分解反应谱法计算乘以相应的放大系数 ( 时程分析包络值 / 振型分解反应谱值 ), 使两种方法的结构底部剪力大致相当, 然后, 取振型分解反应谱法的计算结果分析 [12] 表时程曲线的基本要求 ( 弹性时程分析 ) 序号项目具体要求 1 曲线数量要求实际强震记录的数量不应少于总数的 2/3 2 每条曲线计算结果结构主方向底部总剪力 ( 注意 : 不要求结构主次两个 [16] 方向的底部剪力同时满足 ) 不应小于振型分解反应谱法的 65%( 也不应大于 135%) 3 多条曲线计算结果底部剪力平均值不应小于振型分解反应谱法的 80%( 也不大于 120%) 规范中统计意义上相符指 : 多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱所用的地震影响系数曲线相比, 在对应于结构主要振型在周期点上相差不大于 20% 主要振型 : 周期最大的振型不一定是主振型, 应检查其阵型的参与质量, 采用弹性楼板模型计算值, 应重 [12] 新核查, 避免由于局部振动造成振型数的不足利用 [ 荷载地震波 ] 可以非常方便选择较为适宜的地震波 ( 即满足频谱特性加速度峰值和持续时间 ) 如图图所示利用 [ 结构线弹性时程分析结果检查地震荷载数据 ] 可以非常方便进行设计谱与规范谱的比较注 :PKPM 地震波格式转换成 Etabs/midas Building 地震波格式处理地震波处理小工具详见 [ 附件三 ] 第一次达到 0.1GPA PGA 最后一次达到 0.1GPA 图地震波选取一注 :PGA 为地震波峰值加速度值,EPA 为有效峰值加速度值, 具体等效计算过程详见文献 [10] [17] 76

8 PGA 代换所需加速度图地震波选取二生成对比数据, 撰写报告非常方便图设计谱与规范谱对照图 77

图 1.21.16 世贸项目所选设计波反应谱与规范谱吻合较好 [ 要点 2- 弹性时程分析工况定义 ]( 如图 1.21.17 所示 ) 一般为平面正交两向, 峰值加速度之比为 1:0.

17 弹性时程分析工况定义分析方法中振型分解法和直接积分法的选取 : 振型分解法结果的精度受到振型数量的影响振型分解法在大型结构的线弹性时程分析中非常高效实用, 但是不适用于考虑材料非线性的动力弹塑性问题和包含消能减震装置的动力问题 ;

9 图世贸项目所选设计波反应谱与规范谱吻合较好 [ 要点 2- 弹性时程分析工况定义 ]( 如图所示 ) 一般为平面正交两向, 峰值加速度之比为 1:0.85, 依需要, 可设置三向, 其峰值加速度之比为 1:0.85:0.65 一般选取按比例调整线性组合可按地震波步长倍数调整各振型阻尼比图弹性时程分析工况定义分析方法中振型分解法和直接积分法的选取 : 振型分解法结果的精度受到振型数量的影响振型分解法在大型结构的线弹性时程分析中非常高效实用, 但是不适用于考虑材料非线性的动力弹塑性问题和包含消能减震装置的动力问题 ; 直接积分法是将分析时间长度分割为多个微小的时间间隔, 用数值积分方法解微小时间间隔的动力平衡方程的动力分析方法直接积分法可以解刚度和阻尼的非线性问题, 但是随着分析步骤的增加, 分析时间会较长选择直接积分时, 程序提供瑞利阻尼 ( 结构的质量矩阵和刚度矩阵的线性组合 ) 而选择质量因子和刚度因子的阻尼时, 可自行输入各振型的阻尼比 [3] [ 要点 3- 结果查看 ] 78

