抗震规范局部修订计算问题及其处理办法.ppt

抗震规范局部修订的抗震规范局部修订的计算问题及处理办法计算问题及处理办法吴文勇吴文勇 焦焦 柯柯广东省建筑设计研究院广东省建筑设计研究院深圳市广厦软件有限公司深圳市广厦软件有限公司20092009年年1 1月月根根据据住住房房和和城城乡乡建建设设部部建建标标函函2008225号号关关于于做做好好建建筑筑工工程程抗抗震震设设防防分分类类标标准准和和建建筑筑抗抗震震设设计计规规范范的的实实施施工工作作，严严格格执执行行，监监管管到到位位的通知精神的通知精神。大大家家已已组组织织学学习习和和宣宣贯贯培培训训了了新新的的设设计计规规范范，针针对对局局部部修修订订内内容容的的部部分分规规范范条条文文，在在执执行行上上还还存存在在疑疑问问，在在进进行行施施工工图图审审查查中中应应统统一一标标准准。对对其其中中一一些些新新的的计计算算要要求求，我我们们做做了了深深入入的的研研究究，今今天天就就研研究究成成果果作作一一下下介介绍，更好地贯彻执行新的国家标准。绍，更好地贯彻执行新的国家标准。背背景景:1、广广厦厦结结构构CAD是是国国内内两两大大结结构构CAD之之一一，广广厦厦是是陈陈星星总总工工和和容容柏柏生生院院士士一手指导下建立的一个以设计院为背景的结构研发中心；一手指导下建立的一个以设计院为背景的结构研发中心；研研发发中中心心的的技技术术骨骨干干来来自自北北大大力力学学系系，二二十十多多年年来来一一直直从从事事结结构构计计算算的的研研究究工工作作，使使我我们们的的计计算算中中心心成成为为全全国国兄兄弟弟单单位位的的计计算算中中心心，目目前前在在北北京京、深深圳圳和和广广州都有部门负责技术支持和交流工作。州都有部门负责技术支持和交流工作。2、计算中心承担两个任务、计算中心承担两个任务:1)为全国为全国7000多家用户提供计算咨询；多家用户提供计算咨询；2)为超高超限工程进行弹性计算校核和动力弹塑性计算。为超高超限工程进行弹性计算校核和动力弹塑性计算。每每年年把把我我们们在在设设计计、审审图图和和咨咨询询中中遇遇到到的的问问题题，以以及及对对这这些些问问题题的的认认识识和和处处理理办办法法介介绍绍给给大大家家，希希望望大大家家在在设设计计过过程程中中遇遇到到同同类类问问题题时时，在在今今天天的的讲讲座座中中能能找到答案。也希望通过这次讲座，与同行有一次深刻的交流。找到答案。也希望通过这次讲座，与同行有一次深刻的交流。1.1.计算中如何考虑计算中如何考虑楼梯构件的影响楼梯构件的影响?目前结构设计中计算分析模型一般是不输入楼梯构件的，将其等效为目前结构设计中计算分析模型一般是不输入楼梯构件的，将其等效为荷载加到周边构件。原因有两个：荷载加到周边构件。原因有两个：1)1)工程师普遍认为楼梯构件对结构受力影响不大，通过构造措施就可工程师普遍认为楼梯构件对结构受力影响不大，通过构造措施就可以保证安全；以保证安全；2)2)结构设计软件没有提供楼梯参与整体分析的功能，若用通用有限元结构设计软件没有提供楼梯参与整体分析的功能，若用通用有限元程序计算，斜板、梯梁和梯柱的输入和网格剖分较麻烦。程序计算，斜板、梯梁和梯柱的输入和网格剖分较麻烦。思想认识和计算软件思想认识和计算软件,这两个问题使以往整体模型是不考虑楼梯构件这两个问题使以往整体模型是不考虑楼梯构件的的,使我们现在的设计中存在重大的安全隐患。使我们现在的设计中存在重大的安全隐患。根据汶川地震大量楼梯构件的破坏情况，为避免类似情况再次发生，根据汶川地震大量楼梯构件的破坏情况，为避免类似情况再次发生，0808抗规要求抗规要求计算中应考虑楼梯构件的影响计算中应考虑楼梯构件的影响。(要求一般情况下都要考虑要求一般情况下都要考虑)本条规定主要考虑到楼梯构件具有斜撑的受力状态，一般情况下对结本条规定主要考虑到楼梯构件具有斜撑的受力状态，一般情况下对结构整体刚度有较明显的影响。构整体刚度有较明显的影响。(这个一般情况指的是什么情况这个一般情况指的是什么情况,通过本次通过本次讲座明确这一点讲座明确这一点)建设部关于做好新的国家标准实施工作的通知：要求严格执行、监管建设部关于做好新的国家标准实施工作的通知：要求严格执行、监管到位，我们大家应做好以下到位，我们大家应做好以下3 3方面工作。方面工作。1)1)建立新的概念：楼梯是抗震结构中类似墙、柱、梁的重要构件；建立新的概念：楼梯是抗震结构中类似墙、柱、梁的重要构件；2)2)了解楼梯参与空间分析的计算方法；了解楼梯参与空间分析的计算方法；3)3)明确什么情况下必须考虑楼梯构件的影响。