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1、一、当前软件 PKPM 主要问题 1、计算模型落后甚至不正确的若干方面 2、采用的算法不完全满足规范要求的若干方面 3、采用的过于简化的计算模型的若干方面 4、设计观念已经落后的若干方面 5、计算模型粗放忽略了结构有利要素的若干方面 6、涉及优化的关键环节缺失的若干方面 7、不开放接口的封闭观念 1、计算模型落后甚至不正确的若干方面 1 基础筏板、桩筏或桩承台有限元计算常给出配筋异常大的结果 2 楼板按照单房间的导致支座钢筋偏大；3 基础冲切计算流程错误导致筏板承台厚度过大；4 承台独基与地基梁的重复计算造成重复布置 2、采用的算法不完全满足规范要求的若干方面 1 剪力墙边缘构件配筋的单肢配筋
2、方式配筋过大或不够；2 柱剪跨比按简化计算方法常导致短柱过多超限过多；3 型钢混凝土柱的配筋按不同规程才可优化 3、采用的过于简化的计算模型的若干方面 1 对弹性时程分析结果只能作全楼统一的地震作用放大；2 对活荷载的折减系数、重力荷载代表值系数只能设置全楼统一的数值；3 施工模拟计算不能胜任目前多种工程需要；4 转换梁按照梁杆件计算模型导致易发生抗剪抗弯超限；5 地下室外墙的计算模型不合理导致地下室外墙过大的配 筋设计；6 基础考虑上部楼层刚度的计算不全面；4、设计观念已经落后的若干方面 认为梁设计时考虑楼板的壳元计算减少梁的配筋偏于不安全 5、计算模型粗放忽略了结构有利要素的若干方面 1
3、地下 1 层以下地下室的不需按抗震设计；2 梁配筋计算没有考虑支承梁的柱的宽度影响；3 应正确区分框架梁与非框架梁；6、涉及优化的关键环节缺失的若干方面 1 基础承载力验算；2 基础冲切计算；3 柱对筏板的冲跨比计算；4 柱剪跨比；5 防水板和桩的抗浮计算 二、YJK 软件的优化设计 1、结构设计计算的优化空间很大 YJK 软件依靠先进的技术和对规范全面的把握,可以明显改进结构设计的经济合理性,节约材料;设计阶段实现对结构成本钢筋和混凝土材料用量的显着优化,应成为当前甲方和房地产商重视的措施 2、以技术进步带动设计优化 开发更先进的计算方法 全面的贯彻规范 纠正目前软件中大量不合理处理环节,从
4、而发挥结构应有的能力和 潜力 突出关键环节,避免人为的失误造成浪费 3、上部结构整体计算方面的优化改进措施 1、根据弹性时程分析结果可分层地震作用放大 2、模拟施工加载次序的楼层自动连续和指定任意构件施工次序 3、活荷载的折减系数、重力荷载代表值系数可按构件分别设定 4、根据弹性时程分析结果可分层地震作用放大 弹性时程分析的作用是找出和反应谱法的各层差距,给出 X、Y 两个方向的各层不同的放大系数;将各层放大系数导入反应谱计算进行 设计;但是传统软件对于地震作用的放大仅仅设置了一个全楼统一的地震 作用放大系数,这个放大系数只能从弹性时程分析的 X、Y 两个方向的各层放大系数中选择最大的数值来输
5、入 这种处理比规范要求明显偏大;5、JK 给出地震放大系数参考值 计算结果的选取：当取三组加速度时程曲线输入时,计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值；当取七组及七组以上的时程曲线时,计算结果可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值;软件根据两种算法的层剪力、层间位移角比值确定全楼地震放大系数如只有个别楼层比值偏大,可通过增加薄弱层及调整薄弱层放大系数实现,用户可参考该系数调整振型分解反应谱法计算的内力;6、指定任意构件施工次序 规范条文：高规 5.1.8 高层建筑结构在进行重力荷载作用效应分析时,柱、墙、斜撑等构件的轴向变形宜采用适当的计算模型考虑施工过程的影响；复杂高层建
