盈建科作为二套结构设计软件复核的技术内容.docx
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盈建科作为二套结构设计软件复核的技术内容
致施工图审查机构
尊敬的各地施工图审查机构:
应《抗规》和《高规》要求,对于一些复杂结构项目或超高超限项目应不少于两个力学模型,对计算结果进行分析比较的要求,确保所设计项目的安全性。
盈建科作为第二套建筑结构设计软件的复核内容如下:
主要复核内容有以下21条。
1、对“有地下室工程”的地震作用计算复核
2、对“多塔楼结构”的计算复核
3、对“少墙框架结构”的计算复核
4、对“剪力墙的边缘构件配筋、轴压比、稳定性可按照考虑翼缘、边框柱的组合截面计算”的计算复核
5、对“承受水土压力的地下室外墙”或“剪力墙承受面外荷载”的计算复核
6、对“活荷载折减”的计算复核
7、对“考虑楼梯”的计算复核
8、对“现浇空心板工程”的计算复核
9、对“由钢结构和混凝土结构混合组成的结构”的计算复核
10、对“体育馆屋顶、工业厂房等大跨空间结构”的计算复核
11、对“需设置杆件间弹性连接、指定约束或支座位移结构”的计算复核
12、对“需设置杆件施工次序结构”的计算复核
13、对“梁承受拉力或压力时的配筋”的计算复核
14、对“无梁楼盖结构”的计算复核
15、对“承受集中荷载的楼板或布置在主次梁结构上的楼板”的计算复核
16、应用“盈建科软件提供的接口和计算对比程序”对各种结构设计软件的计算结果对比分析
17、对“复杂承台桩基、桩筏和筏板基础结构”的计算复核
18、对“基础沉降”的计算复核
19、对“基础冲切抗剪计算”的计算复核
20、对“基础拉梁”的计算复核
21、对“其它若干方面”的计算复核
见附件:
《施工图审查机构应用盈建科软件主要复核内容》
附件:
《施工图审查机构应用盈建科软件主要复核内容》
1、对“有地下室工程”的地震作用计算复核
《高规》5.1.13规定:
“计算振型数应使各振型参与质量之和不小于总质量的90%。
”
当结构存在地下室时,传统软件给出的有效质量系数达到90%以上,甚至达到99%,多数情况下这个给出的值将是偏高的。
可以将同样的模型转换到其它软件计算即可得到这样的结论。
或者当传统软件给出的有效质量系数达到99%时,原本说明已经达到地震作用理论上的最大值,但只要继续增加计算振型个数再计算,程序给出的剪重比还会大幅增加,有时增幅达到30%以上。
这就说明它第一次计算时将地震力少算了,质量系数达到99%属于虚报的情况。
由于一般的民用建筑都带有地下室,在其它类型结构中地下室也常常存在,因此这个问题的影响范围是很广泛的。
YJK解决了传统软件地震力可能少算质量系数的情况。
2、对“多塔楼结构”的计算复核
《高规》5.1.14条规定:
“对多塔楼结构,宜按整体模型和各塔楼分开的模型分别计算,并采用较不利的结果进行结构设计。
”
YJK对于多塔结构实现对合塔与分塔状况自动拆分、分别计算并结果选大,可直接查看合塔、分塔计算结果。
由于计算容量有限,传统软件对于规模稍大的多塔结构(如自由度20万以上时)不能做合塔计算,只能单个塔分别计算。
有时即便能够做合塔计算,但计算振型个数不能太多,振型参与系数达不到90%,同样不能满足要求。
YJK计算容量是传统软件的5倍以上,有必要用YJK补充合塔计算并与单塔对比取大。
YJK软件提供了Ritz向量法,该方法可以使用计算不多的振型个数就可达到要求的质量参与系数。