明确什么情况下必须考虑楼梯构件的影响。本次大地震被损坏建筑的一个大的特点本次大地震被损坏建筑的一个大的特点:大量楼梯构件的破坏大量楼梯构件的破坏(见见下图），影响了逃生通道安全，造成大量人员伤亡，安全通道是最不下图），影响了逃生通道安全，造成大量人员伤亡，安全通道是最不安全的场所。安全的场所。08 08抗规的本意是要使楼梯间成为安全岛，人上了楼梯就抗规的本意是要使楼梯间成为安全岛，人上了楼梯就应保证安全。应保证安全。楼梯构件有如下楼梯构件有如下5 5种破坏情况：种破坏情况：1)楼梯间垮塌楼梯间垮塌3)3)楼梯间角柱破坏楼梯间角柱破坏 2)楼梯板拉断楼梯板拉断 5)梯梁剪扭破坏梯梁剪扭破坏 4)梯柱梯柱(板凳柱板凳柱)拉断拉断 以下介绍以下介绍1212项内容使我们设计和审图人员项内容使我们设计和审图人员定量地定量地了解了解楼梯对结构的影响：楼梯对结构的影响：1)楼梯参与空间分析的计算方法楼梯参与空间分析的计算方法?2)楼梯对框架结构的整体影响有多大？楼梯对框架结构的整体影响有多大？3)楼梯对楼梯间角柱的影响有多大？楼梯对楼梯间角柱的影响有多大？4)楼梯的布置位置对框架结构的影响有什么规律？楼梯的布置位置对框架结构的影响有什么规律？5)楼梯对高层结构的周边剪力墙有无大的影响，高层结构要不要算楼梯楼梯对高层结构的周边剪力墙有无大的影响，高层结构要不要算楼梯?6)梯柱本身的计算梯柱本身的计算;7)梯梁本身的计算梯梁本身的计算;8)楼梯板本身的计算楼梯板本身的计算;9)楼梯在大震作用下如何破坏？楼梯在大震作用下如何破坏？10)实际工程有无楼梯板的计算结果对比实际工程有无楼梯板的计算结果对比;11)12种楼梯类型可参与空间整体结构计算种楼梯类型可参与空间整体结构计算;12)4点总的结论。点总的结论。1)1)楼梯参与空间分析的计算方法楼梯参与空间分析的计算方法?输入模型输入模型:8层两侧有两楼梯间层两侧有两楼梯间计算模型计算模型a)确定有限元计算模型；确定有限元计算模型；b)举一个算例，采用举一个算例，采用GSSAP和和ETABS两套软件计算，证明计算方法的可靠性。两套软件计算，证明计算方法的可靠性。准确的计算模型：准确的计算模型：楼梯构件包括：楼梯板、平台板、梯梁、梯柱。楼梯构件包括：楼梯板、平台板、梯梁、梯柱。楼梯空间计算包括：计算单元、节点关系、互相楼梯空间计算包括：计算单元、节点关系、互相影响、结果输出。影响、结果输出。1)楼梯板和平台板采用楼梯板和平台板采用自动剖分自动剖分的的空间壳单元空间壳单元;2)梯梁和梯柱采用梯梁和梯柱采用多节点多节点的的空间杆单元空间杆单元;3)楼梯板、平台板、梯梁、梯柱、楼梯间角柱、楼梯板、平台板、梯梁、梯柱、楼梯间角柱、楼梯间混凝土墙、楼梯间砖墙和框架梁之间楼梯间混凝土墙、楼梯间砖墙和框架梁之间 所有所有节点自动对应和剖分节点自动对应和剖分;4)所有构件一起参与空间分析所有构件一起参与空间分析,楼梯刚度将影响结楼梯刚度将影响结 构刚度、周期、位移和内力等所有计算结果构刚度、周期、位移和内力等所有计算结果;(彻底处理无限刚和弹性计算的矛盾，楼梯永远彻底处理无限刚和弹性计算的矛盾，楼梯永远是弹性的是弹性的)5)输出梯梁、梯柱、楼梯板和平台板的输出梯梁、梯柱、楼梯板和平台板的 计算结果。计算结果。(得到楼梯构件本身的受力状况得到楼梯构件本身的受力状况)6)审图时注意在结构信息审图时注意在结构信息-总体信息中输出总体信息中输出:计算中考虑楼梯构件的影响计算中考虑楼梯构件的影响 :考虑考虑Y Y向地震作用下位移：向地震作用下位移：计算模型GSSAPETABS总质量（恒0.5活）(吨)2123.6722.14E+03结构自震周期 T1=1.309134(X)T2=1.059503()T3=0.983395(Y)T1=1.27835(X)T2=0.97734()T3=0.90094(Y)第一扭转周期与第一平动周期之比T2/T1=80.93%(T1为X平动)T2/T1=76.5%(T1为X平动)底层地震剪力(kN)X向551.62 561.5 Y向685.71 738.4底层地震力倾覆力矩(kN-m)X向8665.428657Y向11099.1811730顶点最大水平位移(顶点位移角)X地震16.5416.2979Y地震12.2112.6669最大层间位移角X地震1/10011/1017Y地震1/15291/1491GSSAPGSSAP参数化输入楼梯并自动剖分单元，参数化输入楼梯并自动剖分单元，ETABSETABS斜板输入及手工剖分单元。