復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析指南1.ppt

1、復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析指南,例說PMSAP,編寫：黃吉鋒 中國建筑科學(xué)研究院軟件所,（第一部分）,目錄 1.斜板對主體結(jié)構(gòu)分析的影響 2.普通樓板、斜板的整體式分析及設(shè)計 3.箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(轉(zhuǎn)換墻) 4.人防頂板和外墻的整體分析設(shè)計,1.斜板對主體結(jié)構(gòu)分析的影響,斜板結(jié)構(gòu)分析,斜板在斜屋面結(jié)構(gòu)、含斜板看臺的體育場館等多種結(jié)構(gòu)形式中都會遇到 它是常見、但在設(shè)計中又往往被忽視的重要構(gòu)件，忽視的原因是缺乏合適的分析、設(shè)計工具,斜板結(jié)構(gòu)分析,水平樓板在結(jié)構(gòu)上的作用 1） 對豎向抗側(cè)力構(gòu)件起到水平的約束和協(xié)同 作用，將柱和墻擰成一股繩，形成整體 的、從而也是有效的抗側(cè)力體系。尤其對 于抵抗整體扭轉(zhuǎn)，具有

2、重要意義。 2） 樓面荷載在本層的分配和傳遞作用,斜板結(jié)構(gòu)分析,剪力墻在結(jié)構(gòu)上的作用 1）最重要的抗側(cè)力構(gòu)件 2） 在立面上傳遞和分配豎向荷載,斜板結(jié)構(gòu)分析,斜板在受力及作用上，則具有雙重特征： 1）類似普通水平樓板，對抗側(cè)力構(gòu)件（柱和 墻）具有水平協(xié)同作用、并且也可以傳遞 和分配樓面荷載 2）類似剪力墻，直接參與抗側(cè)力，可看作是 一種傾斜的剪力墻 3）坡度越大，則墻的作用越顯著 4）坡度越小，則水平樓板的作用越顯著,斜板結(jié)構(gòu)分析,在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)重視斜板的作用 實際上，斜板的面內(nèi)剛度具有很大的抗側(cè)力作用和對周邊構(gòu)件的協(xié)同作用，設(shè)計中必須予以考慮， 如果忽略，結(jié)構(gòu)的整體振動特性及斜板周邊構(gòu)件的受

3、力情況都可能失真。這是斜板與平板很大的不同之處。,用PMSAP對同一斜屋面結(jié)構(gòu)采用兩種模型作計算對比,不考慮斜板的計算模型,考慮斜板的計算模型,考慮斜板時，PMSAP會自動生成斜板的有限元網(wǎng)格：,考慮斜板時某榀框架的梁端、柱端彎矩（正確）,不考慮斜板時的梁端、柱端彎矩（錯誤?。?考慮斜板時梁的正確彎矩圖（俯視）,不考慮斜板時梁的錯誤彎矩圖（俯視）,不考慮斜板造成的結(jié)構(gòu)自振周期、以及層間位移誤差,在PMSAP計算時，斜板可采用下列幾種計算方式（在“補充建?！敝兄付ǎ?1）定義成彈性膜（忽略面外抗彎剛度，但可以完成摟面荷載倒算，此時程序主要考慮斜板的類剪力墻作用） 2）定義成彈性板6（同時考慮面

4、內(nèi)抗剪及面外抗彎剛度，并可給出斜板本身的配筋設(shè)計） 3）如果用戶不做任何彈性板指定，PMSAP將自動把斜板考慮為彈性膜。該處理使得用戶不做任何額外的工作，即可對斜板結(jié)構(gòu)進行合理的分析和設(shè)計,應(yīng)用PMSAP考慮斜板的方式,2.普通樓板和斜板的 整體式有限元分析及配筋設(shè)計,樓板的三種分析設(shè)計方式,逐房間計算并配筋（PMCAD） 將結(jié)構(gòu)中的每一個房間的樓板取出，看作一塊多 邊形板，板的各條邊的邊界條件，都取為固支、簡支和自由三種理想狀態(tài)之一，然后計算板彎矩并配筋。 不能考慮同層房間之間的相互影響，理想的邊界條件與實際的彈性支座有明顯不同； 只考慮豎向恒、活荷載，不能考慮水平力的作用； 只考慮面外抗彎

5、特性，不能考慮面內(nèi)的平面應(yīng)力及其對承載力的影響。,樓板的三種分析設(shè)計方式,逐層計算并配筋 (SLABCAD) 把結(jié)構(gòu)中的每個樓層單獨取出，把整個樓層的板作為計算模型，本層及上層的柱、墻作為板的彈性支座。 它可以考慮同層房間之間的相互影響；以相鄰樓層柱、墻作為彈性支座，相對于理想的三種邊界條件(固支、簡支和自由)，精度有所改善。 不易準(zhǔn)確考慮地震作用和風(fēng)荷載等水平力的影響。 只考慮板的面外抗彎特性，難以準(zhǔn)確考慮板面內(nèi)的平面應(yīng)力及其對板承載力的影響。,樓板的三種分析設(shè)計方式,整體有限元分析并配筋 (PMSAP) 將樓板定義成彈性板，直接組裝到整體結(jié)構(gòu)中去。板的所有應(yīng)力和變形結(jié)果，均如同梁、柱、墻一

