結(jié)構(gòu)整體計(jì)算計(jì)算分析需考慮的各種因素

1、結(jié)構(gòu)整體計(jì)算計(jì)算分析需考慮的各種因素第1頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二計(jì)算分析的重要性主要作用工程師的主要工具增長結(jié)構(gòu)概念的重要手段方案階段方案對比初步設(shè)計(jì)階段確定結(jié)構(gòu)布置及主要構(gòu)件尺寸施工圖階段確定構(gòu)件配筋第2頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二計(jì)算分析的誤差清醒認(rèn)識(shí)：計(jì)算的誤差是不可避免的只有更合理的結(jié)果，沒有正確的結(jié)果作用計(jì)算模型計(jì)算結(jié)果恒載、活載風(fēng)、地震溫度實(shí)際結(jié)構(gòu)效應(yīng)第3頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二計(jì)算分析的要點(diǎn)合理的單元模型單元由軟件開發(fā)商提供選用合適的單元合理的結(jié)構(gòu)模型考慮全面的荷載第4頁，共59頁，

2、2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二有限元分析概述第5頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二有限元方法結(jié)構(gòu)分析的重要工具有限元方法實(shí)體有限元，從彈性力學(xué)出發(fā)建立單元模型桿系有限元，從結(jié)構(gòu)力學(xué)出發(fā)建立單元模型分析方法和思路相同目前主要的結(jié)構(gòu)分析程序梁、柱、支撐采用的是梁單元剪力墻殼單元薄壁桿單元壁式框架第6頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二有限元方法分析的核心節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的連接關(guān)系通過節(jié)點(diǎn)物理意義：傳力途徑單元在節(jié)點(diǎn)上變形協(xié)調(diào)通過節(jié)點(diǎn)傳力第7頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二常見的復(fù)雜連接關(guān)系框支結(jié)構(gòu)確保梁上有節(jié)點(diǎn)傳力第8頁

3、，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二常見的復(fù)雜連接關(guān)系結(jié)構(gòu)分縫第9頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二常見的復(fù)雜連接關(guān)系鋼結(jié)構(gòu)連接交點(diǎn)剛接一桿通過，一桿鉸接全鉸接交點(diǎn)不連接第10頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二正確確定計(jì)算參數(shù)周期折減系數(shù)考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響框架結(jié)構(gòu)：0.60.7框架剪力墻結(jié)構(gòu)：0.70.8剪力墻結(jié)構(gòu)：0.91.0第11頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二正確確定計(jì)算參數(shù)連梁剛度折減6、7度時(shí)可取0.7 8、9度時(shí)可取0.5 風(fēng)荷載作用下不應(yīng)進(jìn)行連梁剛度折減跨高比較大的梁，折減系數(shù)不宜過大

4、，控制裂縫的發(fā)生和發(fā)展第12頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二正確確定計(jì)算參數(shù)梁剛度增大系數(shù)考慮樓板對梁的約束邊梁1.5中梁2.0截面設(shè)計(jì)時(shí)樓板作用不考慮第13頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二正確確定計(jì)算參數(shù)梁彎矩調(diào)幅只對重力荷載進(jìn)行調(diào)幅懸臂梁不進(jìn)行調(diào)幅一般調(diào)幅系數(shù)裝配整體式結(jié)構(gòu)0.70.8現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)0.80.9第14頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二效應(yīng)組合無地震作用組合第15頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二效應(yīng)組合有地震作用組合所考慮的組合說 明重力荷載及水平地震作用1.21.3重力荷載及豎向

5、地震作用1.21.39度抗震設(shè)計(jì)時(shí)考慮；水平長懸臂和大跨結(jié)構(gòu)8度、9度抗震設(shè)計(jì)時(shí)考慮重力荷載、水平地震及豎向地震作用1.21.30.59度抗震設(shè)計(jì)時(shí)考慮；水平長懸臂和大跨結(jié)構(gòu)8度、9度抗震設(shè)計(jì)時(shí)考慮1.20.51.3重力荷載、水平地震作用及風(fēng)荷載1.21.31.460m以上的高層建筑考慮重力荷載、水平地震作用、豎向地震作用及風(fēng)荷載1.21.30.51.460m以上的高層建筑，9度抗震設(shè)計(jì)時(shí)考慮；水平長懸臂和大跨結(jié)構(gòu)8度、9度抗震設(shè)計(jì)時(shí)考慮1.20.51.31.4第16頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二效應(yīng)組合地震與溫度效應(yīng)的組合對超長結(jié)構(gòu)需要考慮極限溫差按氣象資料確定外