斜板输入及手工剖分单元。计算中考虑楼梯构件的计算中考虑楼梯构件的GSSAPGSSAP和和ETABSETABS结果对比：结果对比：结论结论:周期、地震作用、位移，周期、地震作用、位移，GSSAPGSSAP和和ETABSETABS的结果基本一致的结果基本一致,所采用的计算方法是可靠的。所采用的计算方法是可靠的。2)2)楼梯对框架结构的整体影响楼梯对框架结构的整体影响:框架结构特点是：本身刚度较弱，框架结构特点是：本身刚度较弱，支撑的刚度远大于柱的刚度。支撑的刚度远大于柱的刚度。算例：算例：8层两侧有两楼梯间，比较两种情况：有梯梁梯柱和无梯梁梯柱时楼梯层两侧有两楼梯间，比较两种情况：有梯梁梯柱和无梯梁梯柱时楼梯对框架结构的整体影响，有梯梁梯柱时楼梯形成一个更复杂的支撑体系。对框架结构的整体影响，有梯梁梯柱时楼梯形成一个更复杂的支撑体系。楼梯对框架结构的整体影响楼梯对框架结构的整体影响:不参与空不参与空间间分析分析参与空参与空间间分析分析相差相差Y向向层刚层刚度度28335353824790%Y向向顶顶点最大位移点最大位移(mm2)25.0110.99-56%Y向第向第1周期周期(s)1.4959410.891901-40%Y向地震作用向地震作用(kN)446.23694.8555%有楼梯（有梯梁梯柱）和没楼梯比较有楼梯（有梯梁梯柱）和没楼梯比较:不参与空不参与空间间分析分析参与空参与空间间分析分析相差相差Y向向层刚层刚度度28335336457029%Y向向顶顶点最大位移点最大位移(mm2)25.0114.83-41%Y向第向第1周期周期(s)1.4959411.188313-21%Y向地震作用向地震作用(kN)446.23542.0022%有楼梯（无梯梁梯柱）和没楼梯比较有楼梯（无梯梁梯柱）和没楼梯比较:结论结论:1)有无梯梁梯柱的楼梯，对结构的整体影响不同有无梯梁梯柱的楼梯，对结构的整体影响不同,但都较大但都较大;2)有梯梁梯柱时楼梯对框架结构的整体影响更大。有梯梁梯柱时楼梯对框架结构的整体影响更大。PKPM把楼梯简化为折梁与广厦的比较把楼梯简化为折梁与广厦的比较:PKPM把楼梯简化为折梁模型把楼梯简化为折梁模型广厦实际计算模型广厦实际计算模型广厦广厦PKPM相差相差Y向向层刚层刚度度364570326694-10%Y向向顶顶点最大位移点最大位移(mm2)14.8316.9612%Y向第向第1周期周期(s)1.1883131.49717926%Y向地震作用向地震作用(kN)542.00468.98-13%广厦（无梯梁梯柱）和广厦（无梯梁梯柱）和PKPM简化折梁比较简化折梁比较:结论结论:1)简化折梁方法的刚度小了简化折梁方法的刚度小了10%;2)PKPM的方法不适用有梯梁梯柱的楼梯的方法不适用有梯梁梯柱的楼梯;3)无法计算梯梁梯柱梯板。无法计算梯梁梯柱梯板。广厦广厦PKPM相差相差Y向向层刚层刚度度538247326694-40%Y向向顶顶点最大位移点最大位移(mm2)10.9916.9654%Y向第向第1周期周期(s)0.8919011.49717964%Y向地震作用向地震作用(kN)694.85468.98-33%广厦（有梯梁梯柱）和广厦（有梯梁梯柱）和PKPM简化折梁比较简化折梁比较:每层每层X、Y向位移比较向位移比较楼梯刚度对结构楼梯刚度对结构X X向和向和Y Y向的刚度都有影响，对向的刚度都有影响，对Y Y向影响更大。向影响更大。每层每层X、Y向位移角比较向位移角比较 对对2、3层的影响最大，层数增加影响逐渐减少，所以引起的破层的影响最大，层数增加影响逐渐减少，所以引起的破 坏一般从坏一般从2、3层开始。层开始。结论结论:楼梯对框架结构的整体影响楼梯对框架结构的整体影响:1)影响较大；影响较大；2)对对2、3层的影响最大。层的影响最大。3)3)楼梯对楼梯间角柱的影响楼梯对楼梯间角柱的影响:角柱在地震中的破坏如下图角柱在地震中的破坏如下图：角柱跨中可能破坏，计算配角柱跨中可能破坏，计算配筋时不能只计算柱上下端的配筋，有柱间荷载和柱跨中节点筋时不能只计算柱上下端的配筋，有柱间荷载和柱跨中节点时，计算应自动同梁一样求时，计算应自动同梁一样求5 5个截面配筋，取包络。个截面配筋，取包络。