6、樣，從整體分析中得到，并以此為基礎(chǔ)作配筋。 它不但可以考慮同層房間之間的相互影響，也可以考慮不同樓層之間的相互影響；基于整體結(jié)構(gòu)計算的彈性支座剛度，在有限元意義下是準(zhǔn)確的。 可以準(zhǔn)確考慮地震作用和風(fēng)荷載等水平力的影響。 既能考慮板的面外抗彎特性，又可以準(zhǔn)確考慮板面內(nèi)的平面應(yīng)力及其對板承載力的影響，對板可進行偏心受拉設(shè)計。,何時需要對樓板采用有限元整體算法進行分析和配筋設(shè)計,總原則：如果結(jié)構(gòu)的某些樓板（包括平板和 斜板）中存在顯著的面內(nèi)應(yīng)力和變形，那么 這些樓板就應(yīng)該采用整體有限元分析得到的 內(nèi)力結(jié)果進行配筋設(shè)計。 通常，下列情況的樓板應(yīng)定義成彈性板 做整體分析和設(shè)計：,應(yīng)做整體分析設(shè)計的樓板,

7、多塔樓之間連體部分的樓板以及與連體直接連接的兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)的樓板,應(yīng)做整體分析設(shè)計的樓板,懸挑結(jié)構(gòu)的樓板以及與懸挑結(jié)構(gòu)交接的主體結(jié)構(gòu)相應(yīng)部位的樓板。,應(yīng)做整體分析設(shè)計的樓板,平面開大洞樓層的樓板,應(yīng)做整體分析設(shè)計的樓板,平面有明顯的突出或者凹入的樓層的樓板,應(yīng)做整體分析設(shè)計的樓板,所有的斜板,應(yīng)做整體分析設(shè)計的樓板,大底盤多塔結(jié)構(gòu)的底盤頂層及相鄰樓層的樓板,應(yīng)做整體分析設(shè)計的樓板,板柱體系或板柱抗震墻體系中的樓板,應(yīng)整體分析設(shè)計的樓板,箱式轉(zhuǎn)換層上下表面的樓板,應(yīng)整體分析設(shè)計的樓板,桁架轉(zhuǎn)換層上下表面的樓板,應(yīng)做整體分析設(shè)計的樓板,搭接塊轉(zhuǎn)換層的樓板,用PMSAP做復(fù)雜樓板的配筋設(shè)計,首先要在“

8、補充建?！蹦K中，將需要整體有限元分析和配筋設(shè)計的樓板定義成彈性板六（不能定義成彈性板3或彈性膜）,接著在PMSAP第三項菜單“參數(shù)補充及修改”中，指定板分析、設(shè)計的控制參數(shù),對板做 整體分 析設(shè)計 時，板 細(xì)分尺 寸建議 取為1米,自動計算完畢查看板的分析設(shè)計結(jié)果,有關(guān)板的 整體分析和設(shè)計結(jié)果，都在這個菜單里查看,國家體育館：SPASCAD建模，PMSAP分析、設(shè)計 國家體育館由北京院和城建設(shè)計院聯(lián)合設(shè)計； PMSAP作為主要設(shè)計程序，韓國的MIDAS作為校核程序； PMSAP提供了結(jié)構(gòu)中梁、柱、剪力墻及所有樓板和看臺 斜板的配筋結(jié)果；,工程實例：國家體育館,國家體育館全貌：SPASCAD建

9、模，PMSAP分析、設(shè)計,國家體育館：PMSAP計算的扭轉(zhuǎn)振型,國家體育館：PMSAP給出的梁、柱、剪力墻配筋簡圖,國家體育館：PMSAP自動生成的樓板、斜看臺板的有限元網(wǎng)格,國家體育館：PMSAP輸出的樓板、斜看臺板的撓度云斑圖,國家體育館：PMSAP輸出的樓板、斜看臺板的彎矩云斑圖,國家體育館：PMSAP給出的樓板、斜看臺板的配筋簡圖,樓板配筋圖局部（形心，邊界，cm2/m）,配筋面積（cm2 /m）,配筋走向(度),3.箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(轉(zhuǎn)換墻),箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法,轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)按照大梁輸入 (SATWE,PMSAP） 按照桿系輸入并計算； 轉(zhuǎn)換大梁與上下層柱、墻之間的連接關(guān)系模擬

