结构整体计算计算分析需考虑的各种因素.ppt
结构计算分析,计算分析的重要性,主要作用 工程师的主要工具 增长结构概念的重要手段 方案阶段 方案对比 初步设计阶段 确定结构布置及主要构件尺寸 施工图阶段 确定构件配筋,计算分析的误差,清醒认识:计算的误差是不可避免的 只有更合理的结果,没有正确的结果,作用,计算模型,计算结果,恒载、活载 风、地震 温度,实际结构,效应,计算分析的要点,合理的单元模型 单元由软件开发商提供 选用合适的单元 合理的结构模型 考虑全面的荷载,有限元分析概述,有限元方法,结构分析的重要工具有限元方法 实体有限元,从弹性力学出发建立单元模型 杆系有限元,从结构力学出发建立单元模型 分析方法和思路相同 目前主要的结构分析程序 梁、柱、支撑采用的是梁单元 剪力墙 壳单元 薄壁杆单元 壁式框架,有限元方法,分析的核心节点 构件的连接关系通过节点 物理意义:传力途径 单元在节点上变形协调 通过节点传力,常见的复杂连接关系,框支结构,确保梁上有节点传力,常见的复杂连接关系,结构分缝,常见的复杂连接关系,钢结构连接,交点刚接,一杆通过,一杆铰接,全铰接,交点不连接,正确确定计算参数,周期折减系数考虑非结构构件的影响 框架结构:0.60.7 框架剪力墙结构:0.70.8 剪力墙结构:0.91.0,正确确定计算参数,连梁刚度折减 6、7度时可取0.7 8、9度时可取0.5 风荷载作用下不应进行连梁刚度折减 跨高比较大的梁,折减系数不宜过大,控制裂缝的发生和发展,正确确定计算参数,梁刚度增大系数考虑楼板对梁的约束 边梁1.5 中梁2.0 截面设计时楼板作用不考虑,正确确定计算参数,梁弯矩调幅 只对重力荷载进行调幅 悬臂梁不进行调幅 一般调幅系数 装配整体式结构0.70.8 现浇结构0.80.9,效应组合,无地震作用组合,效应组合,有地震作用组合,效应组合,地震与温度效应的组合 对超长结构需要考虑 极限温差按气象资料确定 外露结构要考虑日照引起的局部温度升高 与地震荷载组合时: 五棵松篮球馆 无地震组合±15 地震组合±0.5×15 国家体育场 无地震组合±50 地震组合±0.5×50,动力分析与静力分析,荷载的分类,荷载的大小和方向是否改变 静荷载 恒载 活载大小改变,但变化速度很小 动荷载,动荷载的处理方法,静力分析方法 动力荷载的动力系数 风荷载的风振系数 动力分析 动荷载 地震作用 时程分析 反应谱法,动力时程分析方法,动力方程,动力时程分析方法,阻尼阵的确定,动力时程分析方法,动力方程的求解 振型组合法 速度快 只适用于线性问题 直接积分法 速度慢 可用于非线性问题,动力时程分析方法,地震波的选取 两组实际地震波,一组人工波 单条波基底剪力达到反应谱法的65以上 平均基底剪力达到反应谱法的80以上 不宜人工放大过大的倍数,可放大略大于1的倍数以满足上述要求 持续时间 12秒以上 结构基本周期的510倍 涵盖地震波的主要部分,动力时程分析方法,地震波的选取 峰值 三向地震输入 1:0.85:0.65,动力时程分析方法,时程分析结果的使用 计算结果 一般结构采用三条波的平均值 特别重要的复杂结构可采用包络值或平均值加一倍方差 总体信息判断结构薄弱部位 层位移 层间位移角 基底剪力 若大于反应谱法结果,应适当放大反应谱法的地震力,多点输入地震分析,地震动的空间变异性 非均一性效应 行波效应 衰减效应 局部场地效应 对于一般建筑 均匀场地:以行波效应为主 不均匀场地:同时考虑局部场地效应,多点输入地震分析,何时需要考虑多点地震输入 长度在600米以上 长度在200米以上且地质不连续,多点地震输入的分析方法,时程分析法 方法成熟 结果确定 需要进行多组地震波的分析 随机振动方法 考虑了地震的不确定性 仍未达到完全实用 反应谱方法 精度难以保证,时程法分析多点地震输入,在结构的基底输入不同的地震时程 直接输入地面加速度时程 采用大质量法输入力的时程,行波效应的分析,确定各点输入时程的方法 确定波的传播方向和速度 计算各输入点的相位差 确定波的振动方向 注意: 波的传播方向与振动方向是独立的 传播方向用于计算相位差 振动方向用于输入加速度,首都机场3号航站楼 水平双向多点输入时程地震反应分析,工程概况,BODY,STEM,工程概况,地震波传播速度: 800m/s,500m/s,250m/s 地震加速度时程峰值: 700mm/s2; 水平双向:1:0.85 地震波的选择 El-Centro Court-House波 场地波 地震波传播方向及地震动输入方向 0、45、90、135、180 每个传播方向考虑两种地震动输入方向,计算参数确定,分析情况汇总共120种,扭转角度多、单点比较,设计建议,钢柱边、角柱位置定义,设计建议,钢柱影响系数,线性分析与非线性分析,几何非线性分析,几何非线性分析,一般小变形问题 结构受力后,几何关系保持不变 大变形问题 几何关系发生了不可忽视的改变 索结构,只有通过大变形结构才成立 高柔结构, P-效应狠重要 高层建筑主要的几何非线性问题是P-效应,P-效应的计算方法,P-效应的影响因素,侧向刚度,表2 计算结果,P-效应的影响因素,侧向刚度 侧向刚度越小,影响越大,P-效应的影响因素,结构重量,表3 不同面荷载的顶点位移计算结果(mm),P-效应的影响因素,结构重量 重量越大,影响越大,P-效应的影响因素,P-效应的影响与侧向力无关 与侧移限制不能混淆 对风和地震都狠小的地区尤其需要注意,否则可能设计出过柔的结构 进入塑性后结构刚度下降, P-效应影响加大 规范规定计算P-效应影响时,弹性模量折减,材料非线性分析,材料非线性,非线性弹性 应力应变关系不是线性的,但卸载与加载相同 弹塑性 卸载与加载路径不同,有残余塑性变形,静力弹塑性分析(Push over),一般过程 建立结构模型 指定塑性铰特性 指定加载模式 分析计算结果 注意 必须在静力分析的内力基础上进行横向加载 必须考虑P-效应,静力弹塑性分析(Push over),常用塑性铰模型 根据截面分析确定塑性铰特性,静力弹塑性分析(Push over),常用加载模式 倒三角荷载 均布荷载 振型组合荷载,不同模式,结果有差异,可取多种模式参考,静力弹塑性分析(Push over),结果分析 能力曲线,静力弹塑性分析(Push over),结果分析 能力谱曲线,静力弹塑性分析(Push over),结果分析 大震下最大层间位移角 防倒塌 塑性铰形成过程及破坏机制 判断结构性能 发现薄弱部位 性能点 评价结构抗震能力,静力弹塑性分析(Push over),结果分析 塑性铰分布图,弹塑性时程分析,基本步骤与静力分析类似 计算量更大 需要同时考虑多条地震波 结果分析 最大层间位移角 塑性铰发展过程和程度,