10 计算结果主要考察底部剪力楼层剪力和层间位移角, 生成数据并与反应谱分析结果对比, 图为世贸项目 6 号楼反应谱分析与时程分析 (X 向层剪力对照图 ), 吻合较好反应谱分析结果时程分析平均值图 X 方向层剪力对照图静力 / 动力弹塑性时程分析基本流程及要点概述依据高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ ) 第条应对各类超限高层进行弹塑性分析见表 [2] 表规范中静力与劢力弹塑性分析选取原则序号高度范围选取原则 1 高度 150m 时可采用静力弹塑性分析方法 2 高度 >200m 时应采用弹塑性时程分析法 3 高度在 150~200m 时可视结构不规则程度选择 4 高度超过 >300m 的结构应由两个独立的计算进行校核依据高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ ) 第条非线性动力分析方法可以认为是比较准确的的方法, 但是分析时间较长, 分析参数设置理论较多 ; 静力分析方法虽然在反应结构动力特性方面有所不足, 但是计算效率较高, 操作简单, 理论概念清晰静力与动力弹塑性分析基本区别见表表静力与劢力弹塑性分析基本区别对比内容静力弹塑性分析动力弹塑性分析所施加的荷载横向静力荷载地震波加载方向单向单向 / 双向 / 三向加载制度单向递增往复加载材料特性单折线双折线 FEMA 滞回模型进行弹塑性分析的主要目的 : 1 通过对结构构件的承载能力和延性的判断进行性能设计 ( 调整线弹性设计结果 ); 2 通过小震中震大震分析结果的比较判断结构构件的承载能力和延性 ; 3 通过弹塑性层间位移角验算结构大震下的位移是否满足规范要求 ; 79

4 通过出铰顺序判断强柱弱梁通过铰类型判断强剪弱弯与大型通用有限元软件 (Abaqus 等 ) 相比,midas Gen/Building 省去了大量的建模工作量 ( 三维几何模型的建立钢筋的等效处理接触关系的建立等 ), 实配钢筋便于修改 ( 绘图师模块 ), 并且其后处理功能强大 ( 文本数据齐全图片界面友好等 ) 1.21.

11 4 通过出铰顺序判断强柱弱梁通过铰类型判断强剪弱弯与大型通用有限元软件 (Abaqus 等 ) 相比,midas Gen/Building 省去了大量的建模工作量 ( 三维几何模型的建立钢筋的等效处理接触关系的建立等 ), 实配钢筋便于修改 ( 绘图师模块 ), 并且其后处理功能强大 ( 文本数据齐全图片界面友好等 ) 弹塑性分析基本流程, 如图所示反应谱分析与设计荷载 - 地震波选取与输入分析结构调整或绘图师调整配筋生成荷载工况及铰数据参数设置图弹性时程分析基本流程图静力弹塑性分析要点 (1) 初始荷载施加, 如图所示分步加载 1 挠曲二阶效应或小 P-Delta 效应 2 侧向力加载方式 3 图静力弹塑性荷载施加 [ 说明 1]: 初始荷载为地震作用时 ( 或前 ) 结构所承受的有效荷载, 一般取为 1DL+0.5LL( 中国规范中重力荷载代表值 ),FEMA( 美国联邦应急委员会 )-273 取为 1DL+0.25LL[9] 高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ ) 第条 -2: 复杂结构应进行施工模拟分析, 应以施工全过程完成后的内力作为初始状态条文说明 : 对复 80

12 杂结构进行施工模拟分析是十分必要的弹塑性分析应以施工全过程完成后的静载内力为初始状态当施工方案与施工模拟计算不同时, 应重新调整响应计算 [ 说明 2]: 高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ ) 第条 -5: 应考虑几何非线性的影响条文说明 : 结构弹塑性变形往往比弹性变形大很多, 考虑几何非线性进行计算是必要的, 结果的可靠性也会因此有所提高, 构架挠曲二阶效应示意图如图所示 My = Vy - Px 弯矩图不考虑 P-Delta 效果的情况考虑 P-Delta 效果的情况变形前变形后图构架挠曲二阶效应示意图 [ 说明 3]: 侧向推覆力的施加方式在整个静力弹塑性分析过程中的不改变, 因此, 对于推覆力形式的选择至关重要,2012 年之前, 程序基本同 CSI 程序 (SAP200 等 ) 一般进行振型加载模式 ( 基本以第一振型模式加载 ), 对于以第一振型为主的结构, 能够得到较为可靠的计算结果, 如图所示目前, 程序能够进行反应谱计算得到的层剪力模式进行侧向推覆力的施加, 能够较为真实反应地震力分布情况 (a) 振型加载模式 (b) 等速度加载模式 (c) 静力加载模式图传统推覆力加载示意图 81