6、露結(jié)構(gòu)要考慮日照引起的局部溫度升高與地震荷載組合時(shí)：五棵松籃球館無地震組合15 地震組合0.515 國家體育場無地震組合50 地震組合0.550 第17頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二動(dòng)力分析與靜力分析第18頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二荷載的分類荷載的大小和方向是否改變靜荷載恒載活載大小改變，但變化速度很小動(dòng)荷載第19頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二動(dòng)荷載的處理方法靜力分析方法動(dòng)力荷載的動(dòng)力系數(shù)風(fēng)荷載的風(fēng)振系數(shù)動(dòng)力分析動(dòng)荷載地震作用時(shí)程分析反應(yīng)譜法第20頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二動(dòng)

7、力時(shí)程分析方法動(dòng)力方程第21頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二動(dòng)力時(shí)程分析方法阻尼陣的確定第22頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二動(dòng)力時(shí)程分析方法動(dòng)力方程的求解振型組合法速度快只適用于線性問題直接積分法速度慢可用于非線性問題第23頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二動(dòng)力時(shí)程分析方法地震波的選取兩組實(shí)際地震波，一組人工波單條波基底剪力達(dá)到反應(yīng)譜法的65以上平均基底剪力達(dá)到反應(yīng)譜法的80以上不宜人工放大過大的倍數(shù)，可放大略大于1的倍數(shù)以滿足上述要求持續(xù)時(shí)間12秒以上結(jié)構(gòu)基本周期的510倍涵蓋地震波的主要部分第24頁，共59頁，2

8、022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二動(dòng)力時(shí)程分析方法地震波的選取峰值三向地震輸入1:0.85:0.65抗震設(shè)防烈度7度8度9度 （cm/s2）220（310）400（510）620第25頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二動(dòng)力時(shí)程分析方法時(shí)程分析結(jié)果的使用計(jì)算結(jié)果一般結(jié)構(gòu)采用三條波的平均值特別重要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可采用包絡(luò)值或平均值加一倍方差總體信息判斷結(jié)構(gòu)薄弱部位層位移層間位移角基底剪力若大于反應(yīng)譜法結(jié)果，應(yīng)適當(dāng)放大反應(yīng)譜法的地震力第26頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二多點(diǎn)輸入地震分析地震動(dòng)的空間變異性非均一性效應(yīng)行波效應(yīng)衰減效應(yīng)局部場地效應(yīng)對

9、于一般建筑均勻場地：以行波效應(yīng)為主不均勻場地：同時(shí)考慮局部場地效應(yīng)第27頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二多點(diǎn)輸入地震分析何時(shí)需要考慮多點(diǎn)地震輸入長度在600米以上長度在200米以上且地質(zhì)不連續(xù)第28頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二多點(diǎn)地震輸入的分析方法時(shí)程分析法方法成熟結(jié)果確定需要進(jìn)行多組地震波的分析隨機(jī)振動(dòng)方法考慮了地震的不確定性仍未達(dá)到完全實(shí)用反應(yīng)譜方法精度難以保證第29頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二時(shí)程法分析多點(diǎn)地震輸入在結(jié)構(gòu)的基底輸入不同的地震時(shí)程直接輸入地面加速度時(shí)程采用大質(zhì)量法輸入力的時(shí)程第30頁，共5

10、9頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二行波效應(yīng)的分析確定各點(diǎn)輸入時(shí)程的方法確定波的傳播方向和速度計(jì)算各輸入點(diǎn)的相位差確定波的振動(dòng)方向注意：波的傳播方向與振動(dòng)方向是獨(dú)立的傳播方向用于計(jì)算相位差振動(dòng)方向用于輸入加速度第31頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二首都機(jī)場3號(hào)航站樓水平雙向多點(diǎn)輸入時(shí)程地震反應(yīng)分析第32頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二工程概況BODYSTEM第33頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二工程概況第34頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二地震波傳播速度：800m/s，500m