1)1)楼梯间角柱首层的情况楼梯间角柱首层的情况:楼梯楼梯间间角柱角柱首层首层不参与空不参与空间间分析分析参与空参与空间间分分析析相差相差Y向地震作用下向地震作用下轴轴力力(kN)66141114%B边边配筋面配筋面积积(mm2)1556215238%楼梯楼梯间间角柱角柱首层首层不参与空不参与空间间分析分析参与空参与空间间分分析析相差相差Y向地震作用下向地震作用下轴轴力力(kN)66231250%B边边配筋面配筋面积积(mm2)1556191823%有楼梯（无梯梁梯柱）和没楼梯比较有楼梯（无梯梁梯柱）和没楼梯比较:本算例结论本算例结论:a)楼梯对楼梯间角柱的影响很大，因扭转不大对其它柱影响较小楼梯对楼梯间角柱的影响很大，因扭转不大对其它柱影响较小;b)当梯梁梯柱破坏后对角柱配筋影响增大。当梯梁梯柱破坏后对角柱配筋影响增大。有楼梯（有梯梁梯柱）和没楼梯比较有楼梯（有梯梁梯柱）和没楼梯比较:结论结论:1)楼梯对楼梯间角柱的每一层的轴弯剪影响很大。楼梯对楼梯间角柱的每一层的轴弯剪影响很大。楼梯间角柱楼梯间角柱8有无楼梯时各层的轴力和弯矩有无楼梯时各层的轴力和弯矩:2)2)楼梯间角柱每层的情况楼梯间角柱每层的情况:4)4)楼梯的布置位置对框架结构的影响楼梯的布置位置对框架结构的影响:改变楼梯位置从上图位置改变楼梯位置从上图位置1 1逐渐往右移至位置逐渐往右移至位置6 6，分析对结构的影响。，分析对结构的影响。从位置6到位置1:1、层间位移比从位置6的1.0增加到位置1的1.29；2、楼梯刚度对框架结构的扭转变形影响增大，边柱46的轴力、弯矩和剪力在位置1比在位置6增大40%左右。位 置顶点最大水平位移17.6916.8715.6314.1813.0812.65最大层间位移角1/10171/10671/11521/12711/13791/1426最大层间位移比1.291.221.141.071.021柱46轴力（kN）344329307279256246 柱46弯矩（kN.m）177169157143131125柱46剪力（kN）111106998982791)楼梯不同布置计算结果比较（Y向地震结果）2)楼梯在不同位置的每层位移及层间位移角比较：楼梯在不同位置的每层位移及层间位移角比较：结论：楼梯布置在结构的侧边，对结构的扭转刚度和每层边柱的结论：楼梯布置在结构的侧边，对结构的扭转刚度和每层边柱的内力有很大的影响。内力有很大的影响。按如下按如下3 3种情况分析楼梯对高层结构剪力墙的影响种情况分析楼梯对高层结构剪力墙的影响:a)a)如下图如下图1 1楼梯支撑在同一片墙楼梯支撑在同一片墙;b)b)如下图如下图2 2楼梯支撑在两片墙楼梯支撑在两片墙;c)c)如下图如下图3 3楼梯支撑在两片短肢墙。楼梯支撑在两片短肢墙。5)5)楼梯对高层结构剪力墙的影响楼梯对高层结构剪力墙的影响 剪力墙结构特点是：本身刚度较大，斜板剪力墙结构特点是：本身刚度较大，斜板支撑的刚度小于支撑的刚度小于墙墙的刚度。但的刚度。但楼梯搭在楼梯搭在两片墙上形成一个组合墙来增加局部刚度两片墙上形成一个组合墙来增加局部刚度（楼梯楼梯类似连梁的作用）。类似连梁的作用）。4m长墙长墙不参与空不参与空间间分析分析参与空参与空间间分析分析相差相差Y向向2层刚层刚度度4778065174188%墙墙Y向向顶顶点最大位移点最大位移(mm2)28.327.9-2%Y向第向第1周期周期(s)1.9122351.881482-2%Y向地震作用向地震作用(kN)474.46485.731%结论结论:楼梯支撑在同一片墙时楼梯支撑在同一片墙时,楼梯相对墙的刚度是一个小量，楼梯对楼梯相对墙的刚度是一个小量，楼梯对结构的整体影响较小。结构的整体影响较小。对结构的整体影响对结构的整体影响:15层结构中楼梯间一侧布置一片剪力墙层结构中楼梯间一侧布置一片剪力墙a)a)楼梯支撑在同一片墙楼梯支撑在同一片墙1.5m两片墙两片墙不参与空不参与空间间分析分析参与空参与空间间分析分析相差相差Y向向2层刚层刚度度30919641200333%墙墙Y向向3层层最大位移最大位移(mm2)3.773.15-16%Y向第向第1周期周期(s)1.9902181.903801-5%Y向地震作用向地震作用(kN)431.84471.5210%结论结论:楼梯支撑在两片墙时楼梯支撑在两片墙时,类似连梁组成一个组合墙，楼梯对结构的类似连梁组成一个组合墙，楼梯对结构的整体影响较大。整体影响较大。