13 (2) 分析参数控制, 如图所示一般以位移控制 1 2 一般选择 Level1 就能满足收敛要求一般以位移控制 3 最大位移控制条件各步骤迭代参数 4 图分析参数设置 [ 说明 1]: 程序提供了荷载控制与位移控制由结构内力 - 位移曲线知, 结构进入极限承载能力 ( 此时, 即使不再增加外力, 位移也会增加 ) 后, 只能通过位移增量进行分析, 故一般采用位移控制 [ 说明 2]:Level1 Level2 Level3 分别对应的最大总步骤数为 [ 说明 3]: 依据建筑结构抗震设计规范 GB 表可知规范控制的各类结构允许弹塑性层间位移角但输入时应适当增大, 一般采用程序默认值 1/20, 当分析过程中层间位移角超过输入值时, 自动停止计算 [ 说明 4]: 塑性铰的出现造成了单元刚度的变化, 单元刚度的变化又引起了单元内力的变化, 使得外力与内力之间产生了不平衡力 ( 残余力 ), 因为迭代不可能完全消除残余力, 所以为了既满足计算结果的精确度又要保证计算效率, 需要设置设定的收敛判别条件有关各类收敛标准范数 ( 位移内力能量 ) 相关内容及公式详见文献 [3] [11] [17] 82

24 分析模型设置 [ 说明 1]: 对于每一个自由度, 定义一个用来给出屈服值和屈服后塑性变形的力位移 ( 弯矩转角 ) 曲线, 一般采用 FEMA, 其采用五个控制点将力位移 ( 弯矩转角 ) 曲线分为弹性段强化段

14 (3) 材料与构件属性定义, 如图所示使用绘图师生成的实配钢筋数据塑性铰的力位移曲线 1 考虑计算柱屈服面时柱失稳情况应力应变曲线, 应变等级 2 是对每个墙单元的分割, 以计算剪力墙的轴向和弯曲变形, 而剪力墙构件的网格划分在结图分析模型设置 [ 说明 1]: 对于每一个自由度, 定义一个用来给出屈服值和屈服后塑性变形的力位移 ( 弯矩转角 ) 曲线, 一般采用 FEMA, 其采用五个控制点将力位移 ( 弯矩转角 ) 曲线分为弹性段强化段卸载段塑性端详见文献 [3] [11] [17] [ 说明 2]: 需要定义应变等级, 如图所示弹性状态屈服点屈服后状态极限状态图应变等级设定劢力弹塑性分析要点相关操作事宜详见反应谱分析荷载 ( 地震波选取 ) 及静力弹塑性分析参数设置要点注 : 程序暂不能生成型钢混凝土构件的塑性铰属性, 可以同在 midas Gen 内生成后, 手动输入 83