这种算法在Etabs、Midas软件也有提供,对于较大规模的多塔结构,如40万自由度以上且各塔独立性较强时,或大跨的体育场馆结构、平面规模较大的结构、竖向地震作用计算等,有时即使计算的振型个数非常多也不能达到足够的质量参与系数。
这种情况下使用YJK的Ritz向量法可圆满解决问题。
传统软件无法完成此功能。
YJK填补手工计算不可能完成的空白。
3、对“少墙框架结构”的计算复核
《抗震规范》6.2.13.4条规定:
“设置少量抗震墙的框架结构,其框架部分的地震剪力值,宜采用框架结构模型和框架-抗震墙结构模型二者计算结果的较大值。
”
YJK自动实现按剪力墙刚度不折减的整体模型和按剪力墙抗侧刚度折减的模型分别计算,并对框架部分的地震剪力采用二种模型较不利的结果进行结构设计。
传统软件无法完成此功能。
YJK填补手工计算不可能完成的空白。
4、对“剪力墙的边缘构件配筋、轴压比、稳定性可按照考虑翼缘、边框柱的组合截面计算”的计算复核
《抗规》6.2.13条:
抗震墙应计入腹板和翼墙共同工作。
《砼规》9.4.3条:
在承载力计算中,剪力墙的翼缘计算宽度可取……
规范的规定说明剪力墙配筋应按照考虑翼缘、考虑边框柱的组合截面进行。
但传统软件计算剪力墙的配筋时是按照每个单肢墙的一字墙分别计算,然后把相交各墙肢的配筋结果叠加作为边缘构件配筋,这样的配筋结果偏大,另一方面正如许多权威专家多次指出的:
有时配筋不够,不安全。
传统软件对于剪力墙轴压比的计算,是按照单独墙肢分别计算的,常有互相连接的墙肢轴压比相差较大,有的超限,有的不超限,这与实际不符。
YJK软件可按照考虑翼缘、边框柱的组合截面进行剪力墙的边缘构件配筋、轴压比、稳定性计算。
这样的配筋结果和设计结果既安全、又经济合理。
传统软件此功能不完善。
5、对“承受水土压力的地下室外墙”或“剪力墙承受面外荷载”的计算复核
设计地下室外墙时,传统软件有限元计算时不能计算剪力墙承受面外荷载的情况,即整体计算时没有加载面外荷载,而只是在地下室外墙的截面配筋设计时才考虑面外荷载,并采用了简化模型计算,即将每层外墙按照竖向1米条带、两端支撑在楼板上的单跨模型计算。
这种方法由于不能考虑竖向各层连续的因素、将墙的周边支撑简化为上下两端支撑等,常造成地下室外墙配筋过大。
YJK的有限元计算可以计算剪力墙承受面外荷载的情况,即整体计算时加载了面外荷载,对承受面外荷载的墙给出墙的面外弯矩和配筋,由于整体有限元计算是按照各层连续、墙周边弹性支撑的精确模型完成的,配筋符合实际情况,减少了地下室外墙配筋过大的异常现象。
承受面外荷载的墙可在计算简图上选择显示“水土压力”、“人防荷载”或其它面外荷载来显示面外荷载的数值。
在配筋结果文件中对布置了面外荷载的剪力墙补充按照承受面外弯矩和竖向力组合的计算配筋,输出“面外设计结果”,给出双层双向的竖向和水平分布筋计算结果。
当仅在一侧的地下室外墙布置水土压力时,可在水土压力变形图上看到整体结构向一侧偏移的结果。
而以前软件在整体计算中考虑不了这种承受单向的水土压力的情况,必须手工补充输入各种类型的水平荷载才能避免计算错误。
建模的荷载输入中增加了剪力墙的面外荷载输入,当布置墙的任意恒活面外荷载时,可在恒、活载变形图上看出结构承受面外荷载的变形效果。
传统软件此功能不完善。
6、对“考虑活荷载折减”的计算复核
传统软件的活荷载折减仅能按照“考虑楼层的折减系数”的情况,这个只适用于第一类活荷载(宿舍、办公等),而其余11类荷载不适应,且这种折减仅针对柱、墙、基础。