对结构的整体影响对结构的整体影响:15层结构中楼梯间一侧布置两片剪力墙层结构中楼梯间一侧布置两片剪力墙b)楼梯支撑在两片墙楼梯支撑在两片墙1m两片墙两片墙不参与空不参与空间间分析分析参与空参与空间间分析分析相差相差Y向向2层刚层刚度度21203435763868%墙墙Y向向3层层最大位移最大位移(mm2)4.763.51-26%Y向第向第1周期周期(s)2.1177861.933544-9%Y向地震作用向地震作用(kN)385.42454.1818%结论结论:楼梯支撑在两片短肢墙时楼梯支撑在两片短肢墙时,楼梯对结构的整体影响很大，并趋近楼梯对结构的整体影响很大，并趋近对框架的影响。对框架的影响。对结构的整体影响对结构的整体影响:15层结构中楼梯间一侧布置两短肢剪力墙层结构中楼梯间一侧布置两短肢剪力墙c)楼梯支撑在两片短肢墙楼梯支撑在两片短肢墙结论结论:剪力墙结构中，剪力墙结构中，楼梯支撑在两片墙时楼梯支撑在两片墙时，计算中应考虑楼梯构件的影响。计算中应考虑楼梯构件的影响。6)6)梯柱的计算梯柱的计算:支撑梯板的梯柱支撑梯板的梯柱(板凳柱板凳柱)承受较大拉力，梯柱上端承受较大拉力，梯柱上端节点破坏，有些甚至拉断。节点破坏，有些甚至拉断。如下算例，求不同地震烈度下首层梯柱的最大拉力和钢筋直径。如下算例，求不同地震烈度下首层梯柱的最大拉力和钢筋直径。结论结论:1)7度和度和7度以上时梯柱最大拉力与地震作用的大小有较大的关系度以上时梯柱最大拉力与地震作用的大小有较大的关系;2)实际工程中实际工程中7度时梯柱最大拉力也有达到度时梯柱最大拉力也有达到200kN，7度和度和7度以上时梯柱按度以上时梯柱按 最大拉力配筋。最大拉力配筋。地震烈度地震烈度677.57.57.58888.59场地土类场地土类IVIVIIIIVIVIIIIVIVIVIV地震分组地震分组三三三三三三二二三三三三二二三三三三三三最大拉最大拉力力(kN)18908399122122143174277384需布置的钢筋直径需布置的钢筋直径(mm)(根据拉力根据拉力)12121212121214141820底层梯柱的钢筋直径底层梯柱的钢筋直径(二级钢二级钢):7)7)梯梁的计算梯梁的计算:如下图梯梁地震中破坏比较严重，大多在梯梁的跨中发生剪扭破坏。如下图梯梁地震中破坏比较严重，大多在梯梁的跨中发生剪扭破坏。如下梯梁算例，给出首层梯梁在不同地震烈度下剪扭验算情况。如下梯梁算例，给出首层梯梁在不同地震烈度下剪扭验算情况。结论结论:1)梯梁剪力和扭矩随地震作用增大而增大，地震引起的剪扭起控制作用；梯梁剪力和扭矩随地震作用增大而增大，地震引起的剪扭起控制作用；2)7度和度和7度以上时梯梁须考虑抗震计算和设计。度以上时梯梁须考虑抗震计算和设计。地震烈度地震烈度77.588.5场地土类场地土类IVIVIVIV地震分组地震分组三三三三三三三三梯梁跨中的剪力梯梁跨中的剪力(kN)30100127180梯梁跨中的扭矩梯梁跨中的扭矩(kN.m)0.52.73.55.7梯梁规范剪扭验算梯梁规范剪扭验算满足满足满足满足超限超限超限超限不同地震烈度下首层梯梁跨中的剪力和扭矩。不同地震烈度下首层梯梁跨中的剪力和扭矩。8)8)梯板的计算梯板的计算:如下图梯板作为斜撑构件，地震作用下破坏也比较严重，一般为施如下图梯板作为斜撑构件，地震作用下破坏也比较严重，一般为施工缝处拉断破坏。工缝处拉断破坏。两方面进行分析：两方面进行分析：a)计算梯计算梯板和楼层普通板拉压应力的量级差别板和楼层普通板拉压应力的量级差别;b)计算梯板施工缝处在不同地震烈度下平均拉应力，并求相应的计算梯板施工缝处在不同地震烈度下平均拉应力，并求相应的抗拉钢筋。抗拉钢筋。90度地震下楼板拉应力云图90度地震下楼板压应力云图 以上算例所有板采用壳元计算表明：梯板的拉、压应力以上算例所有板采用壳元计算表明：梯板的拉、压应力2.0MPa2.0MPa远大远大于楼层楼板的拉、压应力于楼层楼板的拉、压应力0.3MPa 0.3MPa，随着地震作用增加，梯板构造钢筋抵，随着地震作用增加，梯板构造钢筋抵抗不了拉、压应力。抗不了拉、压应力。a)a)计算梯板和楼层普通板拉压应力的量级差别计算梯板和楼层普通板拉压应力的量级差别 b)梯板算例，给出梯板梯板算例，给出梯板(施工缝在靠近上下层施工缝在靠近上下层1/4跨处跨处)在不在不同地震烈度下平均拉应力，并求相应的抗拉钢筋。同地震烈度下平均拉应力，并求相应的抗拉钢筋。