采用新抗震规范设计的几个计算问题探讨

采用新抗震规范设计中几个计算问题的探讨吴文勇焦柯广东省建筑设计研究院深圳市广厦软件有限公司2011年4月从2010年12月1日执行新抗规以来，全国3000多家设计单位正式配备了广厦新规范计算程序GSSAP，已顺利完成了几万栋实际工程计算和设计。大量工程实践证明:新的抗震设计规范已被广大设计人员接受，并能成功执行。但在具体工程应用过程中仍存在一些值得探讨的问题。一、不同的刚度比计算方法结果差别较大的问题《抗规》3.4.3条文说明中提到“侧向刚度可取地震作用下的层剪力与层间位移之比值计算”，此方法与剪切刚度存在较大差别。规范中出现两套不同概念的刚度比:剪切刚度比和抗规刚度比。目前设计人员对不同的条文只能采用不同的计算方法，因为不同条文的刚度限值是按不同的方法确定的。5层和6层的X向刚度比剪切刚度比2.85抗规刚度比1.39为什么会有较大差别?层间位移包括:层间有害位移和层间无害位移。层间无害位移由下层转动引起，在2层和2层以上占70%以上，所以按抗规计算的刚度并不能代表本层的刚度,而由其下层决定。层号有害位移比例(%)1100.00234.99321.69415.32511.5668.9977.4285.5994.05102.905层与6层的X向刚度比剪切刚度比2.85抗规刚度比1.39层剪力与有害层间位移之比3.30如何求本层刚度?层剪力与有害层间位移之比反映实际的层刚度结论：通过层剪力与有害层间位移之比计算得到的结果与概念设计中的剪切刚度基本一致,可以避免规范中出现两种概念不同刚度所造成的困惑。二、带楼梯结构的抗震设计问题1、认识问题:认识上有了很大的进步经过两年多的研究和实践，大部分设计和审图人员思想认识上建立了带楼梯(刚度)结构的抗震设计概念，通过审图把关就可建立设计行业的这一新概念。2、设计过程中遇到的问题1)有些计算程序并没有真正实现楼梯抗震计算，错误的模型计算结果会误导结构设计工作;2)对计算结果的应用存在如下两种观念:第1种观念：按带楼梯结构模型设计第2种观念：按带和不带楼梯的结构模型取包络设计对于框架结构，考虑和不考虑楼梯刚度，结构整体刚度完全不同，设计的性能目标是有区别的。进行两个结果比较时，所有的计算结果可能大，也可能小。与不考虑楼梯刚度相比，有单侧楼梯时位移角大了，两侧都有楼梯时位移角小了建议图纸审核和审图要点中能明确：重点设防类和特殊设防类的建筑应两者取包络，以达到楼梯刚度破坏前后结构都安全的性能目标。其它设防类的建筑按带楼梯结构模型设计即可。三、剪重比不满足时楼层剪力增大系数如何求？1、本次抗规有2点变化：1)根据基本周期在反应谱区间共分3种调整方法：加速度控制段、速度控制段和位移控制段调整方法;2)某层不满足剪重比要求，则本层及其上各结构层都要进行剪力放大。2、各控制段剪力放大系数如何求?1）加速度控制段：每一层及其上各层的调整系数取相同:λmin/λ0k层增加的剪力：2）位移控制段：k层增加的剪力：这两个控制段所增加剪力有何关系？可推导出：加速度控制段的调整系数比位移控制段大。因为剪重比一般情况下是下小上大。即：所以：加速度段所增加剪力位移段所增加剪力0min000,/kkVVkkGV0kkkkGGV0kkGV000/3）速度控制段：a)底层按位移控制段方法求剪力增加值:b)顶层增加的剪力：取位移段和加速度段的平均值c)k层增加的剪力按高度插值。2/)/(000顶顶顶VGV001GV四、空心现浇板结构整体的抗震计算空心现浇板结构自重轻和跨度大，有利于抗震,目前应用越来越广泛。广厦GSSAP每年要算了几百栋空心现浇板结构，设计中要注意两点：1、抗震计算要准确考虑板刚度的影响；2、楼板的单元剖分质量决定结果的对错:1)剖分单元长宽大于2:刚度误差可达30%以上;2)相邻板节点的不对齐：位移协调，弯矩错。广州国际商品展贸城一期工程A1、A2、A3馆：标准层主要采用空心无梁楼板结构，空心板的双向柱距约为8米，板厚为450mm，采用广厦GSSAP（弹性板）进行计算和设计。下图为第3层的单元自动剖分。根据空心板的内力进行优化配筋，使空心板每平方用钢量降至18kg远小于普通梁板结构每平方36kg用钢量，经济效益很好。河南省中建设计院2011年4月完成的工程，中部18m跨度，采用广厦GSSAP（弹性板）进行计算。第1层的单元自动剖分情况。五、通用计算智能化的问题结构越来越复杂,大家都认识到采用通用计算才能算得清,通用计算若不智能化,大部分单位算不了。1、什么是通用计算?1)具有全弹性的准确刚度；2)参数开放到构件。2、智能化的难点:在于全楼自动剖分,不在单刚和求解器的速度规模,要解决如下3个难题:1)单元要规则;2)节点要对齐;3)速度要快:一般的高层控制在一分钟之内。3、通用计算应用实践我们经过近20年的理论研究,06年彻底解决了所有问题,扫清了专业计算软件向通用计算软件过渡的障碍。目前通用计算已普及到中小设计单位。下面介绍一些具体的应用:1)复杂筏基础的计算；2)空心板、斜屋面和无梁楼盖等结构的计算;3)楼梯的空间计算。1)复杂筏基础的计算模型2)空心板、斜屋面和无梁楼盖等结构的计算模型3)楼梯的空间计算模型12种楼梯可参与空间整体结构计算，每一种都形成一个复杂的支撑体系，只有参与空间分析才能实际地考虑对结构的影响。楼梯间可以任意多边形。六、快速抗震计算校核为什么要校核?1、当前地市设计单位的工程都越来越高,越来越复杂；2、计算发展很快,有些老程序的修改面临稳定性的问题;3、本次规范改动量较大,结果有较大差别时,如何判定是计算错误还是规范修改的原因。直接接口，完成快速对比。结束语：通过广厦这个平台，每天都与全国各地设计单位讨论新规范应用中遇到的一些问题。希望我们共同努力，推动结构计算的向前发展，推动新规范的良好应用。谢谢大家!