11、/s，250m/s地震加速度時(shí)程峰值：700mm/s2; 水平雙向：1:0.85地震波的選擇El-Centro Court-House波 場地波地震波傳播方向及地震動(dòng)輸入方向0、45、90、135、180每個(gè)傳播方向考慮兩種地震動(dòng)輸入方向 計(jì)算參數(shù)確定第35頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二分析情況匯總共120種 第36頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二扭轉(zhuǎn)角度多、單點(diǎn)比較 第37頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二設(shè)計(jì)建議鋼柱邊、角柱位置定義第38頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二設(shè)計(jì)建議 鋼柱影響

12、系數(shù)剪力800m/s500m/s250m/s平均BODY普通柱1.001.001.001.00邊柱1.101.191.491.26 角柱1.271.562.101.64 STEM普通柱1.001.001.001.00 邊柱1.001.001.101.03 角柱1.101.191.301.20 彎矩800m/s500m/s250m/s平均BODY普通柱1.001.001.001.00 邊柱1.121.191.491.27 角柱1.341.622.251.73STEM普通柱1.001.001.001.00 邊柱1.001.001.201.07 角柱1.121.191.301.20 第39頁，共59

13、頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二線性分析與非線性分析第40頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二幾何非線性分析第41頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二幾何非線性分析一般小變形問題結(jié)構(gòu)受力后，幾何關(guān)系保持不變大變形問題幾何關(guān)系發(fā)生了不可忽視的改變索結(jié)構(gòu)，只有通過大變形結(jié)構(gòu)才成立高柔結(jié)構(gòu)， P-效應(yīng)狠重要高層建筑主要的幾何非線性問題是P-效應(yīng)第42頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二P-效應(yīng)的計(jì)算方法wiuiwiui/hiwiui/hiii-1hi123ii-1Nuiwi第43頁，共59頁，2022年，5月20日，1

14、9點(diǎn)14分，星期二P-效應(yīng)的影響因素側(cè)向剛度表2 計(jì)算結(jié)果層數(shù)方案1頂點(diǎn)位移(mm)方案2頂點(diǎn)位移(mm)不考慮考慮誤差(%)不考慮考慮誤差(%)205.905.981.449.179.341.853023.5524.343.3834.9436.544.594063.3267.346.3596.48103.867.6550136.63151.1410.62208.87240.8315.3第44頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二P-效應(yīng)的影響因素側(cè)向剛度側(cè)向剛度越小，影響越大第45頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二P-效應(yīng)的影響因素結(jié)構(gòu)重量表3 不

15、同面荷載的頂點(diǎn)位移計(jì)算結(jié)果(mm)層數(shù)面荷載（包括板自重）6kN/m2面荷載（包括板自重）10kN/m2不考慮考慮誤差(%)不考慮考慮誤差(%)205.905.961.005.905.981.443023.5524.112.3823.5524.343.384063.3266.154.4763.3267.346.3550136.63146.737.39136.63151.1410.62第46頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二P-效應(yīng)的影響因素結(jié)構(gòu)重量重量越大，影響越大第47頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二P-效應(yīng)的影響因素P-效應(yīng)的影響與側(cè)向力無

16、關(guān)與側(cè)移限制不能混淆對風(fēng)和地震都狠小的地區(qū)尤其需要注意，否則可能設(shè)計(jì)出過柔的結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性后結(jié)構(gòu)剛度下降， P-效應(yīng)影響加大規(guī)范規(guī)定計(jì)算P-效應(yīng)影響時(shí)，彈性模量折減第48頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二材料非線性分析第49頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二材料非線性非線性彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不是線性的，但卸載與加載相同彈塑性卸載與加載路徑不同，有殘余塑性變形第50頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二靜力彈塑性分析(Push over)一般過程建立結(jié)構(gòu)模型指定塑性鉸特性指定加載模式分析計(jì)算結(jié)果注意必須在靜力分析的內(nèi)力基礎(chǔ)上進(jìn)行橫向

17、加載必須考慮P-效應(yīng)第51頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二靜力彈塑性分析(Push over)常用塑性鉸模型根據(jù)截面分析確定塑性鉸特性第52頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二靜力彈塑性分析(Push over)常用加載模式倒三角荷載均布荷載振型組合荷載不同模式，結(jié)果有差異，可取多種模式參考第53頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二靜力彈塑性分析(Push over)結(jié)果分析能力曲線第54頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二靜力彈塑性分析(Push over)結(jié)果分析能力譜曲線第55頁，共59頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)14分，星期二靜力彈塑性分析(Pus