根据如下根据如下Y向地震作用下向地震作用下X向正应力求平均拉应力向正应力求平均拉应力结论结论:1)梯板作为斜撑，拉应力随地震作用增大而增大，地震引起的拉应力起梯板作为斜撑，拉应力随地震作用增大而增大，地震引起的拉应力起控制作用；控制作用；2)7度和度和7度以上时梯板须按平均拉应力计算板钢筋度以上时梯板须按平均拉应力计算板钢筋,按恒活载计算的钢按恒活载计算的钢筋可能不够。筋可能不够。地震烈度地震烈度77.588.5场地土类场地土类IVIVIVIV地震分组地震分组三三三三三三三三平均拉应力平均拉应力(kN/m2)2174326143486521抗拉钢筋直筋抗拉钢筋直筋(mm)(间距间距200mm)II级钢级钢12161822不同地震烈度下首层梯板施工缝处的平均拉应力不同地震烈度下首层梯板施工缝处的平均拉应力:9)9)楼梯在大震作用下如何破坏？楼梯在大震作用下如何破坏？A A、采用、采用ETABSETABS静力弹塑性分析（静力弹塑性分析（PUSHOVERPUSHOVER）柱两端采用柱两端采用P-M-MP-M-M铰铰梁两端采用梁两端采用M3M3铰铰楼梯板为弹性壳元模拟楼梯板为弹性壳元模拟采用顶层目标位移加载形式采用顶层目标位移加载形式 铰屈服 直接使用 生命安全 防止倒塌 失去承载力 倒塌Step1:Step1:二层梯梁屈服二层梯梁屈服Step2:Step2:1)21)2、3 3层及楼梯周围大部分梁出现层及楼梯周围大部分梁出现屈服；屈服；2)22)2层梯柱上端开始失去承载力（变层梯柱上端开始失去承载力（变黄色）黄色）Step3:Step3:1)Y1)Y向框梁和梯梁进一步屈服（变蓝色）向框梁和梯梁进一步屈服（变蓝色）；2)22)2层、层、3 3层梯柱上端已失去承载力（倒层梯柱上端已失去承载力（倒塌变橙色）塌变橙色）Step4:Step4:1)1)梯间角柱、其它梯柱进一步屈服（变梯间角柱、其它梯柱进一步屈服（变青色）；青色）；2)2)梯板弹性情况下破坏顺序：梯柱梯板弹性情况下破坏顺序：梯柱梯梯间角柱间角柱整个结构整个结构B B、采用、采用ABAQUSABAQUS软件进行软件进行罕遇地震条件下罕遇地震条件下动力弹塑性分析动力弹塑性分析.一维弹塑性单元采用一维弹塑性单元采用ABAQUSABAQUS的的B31B31梁单元梁单元二维楼板和梯板采用壳元二维楼板和梯板采用壳元S4RS4R模拟。采用弹塑性损伤模型本构关系。模拟。采用弹塑性损伤模型本构关系。选取选取EIcentroEIcentro波作为非线性动力时程分析的地震输入，三个分量峰值波作为非线性动力时程分析的地震输入，三个分量峰值加速度的比值符合加速度的比值符合X:Y:Z=1.0:0.85:0.65X:Y:Z=1.0:0.85:0.65。计算持时取。计算持时取20s20s，最大加速，最大加速度取为度取为220gal220gal。按计算钢筋布筋，发现梯板过早损伤破坏，无法迭代下去，所以按计算钢筋布筋，发现梯板过早损伤破坏，无法迭代下去，所以梯板取配筋率梯板取配筋率2%2%，钢筋，钢筋D18100D18100。20S 20S 最大应力最大应力1 1、大震下，二层柱的、大震下，二层柱的应力较大，部分钢筋屈服应力较大，部分钢筋屈服2 2、结构最大结构最大应力发生在应力发生在梯柱上端，梯柱上端，达到达到367MPa367MPa。大震下，梯梁、梯柱、梯间角柱的塑性应变较大。梯柱钢筋塑性应大震下，梯梁、梯柱、梯间角柱的塑性应变较大。梯柱钢筋塑性应变变0.005250.00525，梯间角柱塑性应变，梯间角柱塑性应变0.003060.00306，这些位置混凝土已失去承载力，这些位置混凝土已失去承载力。20S 20S 塑性应变塑性应变混凝土受压损伤图混凝土受压损伤图5S5S开始开始损伤损伤20S 大震下大震下2 2、3 3层梯板的损伤较为严重，与弹性计算层梯板的损伤较为严重，与弹性计算2 2、3 3层的层间位移角较大一致。层的层间位移角较大一致。混凝土受拉损伤图混凝土受拉损伤图 梯板的受拉损伤下层比上层严重，而楼面板在大震下刚梯板的受拉损伤下层比上层严重，而楼面板在大震下刚度基本没损失。度基本没损失。破坏顺序：破坏顺序：梯板梯板梯柱梯柱梯间角柱梯间角柱整个结构，楼梯间整个结构，楼梯间是个薄弱部位。是个薄弱部位。10)10)实际工程有无楼梯的计算结果对比实际工程有无楼梯的计算结果对比 多层框架布置两个楼梯多层框架布置两个楼梯平面图平面图立体图立体图1)有楼梯时有楼梯时X向与向与Y向的刚度提高，层位移明显减少向的刚度提高，层位移明显减少2)2)各层层间位移比表明：各层层间位移比表明：a)a)梯板造成梯板造成X X向刚心下移，向刚心下移，X X向地震作用下有楼梯模型扭转变形更大；向地震作用下有楼梯模型扭转变形更大；b)Yb)Y向位移比表明楼梯也可能对结构有利也可能不利。