為特種結(jié)構(gòu)設(shè)計服務(wù)的幾項創(chuàng)新

為特種結(jié)構(gòu)設(shè)計服務(wù)的幾項創(chuàng)新陳岱林1在特種結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面的幾項創(chuàng)新?

與樓層建模相輔相依的空間建模?

斜墻和斜圓弧墻?

桿件的不同力學(xué)模型應(yīng)用?

鋼管混凝土疊合柱設(shè)計?

上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的協(xié)同計算?

迭代計算解決基礎(chǔ)受拉情況?

基礎(chǔ)沉降的迭代計算方法?

包絡(luò)設(shè)計模式21、與樓層建模相輔相依的空間建模純空間建模：Midas、SpaceCAD、SAP2000純樓層方式建模：PMCADYJK：和逐層建模平行地設(shè)置空間建模菜單3和逐層建模平行地設(shè)置空間建模菜單,并使空間模型和各層模型順利銜接進入空間建模菜單按照空間方式布置軸線,空間軸線用特殊的黃綠色顯示，空間菜單建立的模型作為特殊的一層5導(dǎo)入AutoCAD空間網(wǎng)格線實例樓層模型部分完整模型某音樂廳6空間模型部分為了樓層指標的計算，可將空間模型再分配到各普通樓層為了樓層指標的計算，可將空間模型再分配到各普通樓層各普通樓層增加了空間模型分配過來的復(fù)雜部分90將空間結(jié)構(gòu)導(dǎo)入普通樓層的效果111213空間結(jié)構(gòu)和普通樓層相結(jié)合建模的實例最終生成的都是普通樓層15空間結(jié)構(gòu)和普通樓層相結(jié)合建模的實例1617蒙皮自動導(dǎo)荷功能：投影導(dǎo)荷載18蒙皮，就是軟件在迎著荷載的一側(cè)，自動沿著結(jié)構(gòu)的最外側(cè)生成的導(dǎo)荷面。自重計算：法向算總重，投影導(dǎo)荷載法向?qū)эL(fēng)荷載法向?qū)эL(fēng)荷載23法向?qū)эL(fēng)荷載高聳復(fù)雜體型建筑的精細風(fēng)荷載導(dǎo)算輸入風(fēng)荷載參數(shù)25和Midas的接口用戶手中用Midas-Gen做的空間復(fù)雜模型較多，可以轉(zhuǎn)到Y(jié)JK繼續(xù)分析8轉(zhuǎn)化后的由普通層和空間層組成的YJK模型29從Midas-Gen導(dǎo)入YJK實例從Midas-Gen導(dǎo)入YJK實例312、斜剪力墻和斜圓弧剪力墻以前用斜柱模擬或斜板（殼單元）模擬32屋蓋為空間層，下面4層為普通層帶斜墻的體育場33增加了斜墻布置菜單跑馬場項目中的攝影臺35某機場酒店端部斜剪力墻363738423、桿件的力學(xué)模型和設(shè)計模型的互相適應(yīng)設(shè)計模型：柱、梁、墻、樓板力學(xué)模型：桿單元、殼單元43對普通梁方式輸入的連梁按照殼元計算對比三種跨高比的情況：L/H=1.5，L/H=2.5，L/H=3對比內(nèi)力使用的第5層5號墻梁（梁）位置示意圖連梁的桿單元和殼單元模型計算結(jié)果不一致YJK程序處理：對“普通梁方式”輸入的連梁，程序?qū)⒖绺弑容^小的梁自動劃分單元并按照“殼元”計算。這種處理方式保證了兩種輸入方式計算結(jié)果的一致性。廣東高規(guī)5.1.4：連梁可用桿單元或殼單元模擬，當連梁的跨高比小于2時，宜用殼單元模擬對普通梁方式輸入的連梁按照殼元計算46對普通梁方式輸入的連梁按照殼元計算

單元自動劃分對普通梁方式輸入的連梁按照殼元計算普通梁按殼元計算模型，兩種輸入方式的計算結(jié)果對比周

期(s)頂層水平位移(10-3m)5號梁彎矩（kN·m）5號梁剪力（kN）項目L/H2.5L/HL/HL/H1.531.52.531.52.531.52.53洞口