YJK软件在计算前处理中增加“活荷折减”菜单,可按单个构件设定不同的值,即可按自然层分别对梁、柱、墙、斜杆的某一杆件设置不同的值。
可设置两类折减:
第一类是对构件的活荷载效应的折减。
另一类是对构件的重力荷载代表值时的活荷折减系数(以及地震活荷组合系数)的设置。
当同一结构中存在多种类型的活荷载时,可通过对不同构件设置不同的活荷载折减系数,从而适应了对不同构件上布置多种活荷载类型的需要。
程序第一类的折减系数是对构件的活荷载效应折减。
用户按照完整的活荷载在整体结构上输入,然后可对不同活荷载类别设置不同的折减系数,比如对主梁和次梁设置不同的折减系数等。
程序初始给出的活荷折减系数是柱墙考虑楼层数的折减和梁考虑房间面积的折减,用户在此图上修改。
梁的折减以前在建模的荷载输入时勾选相关参数。
但以前软件对梁的折减和柱墙考虑楼层的折减不能同时考虑,因为楼面导荷时考虑了这种折减,其结果仅适用于梁的设计,柱墙考虑楼层的折减本应依据原始的楼面荷载,由于原来程序的柱墙荷载是从梁荷载汇总而来,这样两次折减造成折减过多。
YJK新程序在楼面荷载导算时不作折减,改为对梁的活荷载内力折减。
柱墙内力是由初始活荷得出的,不再造成两次折减。
并且YJK新程序把梁的活荷载折减参数也放在计算参数中的活荷载相关参数中。
以前的重力荷载代表值时的活荷折减系数(以及地震活荷组合系数)为全楼统一值,隐含为0.5。
当结构中存在藏书库等折减系数为0.8的活荷载时,YJK新程序可仅对藏书库相关构件设置不同的折减系数。
传统软件此功能不完善。
7、对“考虑楼梯”的计算复核
传统软件使用折梁斜梁计算梯板和平台板,它的考虑楼梯的计算常出现大量杆件超限、超配筋、位移比超限等异常现象,这是由于它的计算模型或软件缺陷造成的。
YJK支持单跑、双跑、三跑、四跑、交叉、双分等楼梯形式,各跑数据按图集11G101-2规定描述。
YJK对于梯板和平台板按照细分的壳元计算。
经过大量的计算实例对比,用YJK软件整体计算中考虑楼梯后,周期减小,基底剪力加大,与楼梯相连的构件配筋增多,但是变化的幅度有限,变化在经验预期范围内。
使用Midas、广厦等软件考虑楼梯的计算结果和YJK是相同的。
传统软件此功能不完善。
8、对“现浇空心板工程”的计算复核
现浇空心板是一种新型的楼板结构,相关设计规范已经颁布但是用户找不到合适的计算分析与设计软件。
YJK对现浇空心板结构提供了系统解决方案,即在建模的楼板菜单下布置现浇空心板,在上部结构计算中嵌入以楼层为单元的现浇空心板计算,在梁平法施工图中绘制空心板肋梁施工图。
YJK对空心板提供两种计算方法:
交叉梁法和有限元法。
交叉梁法是将空心板转化为工形或T形密肋交叉梁计算,计算时考虑主梁刚度;有限元法是考虑空心的因素按照折算刚度的普通楼板按有限元方法进行计算。
无论何种算法,均在计算结果中以肋梁交叉梁的形式输出弯矩、剪力、配筋等。
传统软件无此功能。
9、对“由钢结构和混凝土结构混合组成的结构”的计算复核
当结构是由钢结构和混凝土结构混合组成的结构时,如体育场馆下部的看台是混凝土结构、上部屋顶是钢网架结构时,以前的软件地震计算时只能输入全楼为一种材料的一个阻尼比值,该阻尼比按照混凝土输入地震力计算偏大、按照钢结构输入则地震力计算偏小,常采用按两种材料分别计算再折中的方案。
这种这种方法得不出合理的结果。
YJK按照抗震规范10.2.8条的“振型阻尼比法”计算不同材料组成的混合结构,可按材料区别输入不同的阻尼比。