6、筑及房屋高度大于 150m 的其他高层建筑结构,应考虑施工过程的影响;合理确定施工次序不仅符合实际要求,而且减少构件的计算受力 7、模拟施工加载次序可自动确定 对一些传力复杂的结构,如转换层结构、采用广义层方式建立的多塔结构的相关部位,施工加载次序可自动生成;避免人工未能修改施工次序造成计算异常 对于广义层多塔的情况,程序会自动按各塔同时向上施工的原则设定各层的施工次序 对于被设置为转换层、或者该层中设置了转换梁、转换柱、水平转换构件的楼层,程序默认与其上两层同时加载 3 层 1 个施工次序意味着 3 层共同受力,可使转换层相应构件受力减少 对于存在梁托柱、梁托斜杆情况的楼层,程序默认与其上一
7、层同时加载梁托柱连续 2 层的施工次序可使托柱梁的受力减少 如果伸臂桁架按照楼层施工将使它受力太大,一般都必须调整它的施工次序 8、活荷载的折减系数、重力荷载代表值系数可按构件分别设定 以前仅考虑考虑楼层的折减系数、重力荷载代表值时的活荷折减系数地震活荷组合系数为全楼统一值 计算前处理增加“活荷折减”菜单,可按单个构件设定不同的值,可按自然层分别对梁、柱、墙、斜杆的某一杆件设置 从而适应了共存于同一结构的多种类型的活荷载的不同折减或组合,并可避免梁考虑面积和柱墙考虑楼层的重复折减 柱墙折减和梁考虑从属面积的折减都放到计算参数中设置 9、柱的设计优化 1、提供柱剪跨比的通用计算方法 柱的剪跨比是
8、柱设计中的重要指标,规范对剪跨比小于 2 或 小于 1.5 的柱判断为短柱,对短柱的要求比一般柱严格得多;规范对柱的剪跨比计算规定的通用计算方法是 M/Vh0；简化计算方法为 Hn/2h0,但规定简化计算方法只能用在“框架结构”中,且柱的反弯点在柱层高范围内时;现软件只提供柱剪跨比的简化算法,首先这种应用超出了“框架结构”的范围,特别是大量按照通用算法算的柱的剪跨比并不属于短柱的结构,按照简化算法却属于短柱;这样的结果常导致在高层建筑中出现大批超限的柱,其实按照规范的通用算法它们中的大部分并不超限,这种粗略算法的结果只能通过加大柱截面尺寸来解决,造成完全不必要的浪费;对钢筋混凝土柱提供剪跨比的
9、通用计算方法 M/Vh0,可有效避免简化算法时大量柱超限的不正常现象;c-柱剪跨比,非简化方法计算时输出对应的设计内力;软件设置了专门的剪跨比简图 按照通用算法计算柱的剪跨比：大多数短柱变为非短柱；从超限柱 19 根变为没有超限柱；箍筋计算量减少 7%;旧的算法导致大量超限柱 旧的算法造成材料的浪费 2、型钢混凝土构件可按不同规程计算 设计型钢混凝土柱时可采用目前发布的两种规程：型钢混凝土组合结构技术规程 JGJ 138-2001 和 钢骨混凝土结构技术规程 YB 9082-2006;截面配筋设计时,前者只考虑本方向工型钢,忽略另一方向工字钢,后者则每个方向都考虑全部工型钢作用;因此使用 钢骨
10、混凝土结构技术规程 YB 9082-2006 常可以较大幅度的减少型钢混凝土柱的配筋量;传统软件只能按照前者的规程计算,没有按照后者规程计算的功能 10、梁的设计优化 1、矩形混凝土梁考虑楼板翼缘作用按T 形截面配筋参数输入构件设计信息 考虑楼板作为梁的翼缘后,梁的跨中配筋量有效减少;2、梁端配筋考虑柱宽参数输入构件设计信息梁端内力取值位置：1 一般可减少梁上钢筋 15%以上,比设置梁刚域方式更有效 3、与剪力墙垂直相连的梁可按非框架梁设计 参数输入计算控制信息与剪力墙相连的梁按框架梁设计,不打勾即按非框架梁 按框架梁设计时抗震等级是 x 级;按非框架梁设计时为非抗震 4、计算梁时应考虑较厚楼
11、板的面外协同作用如地下室顶板 使用弹性板 6 时应采用的参数设置参数输入计算控制信息：a、板元细分最大控制长度：1 b、梁与弹性板变性协调 5、转换梁常见超限问题应对 转换梁本身容易抗弯抗剪超限 转换梁上承托的剪力墙容易抗剪超限 转换梁自动按壳单元计算 传统软件处理转换梁模型的方法 缺陷：用梁单元计算转换梁,不能真实反映转换梁的刚度;实际情况：剪力墙的下边缘与转换大梁的上表面变形协调；计算模型：剪力墙的下边缘与转换大梁的中性轴变形协调；于是 计算模型中的转换大梁的上表面在荷载作用下将会与剪力墙脱开,失去本应存在的变形协调性;处理方法：托墙梁刚度放大系数 YJK 软件处理转换梁模型的方法 采用壳