10、地較粗略,計算誤差大； 不能考慮盒子效應(yīng)（上下表面的樓板看作轉(zhuǎn)換梁的上下翼緣而形成的工形截面）； 可直接按照轉(zhuǎn)換梁進行內(nèi)力調(diào)節(jié)、并給出配筋設(shè)計；,箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法,轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)按照剪力墻輸入（PMSAP） PMSAP中把“按照剪力墻輸入的水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件”稱作“轉(zhuǎn)換墻”。 PMSAP對轉(zhuǎn)換墻按照細(xì)分殼元作有限元分析，可以準(zhǔn)確模擬上下層之間的連接關(guān)系及盒子效應(yīng)。 不同于一般剪力墻（積分出頂?shù)捉孛鎯?nèi)力），轉(zhuǎn)換墻在內(nèi)力積分時，則直接積分出左右截面及中間各截面的“梁式內(nèi)力”，再按照轉(zhuǎn)換梁的規(guī)范要求進行內(nèi)力調(diào)節(jié)、最終給出配筋設(shè)計。,箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計,箱形 轉(zhuǎn)換 按梁 輸入,箱形 轉(zhuǎn)換 按墻 輸入,箱

11、形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計,箱形 轉(zhuǎn)換 按墻 輸入,箱形 轉(zhuǎn)換 按梁 輸入,兩種輸入模型幾何形態(tài)上無區(qū)別，但墻是二維單元， 梁是一維單元，連接和傳力都有較大區(qū)別,箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計,轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)按墻輸入并考慮彈性樓板后形成的“盒子”頂面和底面,轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)按墻輸入時，PMSAP自動生成的轉(zhuǎn)換墻和墻頂樓板的有限元網(wǎng)格,轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)按墻輸入時，轉(zhuǎn)換墻和墻頂、墻底樓板的有限元網(wǎng)格,箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計,箱形轉(zhuǎn)換 按墻輸入 時，在這 里查看配 筋結(jié)果和控制內(nèi)力,轉(zhuǎn)換墻 配筋簡圖,底部主筋B 頂部主筋T 和箍筋G （cm2）,點開 這個文本文件查看轉(zhuǎn)換墻的詳細(xì)控制內(nèi)力和設(shè)計結(jié)果,轉(zhuǎn)換墻的 梁式彎矩 包絡(luò)圖,轉(zhuǎn)換 墻剪力包

12、 絡(luò)圖,箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計:兩種模型比較,箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計:兩種模型比較,箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析設(shè)計：結(jié)論,1 相對于桿系模型，轉(zhuǎn)換墻模型可以更準(zhǔn)確地分 析箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，理論上更為先進。 2 梁模型算得的層間位移偏大 30%，結(jié)構(gòu)偏柔。 3 梁模型計算得到的轉(zhuǎn)換梁剪力普遍偏小-36%， 轉(zhuǎn)換梁彎矩則普遍偏大78%，因而會出現(xiàn)主筋 過于保守而箍筋不足的現(xiàn)象，不排除抗剪問題隱患。 4 具體設(shè)計時： 整體控制（位移、周期等）宜采用轉(zhuǎn)換墻結(jié)果； 轉(zhuǎn)換構(gòu)件主筋設(shè)計可以取梁模型的結(jié)果； 轉(zhuǎn)換構(gòu)件箍筋設(shè)計則應(yīng)取轉(zhuǎn)換墻模型的結(jié)果；,4.人防外墻和頂板的有限元整體分析和配筋設(shè)計,人防外墻和頂板的設(shè)計,簡化算法（

13、SATWE）,中間墻段計算模型1,頂部墻段計算模型2,程序取4倍墻高作為計算寬度，左右下三面嵌固，頂部 取嵌固與簡支兩種邊條件，按照雙向板計算，取兩種 模型計算彎矩的平均值作為設(shè)計彎矩，設(shè)計軸力取為 重力荷載代表值產(chǎn)生的軸力。,按模型1得到的面外彎矩,按模型2得到的面外彎矩,驗算時采用的面外彎矩,面內(nèi)墻長取4倍的墻高,人防外墻和頂板的設(shè)計,H,4H,簡化算法 (SATWE),三維有限元算法（PMSAP）,人防外墻和頂板的設(shè)計,PMSAP采用”同時考慮頂板和外墻的整體計算模型”,三維有限元算法 (PMSAP),人防外墻和頂板的設(shè)計,PMSAP會自動剖分頂板和外墻的有限元網(wǎng)格,三維有限元算法(PM