15 相关补充分析与计算温差工况分析当建筑物房屋高度较高时, 由于框架梁约束的存在, 不可避免地要对竖向构件所经受的不同温差变化引起的差异变形产生较大的约束内力此部分内容可参考文献 [14] 与文献 [19] (1) 温差内力影响因素 a 徐变应力松弛温差内力来源于温差变形受到约束对于因变形受到约束产生的应力, 对于钢筋混凝土结构考虑了徐变应力松弛特性按一般混凝土结构浇注 20d 后已经成熟, 可产生约束变形为简化计算, 将按弹性计算的温差内力乘以徐变应力松弛系数 0.3, 作为实际温差内力标准进行设计 b 刚度折减高层钢筋混凝土结构在垂直水平荷载及温差效应作用下, 考虑构件截面裂缝影响, 梁柱构件混凝土截面弹性刚度乘以 0.85 予以折减 (2 ) 温差非荷载组合参考国外规范, 应取温差非荷载效应与重力荷载效应组合如下式 : S C G C T G G K T T T K 式中 : S 温差非荷载效应组合的设计值 ; 重力荷载温差效应作用的分项系数, 一般情况 : =1.25, =1.2; G T G T C C 重力荷载温差效应作用的分项系数 ; G T G T 重力荷载温差效应作用的分项系数 ; K K 温差效益的组合值系数 ; 取 =0.8 T 该荷载工况下, 结构整体及各构件应满足承载力要求 (3) 临界条件 T 高层建筑应有一个相应的判别其不计竖向温差影响的临界条件从结构安全度观点出发, 建议取规范规定的承载力设计值的 10% 作为结构抵抗附加竖向温差内力的潜力 ( 文献 [19]) 临界条件一般表达式为 : FT 0.1 F 式中 : F 实际温差内力设计值 ; T F 结构构件承载能力设计值 (4) 分析程序与参数设置 midas Building 软件中可在各类材料特性中输入材料本身的线膨胀系数, 依据混凝土结构设计规范 (GB ) 第条混凝土线膨胀系数为 / 0 C, 钢结构设计规范 (GB ) 第条钢材线膨胀系数为 / 0 C 84

根据成都气候条件, 整体温差近似的取为 : 升温 :T 升 =10 降温 :T 降 =10 温差 : T T升 + T降 =20 (5) 分析结果举例 ( 世贸项目 -2 号楼群房与主楼间设缝前温差工况分析 ) 经计算可得 : a 柱最大附加压力为 1249.66 kn, 位于群房外侧两面墙交接处底部 ( 如图 1.21.

13% 故可不考虑温度效应下柱底附加轴力的影响 F 柱 f =14978.7 kn b 梁最大附加弯矩为 111.735kN, 位于群房外侧两面墙交接处 ( 如图 1.21.27 所示 ) 考虑应力松弛及刚度折减后的梁端最大附加弯矩为 : M 梁 max =111.735 0.3 0.85=28.

16 根据成都气候条件, 整体温差近似的取为 : 升温 :T 升 =10 降温 :T 降 =10 温差 : T T升 + T降 =20 (5) 分析结果举例 ( 世贸项目 -2 号楼群房与主楼间设缝前温差工况分析 ) 经计算可得 : a 柱最大附加压力为 kn, 位于群房外侧两面墙交接处底部 ( 如图所示 ) 考虑应力松弛及刚度折减后的柱最大附加压力为 : F 柱 max = = kn 该柱 ( 截面 700mm 700mm) 的受压承载力为 : F 则 : / 柱 F max 柱 f / =2.13% 故可不考虑温度效应下柱底附加轴力的影响 F 柱 f = kn b 梁最大附加弯矩为 kN, 位于群房外侧两面墙交接处 ( 如图所示 ) 考虑应力松弛及刚度折减后的梁端最大附加弯矩为 : M 梁 max = =28.49 kn m 该梁梁端受弯承载力为 : M 梁 f = kn m 则 : M梁 max / M梁 f 28.49/396.00=7.19% 由上述计算可知, 温度效应下的柱底最大附加轴力约占其最大受压承载力的 2.13%, 温度效应下的梁端最大附加弯矩约占其最大受弯承载力的 7.19%, 均小于 10%, 故可不考虑温度效应下附加作用力的影响图升温工况下柱最大轴力图升温工况下梁最大弯矩 85