软件根据各构件的应变能加权平均的方法来计算各阶振型阻尼比,这种情况下,应变能贡献大的构件对该振型的阻尼比贡献较大,反之则较小。
传统软件无此功能。
10、对“体育馆屋顶、工业厂房等大跨空间结构”的计算复核
对于采用拱、平面桁架、立体桁架、网架、网壳、张铉梁、弦支穹顶等基本形式及其组合而成的大跨度钢屋盖结构,《抗规》10.2.7条“计算模型应计入屋盖结构与下部结构的协同作用。
”
传统软件常用刚性杆或虚梁模拟屋面结构,造成各种计算异常。
YJK可把平面楼层建模和空间结构建模密切协调,在平面建模菜单平行地设置空间结构输入,用户可用平面建模菜单输入下部结构,用空间结构菜单直接输入空间桁架或网架。
这样在结构整体计算中软件就可以全面反映屋盖结构与下部结构的协同作用,可以避免用其它各种简化模拟带来的异常现象。
传统软件此功能不完善,计算模型不合理。
11、对“需设置杆件间弹性连接、指定约束或支座位移结构”的计算复核
对于结构的不同部分之间设置弹性连接时,YJK提供了单点约束、两点约束等方式,可以计算这种弹性连接的状况。
比如上连体结构中的连体部分和主塔之间的连接是滑动支座的连接。
而传统软件不能处理这种结构。
传统软件无此功能。
12、对“需设置杆件施工次序结构”的计算复核
很多结构构件的施工次序和软件自动定义的按照楼层自下至上顺序是不同的,需要人工指定它们的施工次序。
指定施工次序后的计算结果和按照隐含的楼层自下至上顺序差别很大。
以前只能使用国外软件进行考虑构件施工次序的计算,可以正确给出恒载下构件内力,但是由于国外软件在构件规范设计方面的不能胜任,还需要手工补充这些构件在设计部分的内容,工作量很大。
YJK在计算前处理中设置了指定构件施工次序的功能,既解决了恒载下内力计算问题,又可保证后续的规范设计正确进行。
传统软件无此功能。
13、对“梁承受拉力或压力时的配筋”的计算复核
对于坡屋面梁、设置弹性板处的梁或者其它情况梁,这些梁常承受拉力或者压力,从而处于拉弯或者压弯的受力状态。
但是按照传统梁的配筋方式不考虑这些拉力或压力而只考虑弯矩去配筋,因此常造成安全隐患。
YJK对于承受较大比例的拉力或者压力的梁(拉压力的比例通过参数设置),自动按照拉弯构件或者压弯构件计算该梁的配筋,避免传统计算方式造成梁配筋不足的情况。
传统软件此功能不完善。
14、对“无梁楼盖结构”的计算复核
YJK对于无梁楼盖结构给出了圆满的计算设计方案。
YJK不像传统软件设置另外的模块设计无梁楼盖,而是在建模、上部计算、楼板施工图中融入无梁楼盖设计,既发挥了已有模块的集成优势,又操作简便。
1)建模中设置暗梁和柱帽
《高规》8.2.4:
“板柱-剪力墙结构中……抗震设计时,应在柱上板带中设置构造暗梁,暗梁宽度取柱宽及两侧各1.5倍板厚之和。
”因此应在建模中把暗梁按照这样的要求当做普通梁输入。
《高规》8.1.9:
“无梁板可根据承载力和变形要求采用无柱帽(柱托)板或有柱帽(柱托)板形式……7度时宜采用有柱托板,8度时应采用有柱托板。
”在建模的楼板布置菜单下设置有柱帽布置菜单。
当布置了柱帽时,建模软件将把与柱帽相连的梁自动设置为加腋梁的属性,该梁在上部结构计算中将按照加腋梁设计。
2)上部结构计算
与柱帽相连的梁的计算将按照加腋梁进行;该梁刚度不放大(取放大系数1.0);对无梁板应设置为弹性板3或弹性板6,并勾选参数“梁柱弹性板变形协调”;弹性板单元尺寸应设置为1米。
这样设置是为协调板与梁的共同作用,减少梁本身配筋。