14、SAP),人防外墻和頂板的設(shè)計,PMSAP:頂板和外墻的有限元網(wǎng)格圖的局部放大,用PMSAP做人防外墻和頂板的設(shè)計,首先在此處定義人防參數(shù)及水土壓力信息,如何應(yīng)用PMSAP進行人防外墻和頂板的整體有限元分析,如需設(shè)計人防頂板，則要在PMSAP的補充建模菜單中交互定義人防板為彈性板6,如何應(yīng)用PMSAP進行人防外墻和頂板的整體有限元分析,做墻的面外計算時（包括人防、水土壓力），應(yīng)選細(xì)分模型；墻側(cè)節(jié)點按照出口處理；細(xì)分尺寸不宜太大，建議取為1M,如何應(yīng)用PMSAP進行人防外墻和頂板的整體有限元分析,人防外墻和頂板的設(shè)計,用PMSAP進行人防外墻和頂板的整體 有限元分析和配筋設(shè)計總結(jié)： 按照實際情況

15、定義人防頂板為彈性板6 定義人防等級、層數(shù)、荷載等信息以及水土壓力信息 定義墻模型為細(xì)分模型，并選墻側(cè)節(jié)點做出口，同時指 定樓板與墻的細(xì)分尺寸（建議取為1M） 做完了前面三步，PMSAP即可對人防頂板和地下室外墻 進行全自動的網(wǎng)格剖分，做準(zhǔn)確的有限元分析。 5. 依據(jù)人防規(guī)范對人防層的梁、板、柱、墻給出配筋設(shè)計,PMSAP程序中考慮人防組合及水土壓力組合： 35 1.00*DL 0.50*LL 1.00*ADV 36 1.20*DL 0.60*LL 1.00*ADV 37 1.00*DL 0.50*LL 1.00*WSP 1.00*ADV 1.00*ADH 38 1.20*DL 0.60*LL

16、 1.20*WSP 1.00*ADV 1.00*ADH 39 1.00*DL 0.50*LL 1.00*WSP 1.20*DL 0.60*LL 1.20*WSP DL:恒荷載 LL:活荷載 ADV:頂板人防荷載QE1 ADH:外墻人防荷載QE2 WSP:水土壓力荷載,人防外墻和頂板的設(shè)計,人防外墻和頂板的設(shè)計,PMSAP人防荷載與水土壓力的作用方式,PMSAP地下室構(gòu)件的人防設(shè)計技術(shù)條件 (1) 材料動力設(shè)計強度的調(diào)整 砼、鋼筋和鋼材的動力強度設(shè)計值取靜荷載作用下 的強度設(shè)計值乘以強度綜合調(diào)整系數(shù)rd，rd按 第4.6.3條和表4.6.3取值。 (2) 砼強度的修正 進行鋼筋砼梁斜截面承載力驗

17、算時，考慮了砼強度等級 影響的修正（有關(guān)公式見4.6.7條）。 進行梁、柱斜截面承載力驗算時，砼的動力強度設(shè)計值 乘以折減系數(shù)0.8（見4.6.8條）。 進行墻、柱受壓構(gòu)件正截面承載力驗算時，砼軸心抗壓 動力強度設(shè)計值乘以折減系數(shù)0.8（見4.6.9條）。 (3) 鋼筋砼構(gòu)件縱向鋼筋的最小配筋率 鋼筋砼構(gòu)件縱向鋼筋的配筋率最小值按4.7.7表取值 （見4.7.7條）。,人防外墻和頂板的設(shè)計,PMSAP整體有限元法給出的人防墻在側(cè)向人防荷載作用下的變形圖,PMSAP整體有限元法給出的人防墻 在側(cè)向人防荷載作用下的變形圖：局部,在這個菜單查看人防墻的面外配筋,人防外墻的配筋簡圖,人防外墻的配筋簡圖

18、：局部,H4.1:Sw范圍內(nèi)的水平鋼筋雙側(cè)總面積4.1cm2 V12: Sw范圍內(nèi)的豎向鋼筋雙側(cè)總面積12.0cm2,人防外墻和頂板的設(shè)計,在文本文件ADD_WREI.OUT中查看人防墻詳細(xì)的設(shè)計信息： 面外豎向筋設(shè)計(墻的頂?shù)捉孛嬖O(shè)計) B,H= 6000. 300. NC,NGH=45 1 IEW= 3 DS= 32.5 WGUJM= 200. AS= 406. M,N= 34.3 1889.1 ICOM= 1 IERR=0 IGZ=1 面外水平筋設(shè)計(墻的左右截面設(shè)計) B,H= 1200. 300. NC,NGH=45 1 IEW= 3 DS= 32.5 WGUJM= 200. AS= 404. M,N= 2.2 61.5 ICOM= 1 IERR=0 IGZ=1,在這個菜單查看人防頂板的配筋結(jié)果,PMSAP給出人防頂板有限元網(wǎng)格自動剖分圖,PMSAP給出的人防頂板有限元網(wǎng)格自動剖分圖：局部,人防外墻和頂板的設(shè)計,PMSAP給出的人防頂板撓度等值線圖,人防外墻和頂板的設(shè)計,PMS