12、元模型计算,自动进行单元划分,使细分的单元和上部承托的剪力墙单元保持协调;转换梁弯矩对比：YJK 与 ANSYS 相同；SATWE 的跨中弯矩比 YJK 大将近一倍；YJK 支座弯矩比 SATWE 大,但可考虑支座宽度的影响,实配负筋不大 转换梁剪力对比：YJK、ANSYS、SATWE 相差不大 转换梁顶部、底部、箍筋计算用量对比：YJK 可使转换梁底部配筋明显减少 11、剪力墙设计优化 1、自动按照组合墙配筋参数设置墙柱配筋设计考虑端柱；墙柱配筋设计考虑翼缘墙,每端翼缘不大于腹板面积的一半,不大于 4 倍翼缘墙厚 剪力墙配筋按照考虑翼缘、考虑边框柱的组合截面 对型钢、型钢混凝土柱剪力墙按照组
13、合截面配筋 剪力墙组合轴压比计算 按照组合截面计算剪力墙稳定性 剪力墙边缘构件的设计 剪力墙是多个墙肢相连组合工作的,抗规 6.2.13 条和砼规 9.4.3 条都指出：抗震墙应计入腹板和翼墙共同工作、剪力墙承载力计算中可考虑翼缘等;说明规范要求按照墙肢相连的组合截面计算;但是现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,虽然这种配筋方式编程简单,但是一方面多数情况下配筋结果偏大,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;特别对于带边框柱剪力墙,现软件是将柱配筋和与柱相连的墙肢配筋相加作为边缘构件配筋,常导致配筋大得排布
14、不下,这完全是计算模型不合理导致的错误结果;以前设计方法：墙和边框柱配筋分别输出,边缘构件取二者之和 组合墙计算：没有边框柱单独的配筋,边缘构件取墙的配筋 按组合墙计算的边框柱配筋大大减少 2、按组合墙计算剪力墙的轴压比每肢翼缘不大于6 倍翼缘墙厚 计算每一段剪力墙轴压比时,结合相邻墙肢适当范围的轴力组合计算 有效避免相邻墙段轴压比差距过大的情况 墙稳定计算时准确考虑组合墙状况,可随时查看每一墙肢的单墙肢 和整体稳定计算书 3、对短墙肢自动单元加密计算参数输入-计算控制信息：短墙肢自动加密 对于水平向只划分了 1 个单元的较短墙肢,自动增加到 2 个单元,以避免短墙肢计算异常;短墙肢自动加密避
15、免内力异常大：不勾选“短墙肢自动加密”时短墙肢的单元划分结果,一片墙划分为一个单元；勾选“短墙肢自动加密”时短墙肢的单元划分结果,一片墙划分为两个单元;4、墙水平分布筋参与边缘构件的配箍一般可减少边缘构件箍筋用量的 20%高规 第 7 2 15 明确提出约束边缘构件可以考虑墙水平分布筋：箍筋体积配箍率,可计入箍筋、拉筋以及符合构造要求的水平分布钢筋,计入的水平分布钢筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30%约束边缘构件和构造边缘构件均可以考虑墙水平分布筋 要求保证至少每隔一个是采用封闭箍筋,也就是说即使墙身间距和边缘构件箍筋间距相同,也只是每隔一个用墙水平筋替代部分箍筋 绘图设置：约束边缘构件
16、箍筋计入墙水平分布筋否；构造边缘构件箍筋计入墙水平分布筋否 5、解决连梁的两个关键问题 墙上开洞方式和普通梁输入方式,在跨高比较小时,计算结果差距较大；且按普通梁方式输入有时并不合理；对“普通梁方式”输入的连梁,程序将跨高比较小的梁自动划分单元并按照“壳元”计算;这种处理方式保证了两种输入方式计算结果的一致性;参数输入计算控制信息连梁按墙元计算控制跨高比：4 连梁超限 规范条文：按照分缝连梁设计 抗震规范 6.4.7 跨高比较小的高连梁,可设水平缝形成双 连梁、多连梁或采取其它加强受剪承载力的构造;作用：减小抗弯刚度及受力,有效避免连梁超筋或减少配筋;按照配置斜向交叉钢筋的方式计算连梁钢筋 混
17、凝土规范 11.7.10 对于一、二级抗震等级的连梁,当跨高比不大于 2.5 时,除普通箍筋外,宜另配置斜向交叉钢筋;作用：这种配筋方式较普通方式提高了连梁的抗剪能力,从而有效的减少超筋现象;软件处理：在“特殊梁”、“特殊墙”中定义“连梁缝数”,将某些 连梁设置成分缝连梁;双连梁或多连梁的处理方式可以有效的减少超筋现象;软件处理：在“特殊梁”、“特殊墙”中定义“交叉配筋”、“斜撑配筋”配交叉钢筋是减少连梁抗剪超限的有效措施 配置交叉钢筋有效的减少了超筋现象;12、楼板设计优化 1、全层楼板有限元连续算法减少板支座钢筋 设置了“有限元方法”选项,勾选此项程序将把全层的所有楼板板块都按照有限元算法