17 楼板详细分析工程中, 常常需要对大开洞楼层楼板错层楼板竖向受力较大变换楼层楼板其他指定需详细分析楼板 [1] 进行详细楼板分析建筑抗震设计规范 (GB ) 第条 ( 楼板局部不连续 ): 楼板的尺寸和平面刚度急剧变化, 例如, 有效楼板宽度小于该楼板典型宽度的 50%, 或开洞面积大于该楼层楼面面积的 30%, 或较大的楼层错层 (1) 关键操作 A 执行流程 : 模型建立 ( 常常通过 PKPM 进行模型转换 ) 参数设置整体分析 ( 不必设计 ) 楼板详细分析模块差 B 若需进行温差荷载工况下的楼板响应, 则需在荷载主控信息一般温度作用中设置升温或降温温 C 勾选考虑长期挠度即为考虑开裂后刚度折减计算出的挠度 D 应力值结果中以单元 ( 高斯点最大值 ) 或节点平均 ( 高斯点平均值 ) 显示含义见下图板单元 (2) 相关分析案例图网格交点应力值含义 A 龙湖北城天街项目 32 号楼 ( 转换结构 ) 转换层楼板详细详细分析 ; B 世茂集团猛追湾项目 2 号楼 ( 超限项目 ) 群房顶标高处楼板详细分析 ; C 龙湖晋阳项目大开间变板厚楼板详细分析 ; 转换结构分析 PKPM 利用梁单元来模拟转换梁, 用墙单元来模拟转换梁上的剪力墙这样处理的问题在于实际计算的过程中, 剪力墙的下边缘与转换梁的中性轴进行变形协调, 导致中性轴以上的截面相当没有参加工作 [14] 此时通过刚度放大系数来调整转换梁的刚度, 再进行分析和设计, 但是此时, 增大的刚度往往造成所吸收的地震力增大, 其相关参数统计 ( 刚度抗剪承载力等 ) 存在较大误差 midas Building 对转换梁按照板单元进行建模, 此时不存在变形协调问题, 并且以梁单元的形式予以输出计算结果, 较为友好 [3] (1) 关键操作 A 模型主控数据结构体系 ( 复杂高层结构 / 原结构类型 ) 依据文献 [5] [7] [8] 判定为一般 / 局部转换 B 结构标准层和楼层指定转换层楼板为弹性板, 并勾选转换层将转换层楼板设置为弹性板, 若为刚性板, 则得不到转换梁轴力 ; 指定转换层后, 程序则依据高规附录 E 计算侧向刚度比 C 分析设计修改构件类型指定转换梁指定转换梁后, 程序则执行程序执行规范链接, 见下文中规范指定构件内力放大要求 D 模型主控数据转换梁分析方法 / 网格划分依据工程需要自主确定网格尺寸 (2) 程序执行规范链接 A 建筑抗震设计规范 (GB ) 第条 : 竖向抗侧力构件不连续时, 该构件传递给水平转换构件的地震内力应根据烈度高低和水平转换构件的类型受力情况几何尺寸等, 乘以 1.25~2.0 的增大系数 86

B 高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3-2010) 第 10.2.16-8 条 : 当框支梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时, 应进行应力分析, 按应力校核配筋, 并加强构造措施 C 高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3-2010) 第 10.2.4 条 : 转换结构构件可采用转换梁桁架空腹桁架箱型结构斜撑等, 非抗震设计和 6 度抗震设计时可采用厚板,7 8 度抗震设计时地下室的转换结构构件可采用厚板特一一二级转换构件的水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数 1.

4 舒适度分析依据新规范精神, 随着建筑设计施工技术的发展以及材料性能的改善, 刚度强质量轻的材料越来越多地被技术人员使用于建筑结构, 同时, 由于居住者对居住空间的要求更加多样化, 应注意以下舒适度分析, 如图 1.21.