0.1821

0.1909

0.1939

2.56052

2.93847

3.10810

30.525.220.7-84.2-50-36.3普通梁

0.1821

0.1909

0.1939

2.55931

2.93896

3.10813

30.524.720.4-84.3

-49.9

-36.3差異率

0.000

0.000

0.000

-0.047

0.0170.001

0.000

-1.984

-1.449

0.119

-0.200

0.000結(jié)論：兩種輸入方式計算結(jié)果各項指標的差異率均在2%以內(nèi)。轉(zhuǎn)換梁常見超限問題應(yīng)對?

轉(zhuǎn)換梁本身容易抗彎超限?

轉(zhuǎn)換梁本身容易抗剪超限?

轉(zhuǎn)換梁上承托的剪力墻容易抗剪超限?

對轉(zhuǎn)換梁可按梁建模輸入，但不應(yīng)按一般梁采用的桿單元計算，應(yīng)采用殼單元計算轉(zhuǎn)換梁自動按殼單元計算?

YJK軟件處理轉(zhuǎn)換梁模型的方法

采用殼元模型計算，自動進行單元劃分，使細分的單元和上部承托的剪力墻單元保持協(xié)調(diào)。轉(zhuǎn)換梁自動按殼單元計算?

實際模型例題轉(zhuǎn)換梁自動采用殼單元計算，并使細分的單元和上部承托的剪力墻單元保持協(xié)調(diào)YJK與ANSYS相同，SATWE的跨中彎矩比YJK大將近一倍YJK支座彎矩比SATWE大，但可考慮支座寬度的影響，實配負筋不大YJK可使轉(zhuǎn)換梁底部配筋明顯減少多工程對比YJK與傳統(tǒng)軟件差距轉(zhuǎn)換梁負彎矩值對比圖（YJK-PKPM）80006000400020000YJKPKPMYJK-PKPM1

2

3

41

2

3

41

2

3

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2

3

41

2

3

4

51

2

3

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2

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41

2

3

4梁編號與工程名1

重慶2

PKPM

3-121212

4

當代

1#

5

當代

1#

左

6

中建9所

7

1

4托32

8E12

4托32-2000-4000-6000左上下徐工轉(zhuǎn)換梁正彎矩值對比圖（YJK-PKPM）!-通用格式!-通用格式!-通用格式!-通用格式!-通用格式!-通用格式Y(jié)JKPKPMYJK-PKPM1

2

3

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2

3

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PKPM1

2

3

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2

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2

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51

2

3

41

2

3

41

2

3

4梁編號與工程名1

重慶3-121212

4

當代

1#

5

當代

1#

左下

6

中建9所徐

7

1

4托32

8E12

4托32左上工轉(zhuǎn)換梁剪力值對比圖（YJK-PKPM）!-通用格式!-通用格式!-通用格式!-通用格式!-通用格式!-通用格式!-通用格式!-通用格式!-通用格式Y(jié)JKPKPMYJK-PKPM梁編號與工程名1

2

3

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2

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PKPM1

2

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2

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2

3

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重慶3-121212

4

當代

1#

5

當代

1#

左

6

中建9所徐

7

1

4托32

8E12

4托32左上下工殼元梁的應(yīng)用60162殼元梁的應(yīng)用6768對剪力墻按梁配筋?

對整層高的轉(zhuǎn)換層大梁也可以按剪力墻輸入?

此時剪力墻的殼單元力學(xué)模型滿足要求，但設(shè)計模型按一般墻，不滿足要求?

在計算前處理的“特殊墻”定義下，可將墻設(shè)置為“梁配筋墻”，即將他們按照梁的模式配筋；694、鋼管混凝土疊合柱設(shè)計常用于軸壓比不滿足要求而不能采用更大的截面尺寸時柱截面定義中輸入鋼管內(nèi)和鋼管不同的混凝土強度等級70由截面中部鋼管混凝土和鋼管外鋼筋混凝土疊合而成的柱71《鋼管混凝土疊合柱設(shè)計規(guī)程》?