18、计算;有限元算法是楼板的准确算法,由于本程序具有较强的有限元计算分析能力基础,对楼板也提供了这种算法;有限元算法计算时保持相邻楼板计算协调,因此能准确计算相邻板块不等跨、不同荷载、不同板厚的影响；还可考虑斜板等情况;对楼板采用分块计算,速度快、容量不受限 有限元法计算后可给出板内力等值线图 YJK 按照连续板有限元法考虑不同板跨之间的平衡计算,经济合理 2、无梁楼盖的优化设计计算及柱上、跨中板带的配筋 3、现浇空心板的优化设计计算 小结 在大多数最容易、最常见的超限环节给出了相应的解决方案 所有优化环节具有充分的理论依据、规范依据,为设计院总工认同,收到普遍欢迎 体系完整、措施得力 综合这些措
19、施的一般节材效果 基础及地下室钢筋：5%柱钢筋：5%梁钢筋：5%楼板钢筋：5%剪力墙钢筋：3%全楼混凝土：3%某优化项目 以前算出 48kg/平米,甲方希望控制主要构件含钢量在40kg/平米 优化措施 地下室顶板优化方案：地下室顶板定义为弹性板3 地下室外墙优化方案：有限元计算剪力墙面外荷载 梁构件的优化方案：按考虑翼缘的 T 型梁配筋、考虑柱支座宽度影 响、剪力墙面外相连的梁按照非框架梁设计配筋 剪力墙优化方案：组合墙方式计算配筋和轴压比;板优化方案：按全楼有限元法计算 某项目优化设计 YJK 结构软件的优化措施 1、基础筏板的优化措施：1 筏板采用有限元计算的结果;单元的均匀划分,避免了应
20、力集中;2 在基础计算的时候考虑上部结构的刚度;一般上部刚度考虑 3 层,在前面计算的时候勾选生成传给基础的刚度楼层数填写 3 层;因为考虑 3 层上部刚度和考虑全楼的相差不大;同时也可以考虑深梁的作用,一般考虑 5-10米深梁的作用;考虑上部刚度,也同时可以考虑深梁的原因：上部刚度的凝聚在墙的两端;中间部分是没有考虑刚度的;所以墙中间部分的刚度可以通过深梁来虑;3 如果有后浇带,软件可以考虑后浇带在计算中的作用;后浇带的考虑可以有效降低后浇带两侧的弯矩;随着加荷比例的增加弯矩越来越小;4 考虑水浮力的计算;5 柱底峰值弯矩考虑柱宽折减;6 上部门洞墙线不打断;7 在基础施工图中还可以划分板区
21、、区域补强,两种钢筋直径交错布置以及修改通长筋的比例;2、地下室顶板的优化 1 地下室顶板设置为弹性板 6;2 考虑梁板协调;3、地下室外墙的优化 1 地下室外墙的抗剪与施工缝验算,按照全长设计;2 有限元计算可以计算剪力墙承受面外荷载的情况;4、楼板的优化 1 有限元计算;2 考虑梁刚度;一般考虑后还会增加钢筋 5、剪力墙的优化方案 1 考虑组合墙的计算;2 考虑组合轴压比;6、梁的优化 1 和剪力墙相连的梁可以按照非框架梁配筋;2 矩形混凝土按考虑翼缘的 T 型梁配筋;3 考虑梁的配筋到柱边;7、柱的优化 1 考虑不按照简化方法计算柱剪跨比,在柱剪跨比在此方法下计算小于 2,的情况下,按照
22、通用方法计算大于2,则这种情况下可以大大减少柱箍筋的配置;8、框支梁框支柱的优化 框支结构软件的计算方法：1 框支托墙梁采用壳单元计算 2 楼板采用弹性板 6 3 考虑楼板的翼缘作用 4 考虑梁的配筋到柱边;结论：通过盈建科软件的计算,有些型钢混凝土的柱,在截面不变的情况下完全可以改成普通混凝土的柱,计算的结果也符合要求;9、对于局部框支梁的梁抗剪超限的解决 1 转换梁的混凝土等级的标号提高到 C60 2 局部抗剪不够的梁加大点截面例如 7001400 的梁变成 8001500 的梁;7001600 的梁改成9001600 的梁;3 把梁改为加腋梁,以增加局部的截面大小;4 加垂直梁构件分担一部分荷载;10、关于修改截面尺寸的优化方案 1 第 4 标准层中间 350 厚的墙修改为 300 2 修改中间部分的梁截面高度不变,宽度全部修改为 200 在截面修改以后 YJK 计算的结果也可以满足要求 节省混凝土：1 号楼 168 方,2 号楼 163 方,3 号楼 159 方 11、整个项目优化效果预计 节省钢材 2000 吨 节省混凝土 1000 方 节约造价 1500 万以上