结构计算模型与结果审核分析探讨

摘要：工程实践表明，结构从概念设计以及计算模型角度出发将会使得结构受力和经济更合理，本文通过结合笔者设计实践经验，提出如何对结构计算模型的调整，同时根据计算结果判别结构的合理性，以使得结构更加合理。

关键词：建筑结构；结构设计；计算模型；结果审核

Abstract: the engineering practice shows that the structure from concept design and calculation model Angle will make the structure stress and the economy more reasonable, this article through combining the design practice experience, and puts forward how to structure calculation model of adjustment, at the same time, according to the calculation results of the discriminant structure rationality, to make the structure more reasonable.

Keywords: building structure; Structure design; Calculation model. Results audit

中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：

引言

计算模型是结构计算的载体，其也是出结构施工图的关键部分，要是结构施工图合理而且准确地按照原设计意图实现，则必须对结构计算模型根据实际情况进行调整模拟，同时根据计算结果进行审核判别，对最终打印结果不进行分析，盲目采用其配筋直接绘制施工图的做法是不可取的，往往会造成不良的严重后果，既对工程不负责任、又不利于提高自己的设计水平。

结构计算模型调整技巧

2.1合理地选取设计参数

设计参数对于结构计算来说非常重要，其决定着计算结果，显而易见对于结构模型计算前，正确地选取设计参数，可有效地模拟工程实际情况，从而得出正确的计算结果。

（1）根据工程概况合理确定参数。根据建筑长度确定是否设计伸缩缝，抗震缝，缝宽等。高宽比是否满足，根据平面的凹凸形状判断平面是否规则，是否选用空间计算程序。高宽比是否满足，与结构类型有关，判断结构竖向是否规则，是否选用空间计算程序。判断平面是否规则，可确定是否设计伸缩缝，抗震缝，是否划分为若干单元，是否选用空间计算程序。

（2）根据工程功能和结构类型确定参数。抗震设防分类确定建筑抗震设防分类：甲类，乙类，丙类，丁类。根据结构类型按规范确定抗震等级确定结构为一级、二级、三级还是四级。地基基础设计等级按规范确定（甲级，乙级，丙级），以确定是否需要验算地基变形。根据地勘报告确定建筑场地类别（Ⅰ类，Ⅱ类，Ⅲ类，Ⅳ类），以及获得场地卓越周期，避免因结构自振周期接近场地卓越周期而产生共振。

2.2结构计算及模型调整

在结构方案确定以后，并且收集了大量设计信息，设计参数已经选定的情况下接下来的工作就是结构建模计算和调整修改的工作，这项工作大多数要往返多次才能取得合理的结构模型。笔者认为建模之前，一定要通读结构计算所选用的程序使用说明书，这对于结构设计初学者来说尤其重要。只有全部了解程序使用手册的内容，才能更好的运用，为下部建模作准备。

初次建模时，结构构件尺寸及技术条件都是以设计经验和规范确定的，框架结构梁柱尺寸按规范。初次建模完成后便进行结构计算，在结构计算前处理部分，特别要注意计算程序所要求输入的各项软件所需的参数，一类是技术参数，一类是条件参数。条件参数是工程本身在特定条件下所具有的；技术参数，主要是软件内部根据规范或设计常规所需要确定的，例如是否考虑P-Δ效应，选CQC法，选取振型个数等。

2.3框剪模型调整

以上主要是对框架结构的模型修改和结构计算过程中需运用的技巧和方法。对于其他结构，同理可以按上面的思路进行模型修改和调整，只不过其他结构规范有相应的要求，如框架-剪力墙结构，除对于框架梁柱有要求外，还有剪力墙的厚度，剪力墙的合理数量，剪力墙的设置部位，剪力墙的刚度等都是需要合理设置和调整的。

（1）在框剪结构中，应当使剪力墙承担大部分由于水平作用产生的剪力。但剪力墙数量过多，使结构刚度过大，从而加大地震效应，对结构也是不经济合理的。

（2）在设计有抗震设防的高层框剪结构时，采用简化的剪力墙合理数量的确定方法，即可在初步设计阶段简洁地手算，有效地控制框架梁柱截面和剪力墙的位置及尺寸，又可用于施工图阶段；在电算上机前确定满足位移限值所需要的构件合适截面，同时也可直接应用手算分析水平地震作用下框剪结构的内力和位移。

2.4框架-剪力墙结构剪力墙调整

框架梁与剪力墙连接为铰接，当已知建筑物总高度H,总重力荷载代表值GE、场地类别等，可查表得参数ψ，按下式求出参数β：

(11-4)

已知β后查表11-3得结构刚度特征值λ：

已知λ、H、Cf可由下式求得所需的剪力墙平均总刚度EIW(KN.m2)：

为满足剪力墙承受的地震倾覆力矩不小于结构总地震倾覆力矩的50％，应使结构刚度特征值λ不大于2.4,为了使框架充分发挥作用,达到框架最大楼层剪力Vfmax0.2FEK,剪力墙得刚度不宜过大，应使λ值不小于1.15。把公式求得的剪力墙刚度EIw与实际结构布置的剪力墙刚度进行比较，当两者接近或求得的EIw稍大时，则满足结构侧向位移限制值的要求，可往下进行内力计算。如果求得的EIw小于实际结构布置的剪力墙刚度或EIw比实际结构布置的剪力墙刚度大很多，此时应把结构实际布置的剪力墙进行调整。