18 B 高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3-2010) 第条 : 当框支梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时, 应进行应力分析, 按应力校核配筋, 并加强构造措施 C 高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3-2010) 第条 : 转换结构构件可采用转换梁桁架空腹桁架箱型结构斜撑等, 非抗震设计和 6 度抗震设计时可采用厚板,7 8 度抗震设计时地下室的转换结构构件可采用厚板特一一二级转换构件的水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数 ; 转换结构构件应按本规程第条规定考虑竖向地震作用 (3) 相关工程案例龙湖北城天街项目 32 号楼分析 ( 三维数值模型见下图 ) 转换梁 (a)midas Building 模型 (b)pkpm 模型图三维数值模型舒适度分析依据新规范精神, 随着建筑设计施工技术的发展以及材料性能的改善, 刚度强质量轻的材料越来越多地被技术人员使用于建筑结构, 同时, 由于居住者对居住空间的要求更加多样化, 应注意以下舒适度分析, 如图所示整体水平向风振舒适度 1 竖向楼盖竖向舒适度 2 局部长悬挑自振频率竖向舒适度 3 图舒适度分析示意图 [ 说明 1]: 当前, 各类软件已提供风振舒适度计算功能, 可利用附件四所提供 Excel 进行计算书统计 ; [ 说明 2]: 若进行大开间楼板的简化计算, 可利用附件四所提供工具箱进行计算 ( 含主要国家规范的经验公式 ); 若进行真实情况的详细舒适度分析, 则需要采用通用有限元软件 ( 如 midas GEN), 通过输入步行荷载包括日本建筑学会钢筋混凝土结构设计规范附录中提供的荷载以及 Allen 和 Rainer 提出的跳动冲击荷载 ) 进行时程分析 [ 说明 3]: 参考城市人行天桥与地道技术规程 (CJJ 69-95) 第条 : 为了避免共振, 较少行人不安全 87

19 感, 天桥上部结构竖向自振频率不应小于 3H Z 工程量统计本着经济化节约化的原则, 通过多方案对比 ( 尤其超限高层 ), 选择出经济指标 ( 含钢梁剪力墙折算厚度等 ) 合理抑或达到开发商允许满意的方案 (1) 关键操作 A 执行流程 : 模型建立 ( 常常通过 PKPM 进行模型转换 ) 参数设置整体分析 ( 不必设计 ) 生成绘图师数据 (mbn 数据 ) 绘图师中绘图参数设置生成施工图并进行统计, 可参考附件五 B 分析设计控制信息调整信息超配系数 ( 实际配筋 / 计算配筋 ) 可整体放, 但一般可依据构件类型分别放大 C 正确性可依据所生成施工图予以证明 D 绘图师计算的面积为楼板净面积, 小于实际建筑面积, 因此会使计算的每平米含钢量和混凝土量偏大 E 由于未考虑楼梯柱墩, 且梁长取净长, 混凝土量可能会偏小 F 梁板支撑水平钢筋长度超过 9m 时搭接, 柱和墙竖向钢筋一层一搭接主筋考虑了锚固长度和搭接长度箍筋考虑了弯钩长度, 考虑了加密区和非加密区根数的区别 (2) 降低含钢量的主要方法 ( 如图所示 ) A 必选结构楼板体系当楼板跨度较大时可比较不设置次梁设置一个次梁设置两个次梁的方案, 对一个单元的配筋进行比较 B 采用轻质隔墙材料减少梁柱基础配筋及混凝土用量效果非常明显, 隔墙荷载数值也会下降不少, 且在抗震设计时因提高框架周期折减系数也减少框架梁柱配筋综合比较采用轻质墙体材料更经济 C 梁跨中钢筋非框架梁上部钢筋在跨度中间 1/3 区段采用较小直径钢筋搭接 ( 或焊接 ) 方法也可降低含钢量 ( 在绘图师中可修改配筋 ) 对于抗震等级为三四级的框架梁也可采用同样的方法配筋 D 程序统计时, 设置较小的归并系数, 可减少含钢量, 一般为 0.1 E 控制较为适宜的配筋率范围 ( 一般认为 0.7%~1.6%( 梁 ),0.7%~1.0%( 竖向构件 ) 较为合理 ) 图配筋率范围控制 88