疊合柱中鋼管混凝土承受的軸壓力設(shè)計值：Ncc=NEccAcc（1+1.8Θ）/[EcoAco+EccAcc（1+1.8

Θ）]?

疊合柱中鋼管外混凝土承受的軸壓力設(shè)計Nco=N-Ncc?

鋼管外鋼筋混凝土的軸壓比限值：n=Nco/（fcoAco）上海市《建筑抗震設(shè)計規(guī)程》2013?

當軸壓比不滿足表6.3.6的規(guī)定而不能采用更大截面尺寸的柱時，。。。?

可采用鋼管與混凝土雙重組合柱?

軸壓比按：α=（N-N鋼管混凝土）/Acfc?

N鋼管混凝土——按鋼管混凝土規(guī)范計算73鋼管混凝土疊合柱主要優(yōu)點?

鋼管的約束作用使鋼管內(nèi)混凝土的抗壓強度大幅度提高，且不會發(fā)生脆性破壞；?

管內(nèi)、外混凝土強度差別越大，鋼管混凝土的套箍指標越大，鋼筋混凝土部分軸壓比低、容易實現(xiàn)延性的大偏心受壓狀態(tài)；?

截面中部的鋼管混凝土提高了柱的抗剪承載力，實現(xiàn)強剪弱彎；?

節(jié)點核心區(qū)抗剪能力強；?

抗火性能好74上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的協(xié)同計算是對原有的上部結(jié)構(gòu)計算時底部只能按照固定端計算模式的突破75在上部結(jié)構(gòu)計算參數(shù)中選擇考慮基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)7677上部結(jié)構(gòu)計算時可考慮基礎(chǔ)模型操作步驟：1、上部結(jié)構(gòu)建模、計算2、基礎(chǔ)建模計算，并考慮上部結(jié)構(gòu)剛度3、上部結(jié)構(gòu)計算，選擇讀入基礎(chǔ)模型，可使上部結(jié)構(gòu)考慮基礎(chǔ)和地基剛度變形的影響78北京市政院水池80基礎(chǔ)變形的不均勻性考慮基礎(chǔ)土共同后上部結(jié)構(gòu)周期增大

地震作用減少不動支座陣型動畫彈性支座（考慮基礎(chǔ)、樁土）陣型動畫考慮基礎(chǔ)土共同后上部結(jié)構(gòu)恒活工況考慮支座位移差

內(nèi)力增加不動支座位移動畫彈性支座（考慮基礎(chǔ)、樁土）位移動畫6、基礎(chǔ)受拉情況下的非線性分析在較大水浮力下，或在較大上部傾覆力矩作用下將出現(xiàn)基礎(chǔ)受拉85某12塔基礎(chǔ)：400*300米樁筏板基礎(chǔ)的單元劃分（尺寸1米）30萬自由度，自動化分單元+計算時間10分生成基礎(chǔ)上部剛度加速幾十倍?

上部結(jié)構(gòu)計算時，生成基礎(chǔ)計算用的上部結(jié)構(gòu)凝聚剛度；?

以前版本這部分計算耗時很多，對于大的基礎(chǔ)平面可能需要幾十分鐘甚至上百分鐘?

YJK改進計算方法，再大的基礎(chǔ)平面情況耗時不會超過幾分鐘87考慮土樁抗拉抗壓剛度不同的迭代計算1）土只能承擔(dān)壓力，不能承擔(dān)拉力；2）普通樁、抗拔錨桿等拉壓剛度不同，差異很大。如果地基土或者樁出現(xiàn)了部分受壓部分受拉的情況，就應(yīng)該通過考慮土樁抗拉抗壓剛度不同的非線性迭代計算方法進行分析水浮力大時，部分區(qū)域的筏板會出現(xiàn)上拱效應(yīng)，上拱區(qū)域的土將失去支撐作用，該區(qū)域的抗拔錨桿將起拉桿作用。這種情況需采用迭代計算才能得出土的壓力和錨桿的壓力值考慮土樁抗拉抗壓剛度不同的迭代計算?

非線性本質(zhì)要求不能使用疊加原理，所以不能按單工況分別計算、并對荷載組合通過效應(yīng)疊加的方法。?