向位移比表明楼梯也可能对结构有利也可能不利。3)X、Y向地震作用下梯间角柱各层轴力表明：楼梯使梯间角柱向地震作用下梯间角柱各层轴力表明：楼梯使梯间角柱的轴力增加很大的轴力增加很大 4)X、Y向地震作用下梯间角柱各层弯矩表明：楼梯使梯间角向地震作用下梯间角柱各层弯矩表明：楼梯使梯间角柱的弯矩增加很多柱的弯矩增加很多 两端楼梯中间缝的工程算例两端楼梯中间缝的工程算例:本工程算例本工程算例:无楼梯时根本没有扭转位移，应分成两工无楼梯时根本没有扭转位移，应分成两工程计算。程计算。11)1211)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，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只有参与空间分析才能实际地考虑对结构的影响。对结构的影响。楼梯间可以任意多边形。楼梯间可以任意多边形。参数化、快速、直观布置参数化、快速、直观布置1212种楼梯种楼梯,参数内容有参数内容有:1)1)楼梯类型楼梯类型;2);2)楼梯时针走向楼梯时针走向;3);3)是否自动布置梯梁梯柱是否自动布置梯梁梯柱;4);4)梯板的定义。梯板的定义。(平台板自动形成平台板自动形成)1212）4 4点总的结论：点总的结论：a a）结结构构分分析析中中应应考考虑虑楼楼梯梯构构件件的的刚刚度度贡贡献献，（地地震震和和计计算算都都可可证证明明）仅仅通通过过构构造造措措施施无无法法保保证楼梯及周边构件安全；证楼梯及周边构件安全；b b）楼楼梯梯刚刚度度对对框框架架结结构构影影响响更更大大，楼楼梯梯及及周周边边构构件件承承担担更更多多地地震震力力，梯梯间间角角柱柱、梯梯柱柱、梯梯板板跨跨中应局部配筋加强；中应局部配筋加强；c c）楼楼梯梯布布置置在在端端部部会会导导致致楼楼层层刚刚心心偏偏心心加加大大，对对边边柱柱和和角角柱柱不不利利；（所所有有的的框框架架结结构构应应与与楼楼梯梯一起空间分析，审图时必须严格把关。）一起空间分析，审图时必须严格把关。）d d）剪剪力力墙墙结结构构中中，梯梯板板支支撑撑在在两两片片墙墙时时，则则楼楼梯梯刚刚度度贡贡献献不不可可忽忽视视。特特别别对对短短肢肢剪剪力力墙墙模模型型，楼梯应进入空间分析。楼梯应进入空间分析。2.2.填充墙刚度不均匀布置对结构的不利影响填充墙刚度不均匀布置对结构的不利影响 地震中许多框架首层柱子破坏了，二层以上结构是完好的。首层地震中许多框架首层柱子破坏了，二层以上结构是完好的。首层填充墙很少，形成上下填充墙刚度不均匀布置，首层是个薄弱层。填充墙很少，形成上下填充墙刚度不均匀布置，首层是个薄弱层。首层是商场，其它层为住宅，首层是商场，其它层为住宅，底层倾斜严重，住宅部分完好底层倾斜严重，住宅部分完好首层是架空层，其它层为住宅，首层是架空层，其它层为住宅，全部底层柱上下端破坏，住宅部全部底层柱上下端破坏，住宅部分完好分完好 08 08新增强制性条文，要求考虑填充墙刚度不均匀布新增强制性条文，要求考虑填充墙刚度不均匀布置对结构的不利影响。置对结构的不利影响。1)1)当前采用地震周期折减考虑填充墙对地震力的影响；当前采用地震周期折减考虑填充墙对地震力的影响；2)2)有些情况有些情况还应进一步考虑还应进一步考虑填充墙填充墙刚度对整个结构的影响刚度对整个结构的影响。无填充墙周期折减为0.7首层无填充墙其它7层有填充墙周期折减为1.0相差Y向层刚度35264766399088%地震剪力增大系数1.01.15Y向第1周期(s)1.6674091.184191周期折减0.71Y向地震作用(kN)903.31928.153%Y向地震作用下轴力(kN)1471566%填充墙参与空间分析增加两参数：填充墙参与空间分析增加两参数：1)1)根据梁上荷载求梁上填充墙宽度根据梁上荷载求梁上填充墙宽度(快速得到填快速得到填充墙刚度充墙刚度););2)2)可设置梁下填充墙宽度。可设置梁下填充墙宽度。计算原理：计算原理：1)GSSAP 1)GSSAP计算时填充墙采用不带转角自由度的壳计算时填充墙采用不带转角自由度的壳元，弹性模量取元，弹性模量取1.2e5kN/m2;1.2e5kN/m2;2)2)模拟施工自动为最后施工。