20 F 选择适宜的周期折减系数, 计算适宜的地震作用, 得到合理的配筋量 G 注意设置活荷载折减 H 考虑梁柱重叠部分为刚域, 使得进行配筋设计的弯矩位于两端, 而非节点中心 I 考虑楼板塑性设计或考虑调幅的弹性设计, 详见全国民用建筑工程设计技术措施 (2012 新规范版 ) 节及文献 [4] 文献[5] J 柱配筋设计方法采用双偏压计算可适当减小柱配筋 (3) 相关工程案例龙湖东区音乐公园项目钢筋级别比选, 见表表选筋方案列表构件方案一方案二梁主筋 HRB400 HRB500 梁箍筋 HRB400 HRB400 柱主筋 HRB400 HRB500 柱箍筋 HRB400 HRB400 墙竖向钢筋 HRB400 HRB500 墙水平分布筋 HRB400 HRB500 楼板 HPB300 HPB300 注 : 竖向归并系数取为 0.1 图三维数值模型图方案二含钢量统一 89

21 主要参考文献 [1] 建筑抗震设计规范 GB [S]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2010 [2] 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ [S]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2010 [3] midas Building 从入门到精通 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2010 [4] 李国胜. 建筑结构设计问答及分析 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2009 [5] 朱炳寅. 建筑结构设计问答及分析 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2009 [6] 四川省抗震设防超限高层建筑工程界定标准 [S]. 成都 : 四川省建设厅, 2008 [7] 广东省实施高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 补充规定[S]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2005 [8] 江苏省房屋建筑工程抗震设防审查细则 [S]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2007 [9] FEMA-273, (1997)NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings, FEMA, Washing ton, D. C. [10] 陆新征等. 建筑抗震弹塑性分析 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2007 [11] 基于三维的结构分析和设计系统非线性分析 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2010 [12] 朱炳寅. 建筑抗震设计规范应用于分析 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2011 [13] Pushoer 分析在建筑工程抗震设计中的应用 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2009 [14] 陈岱林等. 多层及高层结构 CAD 软件高级应用 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2004 [15] 混凝土结构设计规范 GB [S]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2010 [16] 王亚勇. 国家标准建筑抗震设计规范 (GB ) 疑问解答 ( 三 ). 北京 : 建筑结构 2011, 2 [17] 傅金华. 建筑抗震设计及实例建筑结构的设计及弹塑性反应分析 [M]. 北京 : 建筑结构 2008 [18] 爱德华.L. 威尔逊. 结构静力与动力分析 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2006 [19] 傅学怡. 实用高层建筑结构设计 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2010 [20] 全国民用建筑工程设计技术措施 (2012 新规范版 )[S]. 北京 : 中国建筑工业出版社,

个开阔大气的大堂, 在地面二层北侧和东侧形成楼板大开洞, 开洞面积约占该楼层面积的 38%( 楼板局部不连续 ); 此开洞造成地面 2 层高度范围内 (12 米 ) 部分框架柱没有与梁板连接, 形成了 12 米高穿层柱表 1 结构超限类型和程度高度超限是否复杂高层平面凹凸不规则平面扭转不规则

个开阔大气的大堂, 在地面二层北侧和东侧形成楼板大开洞, 开洞面积约占该楼层面积的 38%( 楼板局部不连续 ); 此开洞造成地面 2 层高度范围内 (12 米 ) 部分框架柱没有与梁板连接, 形成了 12 米高穿层柱表 1 结构超限类型和程度高度超限是否复杂高层平面凹凸不规则平面扭转不规则 Civil Engineering and Technology March 2015, Volume 4, Issue 1, PP.15-21 Seismic Analysis of a High-rise Overrun Frame Core-tube Structure Kewei Ding 1, Changyu Zhao 1, Ping Sun 2 1 School of Civil Engineering,