應(yīng)該把組合后的荷載加載到基礎(chǔ)上進行計算。簡單實例對比分析這里空曠范圍大只有1層有柱這里空曠只有1層有柱空曠部位下的基底軸力只有其他柱的20%水浮力52KN/m^2基于倒樓蓋模型的多模型分析方法——抗浮工況組合的基礎(chǔ)位移圖非線性分析方法——抗浮工況下的基礎(chǔ)位移圖基于倒樓蓋模型的多模型分析方法——配筋-X頂基于倒樓蓋模型的多模型分析方法——配筋-Y頂基于非線性方法——配筋結(jié)果-X頂（紅框區(qū)域）基于非線性方法——配筋結(jié)果-Y頂（紅框區(qū)域）結(jié)論上部剛度及荷載不均勻時，基礎(chǔ)抗浮計算（或其它基礎(chǔ)受拉情況）采用倒樓蓋模型、或線性計算方法，結(jié)果可能是偏于不安全?；诜蔷€性的分析模型能準確模擬水和上部荷載的相對關(guān)系，支座關(guān)系更加真實，所以可以準確模擬出水上抬效應(yīng)?？紤]是否設(shè)置抗拔樁的計算典型實例最大水浮力發(fā)生在局部范圍：僅24kN/m2,整體抗浮穩(wěn)定驗算通過，是否需要設(shè)抗拔樁？105106最大頂部配筋24cm2最大頂部配筋36cm2某一帶有最大水浮力基本組合的筏板彎矩圖,依靠筏板本身的抗彎承載力承擔(dān)水浮力，沒有設(shè)設(shè)抗拔樁90米高的風(fēng)力發(fā)電機基礎(chǔ)設(shè)計通過迭代計算結(jié)果控制基礎(chǔ)0應(yīng)力區(qū)的大小7、沉降的多次迭代計算通過沉降計算控制基礎(chǔ)沉降差異由于樁和土剛度的非線性屬性采用迭代計算沉降準永久組合下進行111樁筏基礎(chǔ)沉降的多次迭代計算方法1、沉降試算->確定初始樁剛度和基床反力系數(shù)；2、有限元試算（第一次有限元計算）：用有限元計算得到的樁反力和基底壓力計算沉降；用該沉降計算結(jié)果重新計算出樁土剛度；3、第二次有限元計算：用求出的樁土剛度代入總剛，再計算一次樁反力和基底壓力，根據(jù)有限元計算得出的樁反力和基底壓力計算沉降4、多次迭代直到位移和沉降重合5、由于此法樁反力差別很大，僅用于沉降計算【計算選項】中提供了沉降迭代的高級選項體現(xiàn)了上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基的綜合因素?

基礎(chǔ)計算中考慮了上部結(jié)構(gòu)剛度；?

基礎(chǔ)計算采用了整體有限元計算；?

沉降計算采用分層總和法，考慮基礎(chǔ)間的互相影響；?

迭代以有限元位移值和沉降值一致為目標；?

因此，這種沉降計算體現(xiàn)了上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基的綜合因素114樁筏與筏板聯(lián)合基礎(chǔ)塔樓下樁筏+裙房下筏板的協(xié)同有限元計算迭代以有限元位移值和沉降值一致為目標116是否進行迭代計算的沉降計算結(jié)果對比迭代后：沉降差小，沉降和反力里大外小呈正鍋底形一次計算，沉降值17-65迭代計算，沉降值19-447是否進行迭代計算的樁剛度分布對比迭代后：樁土剛度里小外大呈倒鍋底形一次計算，樁剛度都是490666迭代計算，樁剛度外圍390000，內(nèi)部170000，符合外剛內(nèi)柔規(guī)則包絡(luò)計算模式包絡(luò)設(shè)計是在多個計算結(jié)果中取最大值在這里指的是構(gòu)件配筋的包絡(luò)設(shè)計，即構(gòu)件配筋時需要在兩個或者多種計算模型中取大值的設(shè)計119計算參數(shù)中包絡(luò)設(shè)計的設(shè)置120包絡(luò)計算模式可綜合考慮結(jié)構(gòu)多種不利因素?