模拟施工自动为最后施工。做如下两方面研究：做如下两方面研究：1)1)周期折减与刚度参与两种方法的比较；周期折减与刚度参与两种方法的比较；2)2)填充墙刚度左右不均匀布置对偏心的影响。填充墙刚度左右不均匀布置对偏心的影响。1)1)周期折减与刚度参与周期折减与刚度参与两种方法的比较两种方法的比较:a)a)填充墙参与空间分析填充墙参与空间分析充分考虑了填充墙布置充分考虑了填充墙布置不均匀对整个结构刚度不均匀对整个结构刚度的影响，证明计算方法的影响，证明计算方法是可靠的是可靠的;b)b)对填充墙较少的楼层对填充墙较少的楼层应视为薄弱层，相应放应视为薄弱层，相应放大地震内力。大地震内力。无填充墙周期折减为0.7首层无填充墙其它7层有填充墙周期折减为1.0相差Y向地震最大层间位移比1.01.3333%第1周期扭转系数0.00.362)2)填充墙刚度左右不均匀布置对偏心的影响填充墙刚度左右不均匀布置对偏心的影响:如图左侧无填充墙，右侧有填充墙。如图左侧无填充墙，右侧有填充墙。层间位移比增大很多，第层间位移比增大很多，第1 1周期出现较大扭转成分，填充墙刚度左周期出现较大扭转成分，填充墙刚度左右不均匀布置对偏心的影响很大，应引起足够的重视。右不均匀布置对偏心的影响很大，应引起足够的重视。总的建议：总的建议：1)1)对填充墙较少的楼层应视为薄弱层，相应放大地震内力即可；对填充墙较少的楼层应视为薄弱层，相应放大地震内力即可；2)2)填充墙刚度左右不均匀布置，设计中首先应采用地震周期折减方填充墙刚度左右不均匀布置，设计中首先应采用地震周期折减方 法，而后采用填充墙刚度参与空间分析的方法进行补充计算，局部加强法，而后采用填充墙刚度参与空间分析的方法进行补充计算，局部加强不安全的墙柱；不安全的墙柱；3)3)填充墙刚度对结构常常是有利的，设计中不应采取有利结果。填充墙刚度对结构常常是有利的，设计中不应采取有利结果。3.3.抗震措施和抗震构造措施抗震措施和抗震构造措施 建筑工程抗震设防分类标准条，抗震措施和抗震构造措施是两不同的概念建筑工程抗震设防分类标准条，抗震措施和抗震构造措施是两不同的概念;抗规和抗震构造措施对应的抗震等级可能提高或降低一级。抗规和抗震构造措施对应的抗震等级可能提高或降低一级。1 1）抗震措施包括内力调整和抗震构造措施；）抗震措施包括内力调整和抗震构造措施；2 2）框架和剪力墙抗震等级用于控制抗震措施；）框架和剪力墙抗震等级用于控制抗震措施；3 3）计算中应有两个抗震等级计算中应有两个抗震等级:分别控制抗震措施和抗震构造措施。分别控制抗震措施和抗震构造措施。先根据建筑工程抗震设防分类标准条确定框架和剪力墙抗震等级先根据建筑工程抗震设防分类标准条确定框架和剪力墙抗震等级,再根据再根据=800mm=800mm不应再不应再增大，采用与梁墙中间点协调的板壳单元可考虑实际刚度；转增大，采用与梁墙中间点协调的板壳单元可考虑实际刚度；转换层梁最好考虑楼板平面外实际的刚度；换层梁最好考虑楼板平面外实际的刚度；(梁支座筋减少，柱梁支座筋减少，柱筋增大筋增大)2 2）同时应考虑梁的重叠刚域和柱的重叠刚域；）同时应考虑梁的重叠刚域和柱的重叠刚域；(梁支座筋减少，梁支座筋减少，柱筋增大柱筋增大)3 3）梁配筋率）梁配筋率1.0%1.0%时正截面计算应考虑压筋的作用；时正截面计算应考虑压筋的作用；(梁支座筋梁支座筋减少减少)4 4）剪力墙竖向应剖分，削弱平面外刚度，减少相关梁支座钢筋。）剪力墙竖向应剖分，削弱平面外刚度，减少相关梁支座钢筋。(梁支座筋减少梁支座筋减少)6.GSSAP36.GSSAP3种新型计算单元的研究（通用子结构单元）种新型计算单元的研究（通用子结构单元）1)1)板壳元：周边节点自动协调，计算无梁楼盖、现浇空心板和全弹性结构；板壳元：周边节点自动协调，计算无梁楼盖、现浇空心板和全弹性结构；2)2)多节点杆元：保证梁柱中间节点与周边的协调关系；多节点杆元：保证梁柱中间节点与周边的协调关系；3)3)梁壳元：计算深受弯构件，取代平面应力计算。梁壳元：计算深受弯构件，取代平面应力计算。a)a)其它计算软件板壳元没有考虑与梁墙中间点的节点剖分其它计算软件板壳元没有考虑与梁墙中间点的节点剖分(现浇空心现浇空心楼盖、无梁楼盖、转换层结构和连体结构楼盖、无梁楼盖、转换层结构和连体结构)；c)c)其它计算梁没有空间应力计算单元；其它计算梁没有空间应力计算单元；梁侧开洞梁侧开洞 b)b)其它计算只有两节点杆，没有多节点杆，不能保证梁柱