并且配筋考虑了所有工况,所以梁的配筋可靠度是可以保证的。
暗梁的施工图可在梁的平法施工图中表达。
3)柱对板的冲切计算
柱对板的冲切计算在上部结构计算中进行。
当柱上设置了柱帽,或者柱上的楼板厚度与柱上梁的高度相同时,软件在柱配筋文件中将增加柱对板的冲切计算内容。
冲切计算不够时还将给出抗冲切的配筋面积。
4)楼板计算
无梁楼板本身的配筋计算在楼板施工图菜单进行。
对于楼板配筋,应勾选有限元算法,由于梁高于板厚一致,梁不能起到对楼板的有效支撑,还需勾选“考虑梁弹性变形”,以便使梁板变形协调。
5)无梁楼板施工图
柱上板带和跨中板带的概念是针对等代框架梁方法的,不是针对有限元方法的,所以采用一般集中标注和原位标注的楼板施工图可以直接应用。
楼板施工图提供了“无梁楼板”菜单,用该菜单可采用平法标准图11G101-1第6节无梁楼盖平法施工图规则画图。
传统软件此功能不完善。
15、对“承受集中荷载的楼板或布置在主次梁结构上的楼板”的计算复核
YJK补充了承受集中荷载或线荷载楼板的有限元计算,并且对于这种荷载可精确进行导算到梁墙的计算。
这种计算避免了传统软件将这类荷载简化成楼板均布面荷载的近似处理方式可能造成的不安全隐患。
对于布置在主次梁结构上的楼板,YJK在楼板计算时提供了对全层楼板按照有限元计算,且计算时考虑梁的弹性变形的设计方法。
传统软件对于楼板设计时认为梁竖向没有位移且不能考虑梁的扭转刚度,这与实际出入较大,特别是在主次梁结构时,相比传统软件按照次梁围成小房间逐间计算配筋的方式,YJK结果表现出主梁承受的弯矩和楼板跨中承受的弯矩都大很多(次梁承受的弯矩减少),整个呈现以主梁围成的大房间的受力状态。
说明传统的配筋方式有时是不够安全的。
传统软件此功能不完善。
16、应用盈建科软件提供的接口和计算对比程序对各种结构设计软件的计算结果对比分析。
YJK提供了和当前大多数知名结构设计软件的接口程序,如PKPM、ETABS、MIDAS、Abaqus等,从而方便用户实现一模多算,用多个不同计算模型的软件进行各种对比。
YJK还提供了不同计算结果的自动对比程序,包括YJK和PKPM、YJK同ETABS等计算结果的对比,可进行同一程序不同版本或多次计算方案结果的对比。
传统软件无此功能。
17、对“复杂承台桩基、桩筏和筏板基础结构”的计算复核
对复杂承台桩基、桩筏和筏板结构,YJK采用和上部结构同样的有限元核心,计算容量不再受限、且按照1米自动划分的单元质量高,因此解决了传统软件常算不过、模型粗糙、结果异常的现象。
当基础平面规模较大时,传统软件常容量受限,需要分块才能完成计算。
且单元尺寸一般采用2米,尺寸太大精度粗糙。
单元形状常有异常三角形,造成计算的应力集中、内力突变,因此配筋结果常偏大很多。
YJK可虑上部结构刚度的计算可以仅考虑用户输入的几个楼层的刚度,从而控制结果的合理性。
而传统软件只能考虑全部楼层的刚度。
传统软件此功能不完善。
18、对“基础沉降”的计算复核
YJK给出完整清晰的沉降计算流程和技术条件:
沉降试算确定初始桩刚度和基床反力系数;用求出的桩土刚度代入总刚,通过整个基础的有限元计算得出桩反力和基底压力;再用分层总和法计算沉降,并考虑不同基础互相影响。
软件还提供了基础沉降的二次计算方法,满足沿海部分用户需求。
传统软件缺乏系统的沉降计算,仅在沉降试算方面有参考价值,但是它用有限元的弹性位移代替沉降,是不合理的。
传统软件此功能不完善。
19、对“基础冲切抗剪计算”的计算复核