對于多塔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對合塔與分塔狀況自動拆分、分別計算并結(jié)果選大?

少墻框架結(jié)構(gòu)中框架部分的地震剪力取框架、框剪兩種結(jié)構(gòu)計算較大值?

考慮樓梯的計算：其整體內(nèi)力分析的計算模型應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響，并宜與不計樓梯構(gòu)件影響的計算模型進行比較，按最不利內(nèi)力進行配筋；?

抗震性能設(shè)計：多遇地震計算和中震（或大震）彈性或中震（或大震）不屈服設(shè)計結(jié)果取大值設(shè)計；121包絡(luò)設(shè)計—多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計《高規(guī)》5.1.14對多塔樓結(jié)構(gòu)，宜按整體模型和各塔樓分開的模型分別計算，并采用較不利的結(jié)果進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。當塔樓的裙房結(jié)構(gòu)超過兩跨時，分塔樓模型宜至少附帶兩跨的裙房結(jié)構(gòu)《廣高規(guī)》11.6.3-4大底盤多塔結(jié)構(gòu)，宜按整體模型和各塔樓分開的模型分別計算，整體建模主要計算多塔樓對大底盤部分的影響，分塔樓計算主要驗算各塔樓扭轉(zhuǎn)位移比完全的自動劃分多塔，可自動處理復(fù)雜情況，極少的人工干預(yù)一鍵操作就實現(xiàn)的多塔自動劃分的三維效果自動劃分多塔的效果多塔結(jié)構(gòu)的多塔自動劃分過程124計算結(jié)果自動選大，但提供菜單查看各分塔分別單獨計算的結(jié)果對于多塔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對合塔與分塔狀況自動拆分、分別計算并結(jié)果選大整體計算與分塔計算構(gòu)件的配筋結(jié)果對比柱（mm2）梁（mm2）墻（mm2）層數(shù)800*8003281D4002700L300*500700*7001397300*6002791300*700350*6001169350*7001066300自

16409266226925.7動取大值43188151427002850178217281229122943352350445014259309318649.00.012181166113017656409122913976637350.01432811980279126621169106626925.7分塔計

12算18741280198028501782172898098043352350445014259309318649.00.01166113018174712296557350.0結(jié)論：計算結(jié)果取的是整體與分塔的較大值。點菜單“顯示多塔取大構(gòu)件”后，粉色加亮的構(gòu)件是取自單塔計算結(jié)果的較大值，其余是合塔計算結(jié)果值較大包絡(luò)設(shè)計—少墻框架結(jié)構(gòu)中框架部分的地震剪力可自動取大?

參數(shù)設(shè)置目的–

規(guī)范條文：《抗震規(guī)范》6.2.13-4設(shè)置少量抗震墻的框架結(jié)構(gòu)，其框架部分的地震剪力值，宜采用框架結(jié)構(gòu)模型和框架—抗震墻結(jié)構(gòu)模型二者計算結(jié)果的較大值。–

程序處理方法：自動實現(xiàn)按剪力墻剛度不折減的整體模型和按剪力墻剛度折減的模型分別計算，并對框架部分的地震剪力采用二種模型較不利的結(jié)果進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。少墻框架結(jié)構(gòu)中框架部分的地震剪力可自動取大129少墻框架結(jié)構(gòu)中框架部分的地震剪力可自動取大?

例題說明參數(shù)的高效性，結(jié)果與分別計算的一致性。–

5層混凝土框架結(jié)構(gòu)少墻框架結(jié)構(gòu)中框架部分的地震剪力可自動取大分別計算與整體計算對比結(jié)果構(gòu)

件

配

筋

量（mm2）構(gòu)

件柱1框架結(jié)構(gòu)3992框剪結(jié)構(gòu)3012自動取大3992差異率32.5%柱280548070807000梁1400042584258結(jié)論：軟件按兩種模型大者取值。提供通用的包絡(luò)設(shè)計工具和配筋對比工具軟件找出兩個工程中各個構(gòu)件的對應(yīng)關(guān)系并并取配筋較大值計算參數(shù)中包絡(luò)設(shè)計的設(shè)置132是否