框剪结构为了满足位移限制值，在框架梁柱截面确定的条件下,调整剪力墙的刚度是比较合理的，但是剪力墙刚度的增大虽然较多，而位移的减少都较少.在水平地震力的作用下，当其他条件不变的情况下，剪力墙刚度增大一倍，结构定点位移或最大层间位移的减少仅13-19％。对于有抗震设防的9-16层框剪结构，无论在纵向还是在横向,剪力墙刚度差别虽大,但相应框架所分配的剪力值都在一个较小幅度内变化，不同层数、不同墙率α比值的框架所分配的剪力值Vf的比值。

2.5实例分析

建筑物为13层的框剪结构，抗震设防烈度为8度，一类场地设计地震分组为一组，地震影响系数最大值αmax=0.16，要求层间位移比Δu/h为1/800，总高度H=48.2m，总重力荷载代表值GE=116800KN，框架各层柱的平均抗推刚度D=27.84 X 104(KN/m)，结构布置的实际剪力墙总刚度EIw'=1080X104(KN.m2），各层平均高度=H/n=48.2/13=3.7m，框架刚度为：Cf=27.84 X 104X3.7=103X 104(KN），查表11-2得ψ=0.171，代入公式得β=0.324，查表得λ=1.49，代入公式得：EIw=1077.85X 105(KN.m2），即实际布置的EIw'>EIw，可往下进行结构内力和位移计算。

结构计算结果审核分析

3.1整体分析

（1）对重力荷载作用下计算结果的分析。审力荷载作用下的内力图是否符合受力规律；可以利用结构底层检查竖向内外力的平衡，即底层柱、墙在重力荷载作用下的轴力之和应等于总重量；如果结构对称、荷载对称，其结构内力图必然对称，即检查其对称性。当以上三者出现异常情况时，需要返回原始数据进行检查。

（2）对风荷载作用下计算结果的分析。审查风荷载作用下的内力图和位移是否符合受力规律；可以利用结构底层检查侧向内外力的平衡，即底层柱、墙在风荷载作用下的剪力之和应等于全部风力值（需注意局部坐标与整体坐标的方向）；如果结构沿竖向的刚度变化较均匀、且风荷载沿高度的变化也较均匀时，其结构的内力和位移沿高度的变化也应该是均匀的，不应有大正大负、大出大进等突变。

（3）对水平地震荷载作用下计算结果的分析。水平地震荷载作用下，可以利用其结果进行如同风荷载作用下的渐变性分析，但不能进行对称性分析，也不能利用结构底层进行内外力平衡的分析（因为振型组合后的内力与地震作用力不再平衡）。而对于水平地震荷载作用下，对结构计算结果的分析重点如下。对一般的工程，结构的自振周期在考虑折减系数后应控制在一定的范围内。考虑弯扭耦连振动时情况要复杂得多，可以挑出与平移振动相对应的自振周期来进行上述比较，至于扭转周期的合理数值，由于缺乏经验尚难提出。另外，抗震规范提出的层间弹性位移角和层间弹塑性位移角限值，实际上是控制层间水平位移不得过大，避免带来结构的P-效应。

3.2定性分析

定性分析的目的是在整体分析的基础上进一步判断计算结果是否大体正常。一般来说，设计较正常的结构，基本上应符合以下的规律：柱、墙的轴力设计值绝大部分为压力；柱的箍筋大部分为构造配筋；墙的竖向和水平分布钢筋大部分为构造配筋；梁基本上无超筋（连系梁除外）；柱的轴压比在限值以内，并有一定的余量；除个别墙段外，剪力墙截面符合抗剪要求；梁截面不满足抗剪要求或抗扭超限的情况不多。结合笔者设计实践经验，如计算结果出现严重错误，应考虑以下原因并采取相应的措施：1）几何数据或荷载数据错误；2）复杂开洞剪力墙和框支剪力墙的上下连接不恰当，出现过大的拐角刚域；3）对竖向体型复杂的框剪结构进行了框架剪力调整。但值得注意的是有的计算结果出现所谓的“异常”情况，这并非是计算错误，而是三维空间分析方法与简化计算方法的差别造成的。例如：次梁端部负弯矩。这是因为三维空间分析时考虑了次梁与主梁的共同作用，按其刚度关系、位移协调条件计算得出的，反映了次梁的实际受力状况。而手工计算时，次梁两端按铰支处理，无负弯矩。

结语

对建筑结构的计算模型结合实际情况而采取合理的调整，是确保计算模型的基础，同时对计算结果结合规范进行审核分析，是确保结构的最后保障，文章通过结合实践，提出模型调整以及结果审核经验，为同类工程提供有价值的参考。

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