传统软件对基础的冲切抗剪计算问题很多,如内筒冲剪计算时筒底反力按照整个基础的平均值取用,取值过小,造成筏板厚度大很多。
又如柱墙对筏板及承台的冲切计算时不能考虑柱墙冲切锥下桩的反力,也常造成筏板厚度过大。
桩冲切计算时不能按桩实际受力值,而是按照桩承载力取值(过大),造成基础厚度过大。
YJK对桩土反力按照有限元计算结果取用,对柱墙冲切角范围下的桩自动找出并取其反力值,对互相连接的柱墙按照合并的组合截面计算,符合实际受力状况。
柱墙冲切筏板或者承台的计算给出所有柱墙计算值,不会存在传统软件的大范围遗漏。
YJK提供详细的冲切抗剪计算书,注明计算公式和每一个中间变量值。
因此使用YJK软件可比传统软件减少基础厚度很多,经济合理。
传统软件此功能不完善。
20、对“基础拉梁”的计算复核
补充了传统基础软件缺乏的拉梁的设计计算;拉梁取其左右柱最大轴力的1/10按拉杆进行计算;拉梁承担按照用户输入的拉梁应分担柱下弯矩的比例计算,从而减少基础截面;拉梁上的荷载将传到拉梁下的基础。
传统软件无此项功能,使用户被迫将拉梁当做单独一个楼层计算造成误差很大。
或者输入了拉梁和它上面的荷载,但软件给出的拉梁和它下面的基础的设计结果却遗漏了拉梁荷载的作用,造成设计上较大的安全隐患。
传统软件没有这项功能。
21、对“其它若干方面”的计算复核
1)斜剪力墙
对于类似倾斜的筒体结构的斜剪力墙,YJK提供了设计计算配筋功能,在建模中补充了“斜墙”布置菜单,按照壳元计算并按照剪力墙配筋设计。
YJK填补了该种形式剪力墙没有软件可以设计的空白。
2)移动荷载
YJK提供了移动荷载设计计算功能,适应悬挂吊车、楼面铲车等类移动荷载,输入相交于梁、墙的移动轨迹,软件按影响线生成作用于梁、墙的移动荷载,软件按照吊车荷载计算类似的框图(以预组合内力参与组合)计算移动荷载。
YJK解决了传统软件不能处理移动荷载的空白。
3)温度荷载
YJK在通用有限元技术架构上实现的温度荷载计算稳定可靠,可以和国内外知名软件的计算核对。
YJK为使用传统软件计算温度荷载却常出现结果异常的用户给出了完美的解决方案。
4)重力二阶效应计算
由于新的《砼规》对柱设计只考虑P-δ,并要求P-Δ须在整体计算中考虑,因此考虑重力二阶效应计算应成为一般结构计算的必要选项。
YJK在通用有限元技术架构上给出高质量的重力二阶效应(P-Δ)计算方法:
在常规的结构刚度上增加一个几何刚度修正项;柱等一维竖向构件单元的几何刚度矩阵采用了空间梁单元的几何刚度矩阵计算方法,即考虑梁弯曲和杆轴向变形的几何刚度,并且能考虑构件偏心影响;剪力墙的几何刚度矩阵既考虑面外又考虑了面内刚度;竖向构件上的力采用竖向导荷结果,比较真实地反映构件的竖向力工况应力状态。
5)竖向地震计算
新规范对竖向地震计算提出了更高的要求,但用一般软件计算竖向地震常出现有限质量系数不能达标的情况,YJK提供的Ritz向量法可解决这个问题。
6)钢板混凝土剪力墙
新高规规范给出钢板混凝土剪力墙的计算设计方法,钢板混凝土剪力墙可以大大提高剪力墙的抗剪能力,降低剪力墙的轴压比。
YJK在建模中的墙定义增加了钢板混凝土剪力墙类型,在上部计算中完成钢板混凝土剪力墙设计。
7)分缝连梁设计
剪力墙的连梁是非常容易超限的构件,新规范推荐用设置连梁分缝的方法避免超限。
YJK给出了连梁分缝设计的完整的处理方案。
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